全文摘要
一种无耦合两转动并联机构，包括定平台、动平台以及连接两平台的第一分支运动链和第二分支运动链；第一分支运动链由空间闭回路结构和第二转动副串联而成，空间闭回路结构包含两子分支，第一子分支包含一个第一转动副，第二子分支是由一个第一螺旋副、一个第三转动副、一个第四转动副和一个第一万向铰构成的单开链，且以第一螺旋副为主动副控制动平台的一个转动自由度；第二分支运动链由一个第二螺旋副、一个第五转动副、一个第六转动副和一个第二万向铰组成，其主动副为第二螺旋副，可控制动平台的另一个转动自由度。由于该机构的速度雅可比矩阵为对角阵，因此具有较好的运动学特性，且控制设计简单，解决了一般并联机构运动学解耦性差的问题。
主设计要求
1.一种无耦合两转动并联机构，其特征在于：包括定平台、动平台以及连接两平台的第一分支运动链和第二分支运动链；第一分支运动链为混合链，由空间闭回路结构和第二转动副串联而成，所述空间闭回路结构包含两子分支，第一子分支包含一个第一转动副，第二子分支是由一个第一螺旋副、一个第三转动副、一个第四转动副和一个第一万向铰构成的单开链；第一转动副、第二转动副和第一万向铰的一端分别与第一连杆的三个彼此垂直的分支相连，第一万向铰的另一端、第三转动副、第四转动副和第一螺旋副彼此通过第二连杆、第三连杆和第四连杆实现顺次连接；所述第一螺旋副轴线、第三转动副轴线、第四转动副轴线和第一万向铰中与第二连杆相连的转动轴线相互平行，第一转动副轴线和第一万向铰中与第一连杆相连的转动轴线平行且垂直于第二转动副轴线；第二分支运动链为单开链，由一个第二螺旋副、一个第五转动副、一个第六转动副和一个第二万向铰组成；第二螺旋副、第五转动副、第六转动副和第二万向铰彼此通过第五连杆、第六连杆和第七连杆实现顺次相连；第二螺旋副轴线、第五转动副轴线、第六转动副轴线以及第二万向铰中与第七连杆相连的转动轴线之间相互平行；所述第一分支运动链中的第一螺旋副、第一转动副和第二分支运动链中的第二螺旋副均安装在机构的定平台上，所述第二螺旋副轴线与第一转动副轴线平行，且同时垂直于第一螺旋副轴线；所述第一分支运动链中第二转动副与所述第二分支运动链中第二万向铰均安装在机构的动平台上，第二转动副轴线和第二万向铰中与动平台相连的转动轴线平行；由第一分支运动链控制动平台绕所述第一转动副做翻转运动、第二分支运动链控制动平台绕第二转动副做翻转运动。
设计方案
1.一种无耦合两转动并联机构，其特征在于：包括定平台、动平台以及连接两平台的第一分支运动链和第二分支运动链；
第一分支运动链为混合链，由空间闭回路结构和第二转动副串联而成，所述空间闭回路结构包含两子分支，第一子分支包含一个第一转动副，第二子分支是由一个第一螺旋副、一个第三转动副、一个第四转动副和一个第一万向铰构成的单开链；第一转动副、第二转动副和第一万向铰的一端分别与第一连杆的三个彼此垂直的分支相连，第一万向铰的另一端、第三转动副、第四转动副和第一螺旋副彼此通过第二连杆、第三连杆和第四连杆实现顺次连接；所述第一螺旋副轴线、第三转动副轴线、第四转动副轴线和第一万向铰中与第二连杆相连的转动轴线相互平行，第一转动副轴线和第一万向铰中与第一连杆相连的转动轴线平行且垂直于第二转动副轴线；
第二分支运动链为单开链，由一个第二螺旋副、一个第五转动副、一个第六转动副和一个第二万向铰组成；第二螺旋副、第五转动副、第六转动副和第二万向铰彼此通过第五连杆、第六连杆和第七连杆实现顺次相连；第二螺旋副轴线、第五转动副轴线、第六转动副轴线以及第二万向铰中与第七连杆相连的转动轴线之间相互平行；
所述第一分支运动链中的第一螺旋副、第一转动副和第二分支运动链中的第二螺旋副均安装在机构的定平台上，所述第二螺旋副轴线与第一转动副轴线平行，且同时垂直于第一螺旋副轴线；所述第一分支运动链中第二转动副与所述第二分支运动链中第二万向铰均安装在机构的动平台上，第二转动副轴线和第二万向铰中与动平台相连的转动轴线平行；由第一分支运动链控制动平台绕所述第一转动副做翻转运动、第二分支运动链控制动平台绕第二转动副做翻转运动。
2.根据权利要求1所述的一种无耦合两转动并联机构，其特征在于：所述第一分支运动链中的第一螺旋副和第二分支运动链中的第二螺旋副为机构的主动副。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及机器人空间机构领域，尤其是一种无耦合两转动并联机构。
背景技术
并联机构广泛应用于数控机床、传感器、微操作机器人和医用机器人等领域，一般由动平台、定平台以及连接两平台的2-6条运动支链组成。相对于串联机构，并联机构具有结构紧凑、刚度大、承载能力强、精度高、累计误差小等优点。并联机构可分为六自由度并联机构和少自由度并联机构，与六自由度并联机构相比，少自由度并联机构具有结构简单，加工制造成本较低，工作空间大等优点，具有更广大的发展前景。目前，已有学者提出两自由度转动并联机构，并申请了国家实用新型专利，如申请号为CN201110031919.3的两自由度空间转动并联机构，该机构虽然能实现两自由度的转动，但其运动学耦合性强，在设计、分析计算和轨迹规划等方面存在很多困难。因此实现并联机构的解耦及提高其运动性能是非常有必要的。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种无耦合两转动并联机构，解决现有两转动并联机构的耦合性强，控制困难等不足。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种无耦合两转动并联机构，包括定平台、动平台以及连接两平台的第一分支运动链和第二分支运动链；
第一分支运动链为混合链，由空间闭回路结构和第二转动副串联而成，所述空间闭回路结构包含两子分支，第一子分支包含一个第一转动副，第二子分支是由一个第一螺旋副、一个第三转动副、一个第四转动副和一个第一万向铰构成的单开链；第一转动副、第二转动副和第一万向铰的一端分别与第一连杆的三个彼此垂直的分支相连，第一万向铰的另一端、第三转动副、第四转动副和第一螺旋副彼此通过第二连杆、第三连杆和第四连杆实现顺次连接；所述第一螺旋副轴线、第三转动副轴线、第四转动副轴线和第一万向铰中与第二连杆相连的转动轴线相互平行，第一转动副轴线和第一万向铰中与第一连杆相连的转动轴线平行且垂直于第二转动副轴线；
第二分支运动链为单开链，由一个第二螺旋副、一个第五转动副、一个第六转动副和一个第二万向铰组成；第二螺旋副、第五转动副、第六转动副和第二万向铰彼此通过第五连杆、第六连杆和第七连杆实现顺次相连；第二螺旋副轴线、第五转动副轴线、第六转动副轴线以及第二万向铰中与第七连杆相连的转动轴线之间相互平行；
所述第一分支运动链中的第一螺旋副、第一转动副和第二分支运动链中的第二螺旋副均安装在机构的定平台上，所述第二螺旋副轴线与第一转动副轴线平行，且同时垂直于第一螺旋副轴线；所述第一分支运动链中第二转动副与所述第二分支运动链中第二万向铰均安装在机构的动平台上，第二转动副轴线和第二万向铰中与动平台相连的转动轴线平行；由第一分支运动链控制动平台绕所述第一转动副做翻转运动、第二分支运动链控制动平台绕第二转动副做翻转运动。
所述第一分支运动链中的第一螺旋副和第二分支运动链中的第二螺旋副为机构的主动副。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型第一分支运动链为混合链，由其中的第一螺旋副为主动副控制机构动平台的一个转动自由度，第二分支运动链为单开链，由其中的第二螺旋副为主动副控制机构动平台的另一个自由度，由于该机构的速度雅克比矩阵为对角阵，因此，该机构具有良好的运动学特性，其输入和输出存在一一对应的控制关系，大大减少了各分支运动链之间的相互影响，解决了普通并联机构存在的解耦性差、工作空间小、控制难度大等问题。
附图说明
图1为本实用新型所述的无耦合两转动并联机构结构示意图；
附图标记：1、定平台，2、动平台，L1、第一分支运动链，L2、第二分支运动链，H1、第一螺旋副、H2、第二螺旋副，R11、第一转动副，R12、第二转动副，R13、第三转动副，R14、第四转动副，R21、第五转动副，R22、第六转动副，U1、第一万向铰，U2、第二万向铰，Ⅰ-1、第一连杆，Ⅰ-2、第二连杆，Ⅰ-3、第三连杆，Ⅰ-4、第四连杆，Ⅱ-1、第五连杆，Ⅱ-2、第六连杆，Ⅱ-3、第七连杆。
具体实施方式
下面结合说明书附图，通过具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步的说明。
如图所示，一种无耦合两转动并联机构，由定平台1、动平台2以及连接两平台之间的第一分支运动链L1和第二分支运动链L2组成。
第一分支运动链L1为混合链，由空间闭回路结构和第二转动副R12串联而成，空间闭回路结构又包含两子分支，第一子分支只有一个运动副，该运动副为第一转动副R11，第二子分支为由一个第一螺旋副H1、一个第三转动副R13、一个第四转动副R14和一个第一万向铰U1构成的单开链。其中第一转动副R11、第二转动副R12和第一万向铰U1的一端与第一连杆Ⅰ-1的三个分支相连，这三个分支两两垂直，所述第一万向铰U1的另一端与第三转动副R13通过第二连杆Ⅰ-2相连，第三转动副R13与第四转动副R14通过第三连杆Ⅰ-3相连，第四转动副R14与第一螺旋副H1通过第四连杆Ⅰ-4相连。所述第一分支运动链L1中的第一螺旋副H1轴线、第三转动副R13轴线、第四转动副R14轴线和第一万向铰U1中与第二连杆Ⅰ-2相连的转动轴线U1-1相互平行，第一转动副R11轴线和第一万向铰U1中与第一连杆Ⅰ-1相连的转轴U1-2平行且垂直于第二转动副R12轴线，第一螺旋副H1的轴线垂直于定平台1平面，所述第二转动副R12的轴线平行于动平台2的平面。
第二分支运动链L2为单开链，由一个第二螺旋副H2、一个第五转动副R21、一个第六转动副R22、一个第二万向铰U2组成，其中第二螺旋副H2与第第五转动副R21通过第五连杆Ⅱ-1相连，第五转动副R21与第六转动副R22通过第六连杆Ⅱ-2相连，第六转动副R22与第二万向铰U2通过第七连杆Ⅱ-3相连。所述第二分支运动链L2中的第二螺旋副H2轴线、第五转动副R21轴线、第六转动副R22轴线和第二万向铰U2中与第七连杆Ⅱ-3相连的转动轴线U2-2相互平行。
所述第一分支运动链L1中的第一螺旋副H1、第一转动副R11和第二分支运动链中的第二螺旋副H2安装于定平台1上，且第一螺旋副H1和第一转动副R11在定平台1上呈对角线布置，第二分支运动链L2中的第二螺旋副H2轴线与第一分支运动链L1中的第一转动副R11轴线平行，且同时垂直于第一分支运动链L1中的第一螺旋副H1轴线。
第一分支运动链L1的第二转动副R12与第二分支运动链L2中的第二万向铰U2安装于机构的动平台2上，且第二转动副R12连接在动平台的侧面，第二万向铰U2连接在第二转动副R12对侧的动平台2下表面，第一分支运动链L1的第二转动副R12轴线和第二分支运动链L2第二万向铰U2中与动平台2相连的转动轴线U2-1平行。
该并联机构分别取第一分支运动链L1与第二分支运动链L2中的第一螺旋副H1和第二螺旋副H2为主动副，其中第一分支运动链L1控制动平台2绕第一分支运动链L1的第一转动副R11做翻转运动，第二分支运动链L2控制动平台2绕第一分支运动链L1的第二转动副R12做翻转运动。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920114096.2
申请日:2019-01-23
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:41(河南)
授权编号:CN209425434U
授权时间:20190924
主分类号:B25J 9/00
专利分类号:B25J9/00
范畴分类:40E;
申请人:河南科技大学
第一申请人:河南科技大学
申请人地址:471000 河南省洛阳市涧西区西苑路48号
发明人:王科明;张彦斌;许泽华;李向攀;郭冰菁;韩建海;陈子豪
第一发明人:王科明
当前权利人:河南科技大学
代理人:常晓虎
代理机构:41120
代理机构编号:洛阳公信知识产权事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计