具有被动支链的三自由度球面并联机构.pdf

一种机器人技术领域的具有被动支链的三自由度球面并联机构，包括：动平台、静平台、三根结构相同的运动支链和一根转动支链，其中：运动支链的两端分别通过球副与动平台和静平台相连，转动支链的一端与静平台通过转动副相连，另一端与动平台固定连接。运动支链为周向均匀分布；所述的转动支链位于三个运动支链的中间。本装置可实现动平台绕固定点作球面三维的转动，具有刚度高，工作空间大，安装容易等特点。这种机构结构简单且各运动支链结构对称可应用于机器人肩关节、卫星定位装置等空间姿态定位的应用场合。

权利要求书
1.  一种具有被动支链的三自由度球面并联机构，其特征在于，包括：动平台、静平台、三根结构相同的运动支链和一根转动支链，其中：运动支链的两端分别通过球副与动平台和静平台相连，转动支链的一端与静平台通过转动副相连，另一端与动平台固定连接。

2.  根据权利要求1所述的三自由度球面并联机构，其特征是，所述的运动支链为周向均匀分布；所述的转动支链位于三个运动支链的中间。

3.  根据权利要求1所述的三自由度球面并联机构，其特征是，所述的运动支链为两段式直线移动副结构，包括：外杆和与之套接的内杆。

4.  根据权利要求1所述的三自由度球面并联机构，其特征是，所述的转动支链包括：与静平台相连的双耳支架以及一端与动平台固定连接的第四直杆，其中：交叉叠加的双耳支架的四个末端分别通过四个转动副与静平台相连，第四直杆，通过第五转动副与双耳支架的交叉叠加处相连。

5.  根据权利要求4所述的三自由度球面并联机构，其特征是，所述的第四支链中双耳支架与静平台相连接的转动运动副交汇处的相交于一点，该点就是动平台运动时的转动中心点。

6.  根据上述任一权利要求所述的三自由度球面并联机构，其特征是，所述的运动支链采用滚珠丝杆驱动，所述的转动支链为被动支链。

说明书具有被动支链的三自由度球面并联机构
技术领域
本发明涉及的是一种机器人设计制造领域的技术，具体是一种具有被动支链的三自由度球面并联机构。
背景技术
并联机构通常由动平台和固定平台通过多条支链联结而成，较串联机构，具有结构紧凑、刚度、承载能力强、累积误差小等优点，故得到广泛的工程实际应用中。三自由度球面并联机构，其动平台可实现绕固定点的三个转动，因此，可用于灵活眼、腰关节、腕关节、肩关节和踝关节的修复，也可用于机械加工的回转工作台、机床加工中的机床底座和工作的定位，还可用于卫星定位装置等。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101306534，公开(公告)日2008.11.19，公开了一种具有中心球面铰链的偏置输出三自由度球面并联机构，它由三自由度球面并联机构、中心球面铰链和偏置输出杆单元组成，其中心球面铰链的下支撑杆3下端与定平台1固定，下支撑杆3的轴线通过定平台1的中心点；圆柱直输出杆8穿过动平台7中心并与其固定或以棱柱移动副连接；直输出杆8上端与偏置输出杆9在中心线交点A固联，圆柱直输出杆8与偏置输出杆9的轴线夹角αh，αh取值范围为0°～100°，偏置方向为任意的。但该技术具有三条含三个转动自由度的支链，使得机构的运动范围受到一定的限制，且中心球面铰链处安装制造不便。
中国专利文献号CN102962840A，公开(公告)日2013.03.13，公开了一种具有对称结构且无伴随运动的并联机构，其有定、动两平台和连接这两平台的三条结构完全相同的活动分支，每条活动分支均由一个与定平台相连的定平台移动副、一个与动平台相连的动平台移动副以及连接定平台移动副和动平台移动副的一个三自由度球面子链构成，该球面子链包含三个轴线汇交于一点的转动副，其交点为分支中心点；上述三条分支的中心点构成一个中间平面，上述定、动两平台关于该中间平面对称，上述定平台移动副和动平台移动副分别与定、动两平台倾斜布置。但该技术中每条支链中均具有二个移动副，且承载能力不高。
中国专利文献号CN101924266A，公开(公告)日2010.12.22，公开了一种球面三自由度并联机构天线结构系统。它由一个天线反射体联结一个天线座架构成，天线座架由上、下两个平台通过结构相同的三个支路机构联结构成。每条支路有上平台、上园弧形支架、下园弧形支架和下平台均通过3个转动副联结组成，其中一个转动副联结一个电机。上平台与天线反射体 固定连接，下平台与地基机架或天线载体机架连接，电机直接驱动或通过变速器驱动下园弧形支架、上园弧形支架和上平台及天线反射体作球面三自由度转动。该技术能圆满解决获取卫星、运载火箭等飞行器的遥感遥测信号和数据，实现天线“过顶”空域连续跟踪，达到半球工作空域或半球以上工作空域。但该技术中的每条支链均由3R副组成，且机构中的9个转动副需交于一点，这增加了机构的安装难度，且运动范围受到限制。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有被动支链的三自由度球面并联机构，具有刚度高，工作空间大，安装容易等特点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：动平台、静平台、三根结构相同的运动支链和一根转动支链，其中：运动支链的两端分别通过球副与动平台和静平台相连，转动支链的一端与静平台通过转动副相连，另一端与动平台固定连接。
所述的运动支链为两段式直线移动副结构，包括：外杆和与之套接的内杆。
所述的转动支链包括：与静平台相连的双耳支架以及一端与动平台固定连接的第四直杆，其中：交叉叠加的双耳支架的四个末端分别通过四个转动副与静平台相连，第四直杆，通过第五转动副与双耳支架的交叉叠加处相连。
所述的运动支链采用滚珠丝杆驱动，所述的转动支链为被动支链。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过特殊设计的中间支链与三条含两个球副和和一个移动副的支链组合，使机构获得更大的运动范围和承载能力。此外，本发明结构简单紧凑，装配容易，刚度好，工作空间大，机构运动灵活，可应用于机器人的眼、腰关节、腕关节、肩关节和踝关节，运动范围较大且可用于卫星定位装置等需要三自由度球面转动的场合。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为中间支链的结构示意图；
图中：动平台、静平台、运动支链P1、转动支链、外杆L11、内杆L12、第四直杆L4、双耳支架。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：动平台、静平台、三根结构相同的运动支链P1和一根转动支链，其中：运动支链和转动支链的两端分别于动平台和静平台相连。
所述的运动支链P1为周向均匀分布，即从圆周圆心到铰接点的直径夹角为120度；所述的转动支链位于三个运动支链的中间。
所述的运动支链P1的两端分别通过球副S1、S2与动平台和静平台相连。
所述的运动支链P1为两段式直线移动副结构，包括：外杆L11和与之套接的内杆L12。
所述的转动支链的一端与静平台通过转动副相连，另一端与动平台固定连接。
所述的转动支链包括：与静平台相连的双耳支架以及一端与动平台固定连接的第四直杆L4，其中：交叉叠加的双耳支架的四个末端分别通过四个转动副R1～R4与静平台相连，第四直杆L4，通过第五转动副R5与双耳支架的交叉叠加处相连。
所述的第四支链中双耳支架与静平台相连接的转动运动副R1、R2和交汇处的R3相交于O点，该点就是动平台运动时的转动中心点。
所述的运动支链P1采用滚珠丝杆驱动，所述的转动支链为被动支链。
本装置基于上述结构可实现动平台绕固定点作球面三维的转动。