一种完全解耦两自由度转动并联机构制造技术

本发明专利技术公开了一种完全解耦两自由度转动并联机构，包括动平台、定平台、两条主动支链和一条恰约束支链。两条主动支链具有相同的结构形式，分别由平行四边形结构、转动副、移动副和万向铰组成。其中平行四边形结构由四个轴线平行的呈四边形排布的转动副构成。恰约束支链由两个轴线垂直的第一转动副和第二转动副串联而成。第一主动支链中的第一万向铰与恰约束支链相连，第二主动支链中的第二万向铰与动平台相连。本发明专利技术并联机构的速度雅可比矩阵为对角阵，因此机构动平台的一个输出运动仅由一个主动输入控制，解决了现有并联机构运动链之间耦合强，运动学求解复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种完全解耦两自由度转动并联机构
本专利技术涉及机器人空间机构
，具体的说是一种完全解耦两自由度转动并联机构。
技术介绍
热并联机构定义为：由动平台、定平台以及联接两平台的2-6条运动分支链组成。与传统的串联机构相比，并联机构具有结构紧凑、刚度大、承载能力强、精度高、工作空间小等特点。并联机构可分为六自由度并联机构和少自由度并联机构。相比于六自由度并联机构来说，少自由度并联机构具有结构更加简单、加工制造成本较低、工作空间较大的优点。如申请号为CN201410577213.0的中国专利公开了一种大工作空间两转动并联机构，如申请号为CN201621212796.8的中国专利公开了一种提升负载能力的两自由度并联机构。强耦合性是一般并联机构的共同特性，其增强了并联机构的刚度和承载能力，但同时也会导致机构的运动学求解复杂、控制设计困难等。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种完全解耦两自由度转动并联机构，其不仅具有完全解耦的运动学特性，还通过引入恰约束支链，提高了并联机构的承载能力。为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：一种完全解耦两自由度转动并联机构，包括定平台、动平台、一条恰约束支链和两条主动支链；所述恰约束支链由两个轴线相互垂直的第一转动副和第二转动副以及连接两个转动副的约束连杆构成，第一转动副与定平台相连接，第二转动副与动平台相连接；两条主动支链包括用于控制动平台绕第一转动副转动的第一主动支链和用于控制动平台绕第二转动副转动的第二主动支链；第一主动支链包括自定平台起依次串联的第一平行四边形结构、第七转动副、第一移动副和第一万向铰，第一主动支链通过第一万向铰与约束连杆相连，第七转动副的转动轴线垂直于第一万向铰第二轴线和第一转动副转动轴线；第二主动支链包括自定平台起依次串联的第二平行四边形结构、第十二转动副、第二移动副和第二万向铰，第二主动支链通过第二万向铰与动平台相连，第十二转动副的转动轴线平行于第二万向铰第一轴线和第一转动副转动轴线。进一步地，第一平行四边形结构由第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第一连杆和第二连杆构成，第一平行四边形结构一端通过第三转动副、第四转动副与定平台相连，另一端通过第五转动副和第六转动副与第三连杆相连，第三连杆与第七转动副相连，第三转动副、第四转动副、第五转动副和第六转动副的转动轴线均相互平行且均垂直于第七转动副的转动轴线。进一步地，第二平行四边形结构由第八转动副、第九转动副、第十转动副、第十一转动副、第四连杆和第五连杆构成，第二平行四边形结构一端通过第八转动副、第九转动副与定平台相连，另一端通过第十转动副、第十一转动副与第六连杆相连，第六连杆与第十二转动副相连，第八转动副、第九转动副、第十转动副、第十一转动副的转动轴线均相互平行且均垂直于第十二转动副的转动轴线。进一步地，第一平行四边形结构中的第三转动副或第四转动副与第二平行四边形结构中的第八转动副或第九转动副均为主动副。进一步地，设于定平台上方的动平台的截面呈矩形。有益效果：1、本专利技术中的并联机构包括定平台、动平台、一条恰约束支链和两条主动支链（第一主动支链和第二主动支链），恰约束支链包括两个轴线相互垂直的第一转动副和第二转动副，两条主动支链均包括自定平台起依次串联的平行四边形结构、转动副、移动副和万向铰，各个平行四边形结构均包括四个轴线相互平行的呈四边形排布的转动副，第一主动支链能够控制动平台绕第一转动副转动，第二主动支链能够控制动平台绕第二转动副转动，该并联机构的速度雅可比矩阵为对角阵，因此机构动平台的一个输出运动仅由一个主动输入控制，解决了现有并联机构运动链之间耦合强，运动学求解复杂的问题。2、本专利技术中的并联机构的结构简单、灵活性高，控制简单，实用性强，有很好的推广利用价值。下面结合实施例附图和具体实施例对本专利技术做进一步具体详细的说明。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术中并联机构的结构示意图。图示标记，P1、定平台，P2、动平台；L1、第一主动支链，10、第三转动副，11、第四转动副，12、第一连杆，13、第二连杆，14、第五转动副，15、第六转动副，16、第三连杆，17、第七转动副，18、第一移动副，19、第一万向铰，191、第一万向铰第一轴线，192、第一万向铰第二轴线；L2、第二主动支链，20、第八转动副，21、第九转动副，22、第四连杆，23、第五连杆，24、第十转动副，25、第十一转动副，26、第六连杆，27、第十二转动副，28、第二移动副，29、第二万向铰，291、第二万向铰第一轴线，292、第二万向铰第二轴线；L3、恰约束支链，30、第一转动副，31、约束连杆，32、第二转动副。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术中所称的“第一”、“第二”并不是对相应技术特征在数量上的限定，而是为区分相关技术特征而作出的命名。一种完全解耦两自由度转动并联机构，请参考图1，该并联机构包括定平台P1、动平台P2、一条提供约束的恰约束支链L3和用于提供驱动力的两条主动支链，设于定平台P1上方的动平台P2的截面呈矩形。两条主动支链包括用于控制动平台P2绕第一转动副30转动的第一主动支链L1和用于控制动平台P2绕第二转动副32转动的第二主动支链L2。第一主动支链第一主动支链L1包括自定平台P1起依次串联的第一平行四边形结构、第七转动副17、第一移动副18和第一万向铰19，第一主动支链L1通过第一万向铰19与约束连杆31相连，第七转动副17的转动轴线垂直于第一万向铰第二轴线192和第一转动副30转动轴线。第一平行四边形结构由第三转动副10、第四转动副11、第五转动副14、第六转动副15、第一连杆12和第二连杆13构成，第一平行四边形结构一端通过第三转动副10、第四转动副11与定平台P1相连，另一端通过第五转动副14和第六转动副15与第三连杆16相连，第三连杆16与第七转动副17相连，第三转动副10、第四转动副11、第五转动副14和第六转动副15的转动轴线均相互平行且均垂直于第七转动副17的转动轴线。其中，第一平行四边形结构中的第三转动副10或第四转动副11为主动副。第二主动支链第二主动支链L2包括自定平台P1起依次串联的第二平行四边形结构、第十二转动副27、第二移动副28和第二万向铰29，第二主动支链L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种完全解耦两自由度转动并联机构，其特征在于：包括定平台(P1)、动平台(P2)、一条恰约束支链(L3)和两条主动支链；/n恰约束支链(L3)由两个轴线相互垂直的第一转动副（30）和第二转动副(32)以及连接两个转动副的约束连杆(31)构成，第一转动副(30)与定平台(P1)相连接，第二转动副(32)与动平台(P2)相连接；/n两条主动支链包括用于控制动平台(P2)绕第一转动副(30)转动的第一主动支链(L1)和用于控制动平台(P2)绕第二转动副(32)转动的第二主动支链(L2)；/n第一主动支链(L1)包括自定平台(P1)起依次串联的第一平行四边形结构、第七转动副(17)、第一移动副(18)和第一万向铰(19)，第一主动支链(L1)通过第一万向铰(19)与约束连杆(31)相连，第七转动副(17)的转动轴线分别垂直于第一万向铰第二轴线(192)和第一转动副(30)转动轴线；/n第二主动支链(L2)包括自定平台(P1)起依次串联的第二平行四边形结构、第十二转动副(27)、第二移动副(28)和第二万向铰(29)，第二主动支链(L2)通过第二万向铰(29)与动平台(P2)相连，第十二转动副(27)的转动轴线分别平行于第二万向铰第一轴线(291)和第一转动副(30)转动轴线。/n...

【技术特征摘要】
1.一种完全解耦两自由度转动并联机构，其特征在于：包括定平台(P1)、动平台(P2)、一条恰约束支链(L3)和两条主动支链；
恰约束支链(L3)由两个轴线相互垂直的第一转动副（30）和第二转动副(32)以及连接两个转动副的约束连杆(31)构成，第一转动副(30)与定平台(P1)相连接，第二转动副(32)与动平台(P2)相连接；
两条主动支链包括用于控制动平台(P2)绕第一转动副(30)转动的第一主动支链(L1)和用于控制动平台(P2)绕第二转动副(32)转动的第二主动支链(L2)；
第一主动支链(L1)包括自定平台(P1)起依次串联的第一平行四边形结构、第七转动副(17)、第一移动副(18)和第一万向铰(19)，第一主动支链(L1)通过第一万向铰(19)与约束连杆(31)相连，第七转动副(17)的转动轴线分别垂直于第一万向铰第二轴线(192)和第一转动副(30)转动轴线；
第二主动支链(L2)包括自定平台(P1)起依次串联的第二平行四边形结构、第十二转动副(27)、第二移动副(28)和第二万向铰(29)，第二主动支链(L2)通过第二万向铰(29)与动平台(P2)相连，第十二转动副(27)的转动轴线分别平行于第二万向铰第一轴线(291)和第一转动副(30)转动轴线。


2.根据权利要求1所述的一种完全解耦两自由度转动并联机构，其特征在于：第一平行四边形结构由第三转动副(10)、第四转动副(11)、第五转动副(14)、第六转动副(15)、第一连杆(12)和第二连杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦斌，魏雪敏，王继文，芦风林，王科峰，王科明，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41