一种四自由度解耦并联机构制造技术

本发明专利技术公开了一种四自由度解耦并联机构，包括定平台、动平台、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅲ、简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ组成；所述定平台、动平台通过三条支链连接，三条支链的复合运动构成了动平台的输出运动。本发明专利技术采用一条复杂支链和两条简单支链连接动平台和定平台来构建并联机构，该结构简单，能实现空间三维平动和一维转动，可用于工业复杂曲面的加工和焊接作业，是一种新型的并联机构，可以为加工制造提供帮助。

A 4-DOF Decoupled Parallel Mechanism

The invention discloses a Four-Degree-of-Freedom decoupling parallel mechanism, which comprises a fixed platform, a moving platform and three branched chains. The three branched chains are composed of complex branched chains III, simple branched chains IV and simple branched chains V. The fixed platform and the moving platform are connected by three branched chains, and the compound movement of three branched chains constitutes the output motion of the moving platform. The parallel mechanism is constructed by connecting a moving platform and a fixed platform with one complex branch chain and two simple branches. The structure of the parallel mechanism is simple, and it can realize three-dimensional translation and one-dimensional rotation in space. It can be used for processing and welding complex industrial surfaces. It is a new type of parallel mechanism and can provide assistance for processing and manufacturing.

【技术实现步骤摘要】
一种四自由度解耦并联机构
本专利技术涉及一种四自由度解耦并联机构，属于并联机器人

技术介绍
并联机构因为其强度刚度比较大，累积误差小，输出精度高因此得到了国内外的广泛关注，自从进入90年代以来，并联机构更是如雨后春笋般的出现在市面上。目前对并联机构综合的方法主要有基于位移子群的方法、基于螺旋理论的方法、基于图论的方法、基于自由度公式的组合法，然而大部分这些方法综合出来的机构具有瞬时特性，常州大学的杨廷力教授对机构进行拓扑结构分析，创造性的提出了方位特征集的概念，并把它用于并联机构分析中，因此在并联机构领域得到了广泛的关注，采用该理论综合的机构可以不用对机构进行瞬时判定，具有全周自由度。在综合出的并联机构中大部分都是对称和半对称的机构，并且大多数机构都是耦合度大于2的复杂机构，这类机构的特点是其正解、运动学和动力学求解非常复杂，因此有必要对其进行降耦分析。
技术实现思路
本专利技术提供了一种四自由度解耦并联机构，通过三条支链连接动、定平台构建并联机构，能够实现三维移动和一维转动。本专利技术的技术方案是：一种四自由度解耦并联机构，包括定平台N、动平台M、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅲ、简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ组成；所述定平台N、动平台M通过三条支链连接，三条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动；所述复杂支链Ⅲ对动平台M产生三维移动和一维转动的作用；所述简单支链Ⅳ为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台M运动产生约束；所述简单支链Ⅴ为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台M运动产生约束；所述简单支链Ⅳ采用的结构与简单支链Ⅴ相同。所述复杂支链Ⅲ、简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ一端的运动副分别与动平台M的三个角连接，复杂支链Ⅲ另一端两个分支、简单支链Ⅳ另一端、简单支链Ⅴ另一端的运动副分别与定平台M的四条边连接，复杂支链Ⅲ另一端两个分支的运动副连接的定平台N边为邻边且运动副位于边的中点并保持轴线相互垂直，简单支链Ⅳ另一端、简单支链Ⅴ另一端的运动副连接的定平台N另外两条边且运动副位于边的任意位置，三条支链不相交。与动平台M的三个角连接的三条支链一端的运动副为：复杂支链Ⅲ的运动副为转动副，简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ的运动副为球副或虎克铰；作为驱动副的与定平台N四条边分别连接的复杂支链Ⅲ另一端两个分支、简单支链Ⅳ另一端、简单支链Ⅴ另一端的运动副为：复杂支链Ⅲ另一端两个分支的运动副为转动副或移动副，简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ的运动副为转动副或移动副；其中，简单支链Ⅳ的运动副为移动副时，满足该移动副所在定平台N边的对边上的运动副与该移动副轴线平行；简单支链Ⅴ的运动副为移动副时，满足该移动副所在定平台N边的对边上的运动副与该移动副轴线平行。所述动平台M采用任意三角形形式配置；定平台N采用任意四边形形式配置。所述复杂支链Ⅲ由简单支链Ⅰ、复杂支链Ⅱ和第四连接杆4复合而成；简单支链Ⅰ一端的转动副R11与定平台N的边连接，简单支链Ⅰ另一端的转动副R14通过第四连接杆4与复杂支链Ⅱ的转动副R22连接，复杂支链Ⅱ一端的转动副R21与定平台N的边连接，复杂支链Ⅱ另一端的转动副R15与动平台M的角连接；其中转动副R11与转动副R21轴线垂直，转动副R14、转动副R22轴线平行，转动副R14轴线垂直于定平台N，转动副R22和转动副R15轴线重合。所述简单支链Ⅰ由转动副R11、转动副R12、转动副R13、转动副R14、第一连接杆1、第二连接杆2和第三连接杆3组成，作为驱动副的转动副R11能使用移动副代替；其中，第一连接杆1一端通过转动副R11与定平台N相连，第一连接杆1另一端通过转动副R12与第二连接杆2一端相连，第二连接杆2另一端通过转动副R13与第三连接杆3一端相连，第三连接杆3另一端通过转动副R14与第四连接杆4一端相连；转动副R11、转动副R12、转动副R13的轴线平行，转动副R13与转动副R14轴线垂直。所述复杂支链Ⅱ由转动副R21、由四个球副S1-S2-S3-S4构成的平行四边形机构、转动副R22、转动副R15、第五连接杆5、第六连接杆6、第七连接杆7组成，作为驱动副的转动副R21能使用移动副代替；其中，第六连接杆6、第七连接杆7的一端分别焊接固定在平行四边形机构的两条对边中点上，第七连接杆7另一端通过转动副R21与定平台N相连，第六连接杆6另一端通过转动副R22与第五连接杆5一端连接，第五连接杆5另一端通过转动副R15与动平台M连接；第六连接杆6与其连接的平行四边形机构的边杆处于同一平面内，平行四边形机构另外两条边之间通过由转动副Ra、Rb构成的杆件连接。所述简单支链Ⅳ的串联链为RSS结构，由转动副R31、球副S32、球副S33、第八连接杆8和第九连接杆9组成，作为驱动副的转动副R31能使用移动副代替，使得该支链为PSS结构，该机构的作用效果与RSS支链作用效果等价；球副S33能由虎克铰代替；其中，第九连接杆9一端通过球副S33与动平台M连接，第九连接杆9另一端通过球副S32与第八连接杆8一端连接，第八连接杆8另一端通过转动副R31与定平台N连接。所述简单支链Ⅴ的串联链为RSS结构，由转动副R41、球副S42、球副S43、第十连接杆10、第十一连接杆11组成，作为驱动副的转动副R41有使用移动副代替，使得该支链为PSS结构，该机构的作用效果与RSS支链作用效果等价；球副S42能由虎克铰代替；其中，第十一连接杆11一端通过球副S43与动平台M连接，第十一连接杆11另一端通过球副S42与第十连接杆10一端连接，第十连接杆10另一端通过转动副R41与定平台N连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于方位特征集理论和方法采用一条复杂支链和两条简单支链连接动平台和定平台来构建并联机构，该结构简单，易于控制，能实现空间三维平动和一维转动，可用于工业复杂曲面的加工和焊接作业，是一种新型的并联机构，可以为加工制造提供帮助。附图说明图1为本专利技术的立体结构示意图；图中各标号为：N-定平台、M-定平台、1-第一连接杆、2-第二连接杆、3-第三连接杆、4-第四连接杆、5-第五连接杆、6-第六连接杆、7-第七连接杆、8-第八连接杆、9-第九连接杆、10-第十连接杆、11-第十一连接杆。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的内容并不限于所述范围。实施例1：如图1所示，一种四自由度解耦并联机构，包括定平台N、动平台M、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅲ、简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ组成；所述定平台N、动平台M通过三条支链连接，三条支链的复合运动构成了动平台M的输出运动；所述复杂支链Ⅲ对动平台M产生三维移动和一维转动的作用；所述简单支链Ⅳ为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台M运动产生约束；所述简单支链Ⅴ为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台M运动产生约束；所述简单支链Ⅳ采用的结构与简单支链Ⅴ相同。进一步地，可以设置所述复杂支链Ⅲ、简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ一端的运动副分别与动平台M的三个角连接，复杂支链Ⅲ另一端两个分支、简单支链Ⅳ另一端、简单支链Ⅴ另一端的运动副分别与定平台M的四条边连接，复杂支链Ⅲ另一端两个分支的运动副连接的定平台N边为邻边且运动副位于边的中点并保持轴线相互垂直（以图1来看，即R11与R21位于定平台的边为邻边且在边的中点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四自由度解耦并联机构，其特征在于：包括定平台（N）、动平台（M）、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅲ、简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ组成；所述定平台（N）、动平台（M）通过三条支链连接，三条支链的复合运动构成了动平台（M）的输出运动；所述复杂支链Ⅲ对动平台（M）产生三维移动和一维转动的作用；所述简单支链Ⅳ为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台（M）运动产生约束；所述简单支链Ⅴ为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台（M）运动产生约束；所述简单支链Ⅳ采用的结构与简单支链Ⅴ相同。

【技术特征摘要】
1.一种四自由度解耦并联机构，其特征在于：包括定平台（N）、动平台（M）、三条支链，三条支链由复杂支链Ⅲ、简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ组成；所述定平台（N）、动平台（M）通过三条支链连接，三条支链的复合运动构成了动平台（M）的输出运动；所述复杂支链Ⅲ对动平台（M）产生三维移动和一维转动的作用；所述简单支链Ⅳ为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台（M）运动产生约束；所述简单支链Ⅴ为能实现空间6自由度运动的串联链，不对动平台（M）运动产生约束；所述简单支链Ⅳ采用的结构与简单支链Ⅴ相同。2.根据权利要求1所述的四自由度解耦并联机构，其特征在于：所述复杂支链Ⅲ、简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ一端的运动副分别与动平台（M）的三个角连接，复杂支链Ⅲ另一端两个分支、简单支链Ⅳ另一端、简单支链Ⅴ另一端的运动副分别与定平台（M）的四条边连接，复杂支链Ⅲ另一端两个分支的运动副连接的定平台（N）边为邻边且运动副位于边的中点并保持轴线相互垂直，简单支链Ⅳ另一端、简单支链Ⅴ另一端的运动副连接的定平台（N）另外两条边且运动副位于边的任意位置，三条支链不相交。3.根据权利要求2所述的四自由度解耦并联机构，其特征在于：与动平台（M）的三个角连接的三条支链一端的运动副为：复杂支链Ⅲ的运动副为转动副，简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ的运动副为球副或虎克铰；作为驱动副的与定平台（N）四条边分别连接的复杂支链Ⅲ另一端两个分支、简单支链Ⅳ另一端、简单支链Ⅴ另一端的运动副为：复杂支链Ⅲ另一端两个分支的运动副为转动副或移动副，简单支链Ⅳ、简单支链Ⅴ的运动副为转动副或移动副；其中，简单支链Ⅳ的运动副为移动副时，满足该移动副所在定平台（N）边的对边上的运动副与该移动副轴线平行；简单支链Ⅴ的运动副为移动副时，满足该移动副所在定平台（N）边的对边上的运动副与该移动副轴线平行。4.根据权利要求1所述的四自由度解耦并联机构，其特征在于：所述动平台（M）采用任意三角形形式配置；定平台（N）采用任意四边形形式配置。5.根据权利要求3所述的四自由度解耦并联机构，其特征在于：所述复杂支链Ⅲ由简单支链Ⅰ、复杂支链Ⅱ和第四连接杆（4）复合而成；简单支链Ⅰ一端的转动副R11与定平台（N）的边连接，简单支链Ⅰ另一端的转动副R14通过第四连接杆（4）与复杂支链Ⅱ的转动副R22连接，复杂支链Ⅱ一端的转动副R21与定平台（N）的边连接，复杂支链Ⅱ另一端的转动副R15与动平台（M）的角连接；其中转动副R11与转动副R21轴线垂直，转动副R14、转动副R22轴线平行，转动副R14轴线垂直于定平台（N），转动副R22和转动副R15轴线重合。6.根据权利要求5所述的四自由度解耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍星，陈久朋，伞红军，张道义，陈明方，王学军，贺玮，吴海波，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53