一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構的製作方法
2023-06-09 09:22:31 2
專利名稱：一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，屬於機器人和機械製造領域。
背景技術：
並聯機構自出現以來，廣泛應用於飛行器重載模擬設備、機器人、數控工具機、傳感器及微操作等領域。在並聯機構的應用中，少自由度並聯機構應用最廣，尤其在機器人關節、空間指向及對接、負載模擬仿真、醫療微創手術以及人機互動等領域具有相當高的應用價值。如，Cl6ment Gosselin發明了球面五桿二自由度並聯式指向裝置(US5966991),可以用作工具機的球面刀頭；Farshid Najafi發明了具有虛擬轉心特性的二自由度並聯機構(US7204168)，可以用作腹腔外科手術仿真環境的力反饋等。
在一類特殊的應用場合，如醫療微創手術需要操作機構能夠皮膚表面一個微小的傷口進行二維轉動作業，娛樂噴泉需要轉動機構中間不許有杆件等以便能夠安裝噴水管，並聯轉臺轉動中心需要留出位置安裝傳感器等，這些應用場合都需要機構具備一個虛擬的固定轉動中心。而就目前而言，具備這種性能的機構不多；現存的機構設計方法複雜，承載能力弱。專利CN102225545A 「一種具有虛擬運動中心的兩維轉動並聯機構」的發明具有兩個支鏈，專利CN102079090A 「兩自由度空間轉動並聯機構」的發明具有三個相同支鏈，而如國內專利CN1803410A 「二自由度解耦球面並聯機構」、CN1868689A 「用於並聯運動裝備的二自由度空間並聯機構」、CN1785606A 「二自由度全面空間運動並聯機構」、CN101486185A 「一種二自由度轉動並聯機構」等雖然都能實現二自由度轉動，但其轉動中心均存在杆件或者運動副，不能安裝附件。總之，目前國內外雖然在二自由度並聯轉動該機構研究工作中取得了一些成果，但還存有如下不足1)目前的二自由度並聯轉動機構比較難實現虛擬轉動中心；2)具備虛擬轉動中心的二自由度並聯轉動機構比較少；3)現有的二自由度虛擬轉動中心並聯機構設計方法比較複雜，不易推廣應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，該類機構由主要運動模塊和輔運動模塊構成。每種該類並聯機構均包含有三個運動支鏈，可以實現運動平臺繞固定基座上固定點的二自由度轉動，可在轉動中心方便安裝傳感器等附件，使本發明的並聯機構具有較大的運動空間、較強的承載能力，可以廣泛應用於機器人手腕、空間指向及對準、微操作、醫療手術裝置等領域。本發明一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括固定基座、運動平臺以及運動支鏈；固定基座與運動平臺相互平行設置，並通過3條運動支鏈相連。所述運動支鏈分為主運動支鏈與輔運動支鏈兩類，其中，主運動支鏈具有第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈三種結構，輔運動支鏈具有第一輔運動支鏈、第二輔運動支鏈兩種結構。上述第一主運動支鏈包括第一機架、第一連杆A、第一連杆B、第一連杆C、第一連杆D和球面副S ;其中，第一連杆A與第一機架周向轉動連接；第一連杆A兩端均為轉動副，分別連接第一連杆B與第一連杆D ;第一連杆C分別與第一連杆B和第一連杆D通過轉動副相連，末端為球面副S。第二主運動支鏈包括第二機架、第二連杆A、第二連杆B、第二連杆C、第二連杆D和轉動副R ;第二連杆A與第二機架周向轉動連接；第二連杆A兩端均為轉動副，分別連接第二連杆B與第二連杆D ;第二連杆C分別與第二連杆B和第二連杆D通過轉動副相連，末端為轉動副R。第三主運動支鏈包括第三機架、第三連杆A、第三連杆B、第三連杆C、第三連杆D、第三連杆E、第三連杆F和虎克鉸U ;其中，第三連杆A與第三機架周向轉動連接；第三連杆A兩端均為轉動副，分別連接第三連杆B和第三連杆D ;第三連杆C分別與第三連杆B、第三連杆D和第三連杆F通過轉動副相連接，第三連杆F末端為虎克鉸U ;第三連杆E兩端均為轉動副，分別連接第三連杆D和第三連杆F。第一輔運動支鏈包括有第四機架、第四連杆A、第四連杆B、第四連杆C和轉動副X ;其中，第四連杆A與第四機架周向轉動連接；第四連杆B兩端均為轉動副，分別連接第四連杆A和第四連杆C ;第四連杆C末端為轉動副X。第二輔運動支鏈包括第五機架、第五連杆A、第五連杆B、第五連杆C、第五連杆D、第五連杆E和虎克鉸V ;第五連杆A與第五機架周向轉動連接；；第五連杆B兩端均為轉動副，分別連接第五連杆A和第五連杆C ;第五連杆D兩端均為轉動副，分別連接第五連杆B和第五連杆E ;第五連杆E分別與第五連杆C和第五連杆D通過轉動副相連接，第五連杆E末端為虎克鉸V。·
上述第一主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第一機架與固定基座固連，球面副S與運動平臺間以球面副形式連接；第二主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第二運動機架與固定基座固連，轉動副R與運動平臺間以轉動副形式連接；第三主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第三機架與固定基座固連，第三支鏈中的虎克鉸U與運動平臺間以虎克鉸形式連接；第一輔運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第四機架與固定基座固連，第一輔運動支鏈中的轉動副X與運動平臺以轉動副形式連接；第二輔運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為機架與固定基座固連，第二輔運動支鏈中虎克鉸V與運動平臺間以虎克鉸形式連接。在上述第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈、第一輔運動支鏈與第二輔運動支鏈中選取三條支鏈與固定基座、運動平臺相連，且需保證a、至少包含第一主運動支鏈、第二主運動支鏈或第三主運動支鏈中的一條運動支鏈；b、不能同時包含一個第二主運動支鏈和一個第一輔運動支鏈，若且唯若該兩個第一輔運動支鏈間夾角為180度；C、不能同時包含兩個第一輔運動支鏈，若且唯若兩個第一輔運動支鏈間夾角為180 度;d、不能同時包含兩個第一主運動支鏈和一個第一輔運動支鏈。本發明的優點在於(I)本發明並聯機構採用三支鏈點對稱布置，採用主要運動模塊和輔運動模塊組合構成，其機構剛度大，承載能力強；(2)本發明並聯機構能實現繞虛擬轉心的二自由度轉動；( 3 )本發明並聯機構可在固定基座上方形成一個虛擬空間，可用於容納傳感器等 附件；(4)本發明並聯機構中固定基座和運動平臺上均設有孔，可用於安裝傳感器等附件；( 5 )本發明中並聯機構在應用時，驅動電機可完全安置在固定基座上，減輕運動平臺的負載；(6)本發明並聯機構可按照需求進行模塊化組合，結構種類多；(7)本發明並聯機構可以依據需要更換運動模塊，而功能不變。
圖I為本發明並聯機構整體結構示意圖；圖2為本發明並聯機構中第一主運動支鏈的結構示意圖；圖3為本發明並聯機構中第二主運動支鏈的結構示意圖；圖4為本發明並聯機構中第三主運動支鏈的結構示意圖；圖5為本發明並聯機構中第一輔運動支鏈的結構示意圖；圖6為本發明並聯機構中第二輔運動支鏈的結構示意圖；圖7為本發明第一種並聯機構結構示意圖；圖8為本發明第二種並聯機構結構示意圖；圖9為本發明第三種並聯機構結構示意圖；圖10為本發明第四種並聯機構結構示意圖；圖11為本發明第五種並聯機構結構示意圖；圖12為本發明第六種並聯機構結構示意圖；圖13為本發明第七種並聯機構結構示意圖；圖14為本發明第八種並聯機構結構示意圖；圖15為本發明第九種並聯機構結構示意圖；圖16為本發明第十種並聯機構結構示意圖。圖中I-固定基座I2_運動平臺23_運動支鏈4_中間孔30卜主運動支鏈 302-輔運動支鏈 301卜第一主運動支鏈3012-第二主運動支鏈3013-第三主運動支鏈302卜第一輔運動支鏈3022-第二輔運動支鏈3011a-第一機架 3011b-第一連杆 A 3011c-第一連杆 B 3011d_ 第一連杆 C301 Ie-第一連杆 D3012a-第二機架 3012b-第二連杆 A 3012c-第二連杆 B 3012d_ 第二連杆 C
3012e-第二連杆 D3013a-第三機架3013b_第三連杆A 3013c_第三連杆B 3013d-第三連杆C3013e_第三連杆D3013f-第三連杆E 3013g-第三連杆F3021a-第四機架3021b-第四連杆A 3021c_第四連杆B 3021d_第四連杆C3022a-第五機架3022b_第五連杆A 3022c-第五連杆B 3022d_第五連杆C3022e_第五連杆D3022f-第五連杆E
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。 本發明一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，如圖I所示，包括固定基座I、運動平臺2、以及運動支鏈3 ;固定基座I與運動平臺2相互平行設置，並通過三條運動支鏈3相連，固定基座I用作連接各運動支鏈3的機架，運動平臺2用作連接各運動支鏈3的末端。所述運動支鏈3分為主運動支鏈301與輔運動支鏈302兩類，其中，主運動支鏈301具有第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈3013三種結構，輔運動支鏈具有第一輔運動支鏈3021、第二輔運動支鏈3022兩種結構。上述三種結構的主運動直連與兩種結構的輔運動支鏈均為平面連杆機構。下面分別對主運動支鏈的三種結構進行詳細說明第一主運動支鏈3011包括第一機架3011a、第一連杆A3011b、第一連杆B3011c、第一連杆C3011d、第一連杆D3011e和球面副S，如圖2所示；其中，第一連杆A3011b水平設置與第一機架3011a周向轉動連接；第一連杆A3011b兩端均為轉動副，分別連接第一連杆B3011c與第一連杆D3011e ;第一連杆C3011d分別與第一連杆B3011c和第一連杆D3011e通過轉動副相連，末端為球面副S。上述結構在轉動過程中始終保持第一連杆A3011b與第一連杆C3011d、第一連杆B3011c與第一連杆D3011e平行，由此構成的第一主運動支鏈3011中的球面副S可繞固定點O實現二自由度轉動。第二主運動支鏈3012包括第二機架3012a、第二連杆A3012b、第二連杆B3012c、第二連杆C3012d、第二連杆D3012e和轉動副R，如圖3所示；第二連杆A3012b水平設置，與第二機架3012a周向轉動連接；第二連杆A3012b兩端均為轉動副，分別連接第二連杆B3012c與第二連杆D3012e ;第二連杆C3012d分別與第二連杆B3012c和第二連杆D3012e通過轉動副相連，末端為轉動副R。上述結構在轉動過程中始終保持第二連杆A3012b與第二連杆C3012d、第二連杆B3012c與第二連杆D3012e平行。由此構成的第二主運動支鏈3012中的轉動副可繞固定點B實現二自由度轉動。第三主運動支鏈3013包括第三機架3013a、第三連杆A3013b、第三連杆B3013c、第三連杆C3013d、第三連杆D3013e、第三連杆E3013f、第三連杆F3013g和虎克鉸U，如圖4所示；其中，第三連杆A3013b水平設置，與第三機架3013a周向轉動連接；第三連杆A3013b兩端均為轉動副，分別連接第三連杆B3013c和第三連杆D3013e ;第三連杆C3013d分別與第三連杆B3013c、第三連杆D3013e和第三連杆F3013g通過轉動副相連接，第三連杆F3013g末端為虎克鉸U ;第三連杆E3013f兩端均為轉動副，分別連接第三連杆D3013e和第三連杆F3013g。上述結構在轉動過程中始終保持第三連杆A3013b、第三連杆E3013f與第三連杆C3013d平行、第三連杆B3013c、第三連杆D3013e與第三連杆F3013g平行，由此構成的第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U可繞固定點O實現二自由度轉動。第一輔運動支鏈3021包括有第四機架302 la、第四連杆A302 Ib、第四連杆B3021 c、第四連杆C3021d和轉動副X，如圖5所示；其中，第四連杆A3021b水平設置，與第四機架3021a周向轉動連接；第四連杆B3021c兩端均為轉動副X，分別連接第四連杆A3021b和第四連杆C3021d ;第四連杆C3021d末端為轉動副X。第二輔運動支鏈3022包括第五機架3022a、第五連杆A3022b、第五連杆B3022c、第五連杆C3022d、第五連杆D3022e、第五連杆E3022f和虎克鉸V ;第五連杆A3022b水平設置，與第五機架3022a周向轉動連接；第五連杆B3022C兩端均為轉動副，分別連接第五連杆A3022b和第五連杆C3022d ;第五連杆D3022e兩端均為轉動副，分別連接第五連杆B3022c和第五連杆E3022f ;第五連杆E3022f與第五連杆C3022d通過轉動副相連接，第五連杆E3022f末端為虎克鉸V。上述結構在轉動過程中始終保持第五連杆A3022b、第五連杆E3022f與第五連杆C3022d間，以及第五連杆B3022c、第五連杆D3022e間平行。將上述第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈3013、第一·輔運動支鏈3021與第二輔運動支鏈3022中的三個支鏈與固定基座I、運動平臺2固連，便可形成本發明一類模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構；在以上五種支鏈的選取時需保證以下幾點a、至少包含第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012或第三主運動支鏈3013中的一條運動支鏈；b、不能同時包含一個第二主運動支鏈3012和一個第一輔運動支鏈3021 ；C、不能同時包含兩個第一輔運動支鏈3021 ;d、不能同時包含兩個第一主運動支鏈3011和一個第一輔運動支鏈3021。由此本發明在實施中具有以下10種結構，分別對10種結構進行詳細說明實施結構I :—種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括固定基座I、運動平臺2、兩個第一主運動支鏈3011與一個第二主運動支鏈3012，如圖7所示；其中，兩個第一主運動支鏈3011中的第一機架3011a以及第二主運動支鏈3012中的第二機架3012a均與固定基座I固定連接；兩個第一主運動支鏈3011中的球面副S與運動平臺2以球面副3011f形式連接；第二主運動支鏈3012中的轉動副R與運動平臺2以轉動副形式連接。連接後，使兩個第一主運動支鏈3011中的第一連杆A301 Ib軸線與第二主運動支鏈3012中第二連杆A3012b軸線交於點0，且使兩個第一主運動支鏈3011與一個第二主運動支鏈3012以點O為軸心呈120°周向對稱布置。通過上述結構運動平臺2可繞點O實現二自由度轉動。實施結構2 —種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括固定基座I、運動平臺2、第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012與第二輔運動支鏈3022，如圖8所示；其中，第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012、第二輔運動支鏈3022中的第一機架3011a、第二機架3012a、第五機架3022a均與固定基座I固定連接；第一主運動支鏈3011中的球面副S與運動平臺2按球面副形式連接；第二主運動支鏈3012中的轉動副R與運動平臺2以轉動副形式連接；第二輔運動支鏈3022中的虎克鉸V與運動平臺2以虎克鉸形式連接。連接後，使第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012與第二輔運動支鏈3022中的第一連杆A3011b、第二連杆A3012b、第四連杆A3021b的軸線交於點O ;且第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012與第二輔運動支鏈3022以點O為軸心呈120°周向對稱布置。通過上述結構運動平臺2可繞點O頭現_.自由度轉動。實施結構3 —種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括固定基座I、運動平臺2、第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012與第三主運動支鏈3013，如圖9所示；第一主運動支鏈
3011、第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈3013中的第一機架3011a、第二機架3012a、第三機架3013a均與固定基座I固定連接；第一主運動支鏈3011中的球面副S與運動平臺2按球面副形式連接；第二主運動支鏈3012中的轉動副R與運動平臺2以轉動副形式連接；第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2以虎克鉸形式連接。連接後，使第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈3012與第三主運動支鏈3013中的第一連杆A3011b、第二連杆A3012b、第三連杆A3013b的軸線交於點O ;且使第一主運動支鏈3011、第二主運動支鏈 3012與第三主運動支鏈3013以點O為軸心呈120°周向對稱布置。通過上述結構運動平臺2可繞點O頭現_.自由度轉動。實施結構4 一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括固定基座I、運動平臺2、兩個第二輔助運動支鏈3022與一個第二主運動支鏈3012，如圖10所示；兩個第二輔助運動支鏈3022中的第五機架3022a以及第二主運動支鏈3012中的第二支架3012a均與固定基座I固定連接；兩個第二輔助運動支鏈3022中的虎克鉸V與運動平臺2以虎克鉸形式連接；第二主運動支鏈3012中的轉動副R與運動平臺2以轉動副形式連接。連接後，使兩個第二輔助運動支鏈3022中第五連杆A3022b的軸線與第二主運動支鏈3012中第二連杆A3012b的軸線交於點O ;且使兩個第二輔助運動支鏈3022與一個第二主運動支鏈3012以點O為軸心呈120°周向對稱布置。通過上述結構運動平臺2可繞點O實現二自由度轉動。實施結構5 一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括固定基座I、運動平臺2、第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈3013、第二輔運動支鏈3022，如圖11所示。第二主運動支鏈
3012、第三主運動支鏈3013、第二輔運動支鏈3022中的第二機架3012a、第三機架3013a、第五機架3022a均與固定基座I固定連接；第二主運動支鏈3012中的轉動副R與運動平臺2以轉動副形式連接；第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2以虎克鉸形式連接；第二輔運動支鏈3022中的虎克鉸V與運動平臺2以虎克鉸形式連接。連接後，使第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈3013、第二輔運動支鏈3022中的第二連杆A3012b、第三連杆A3013b、第五連杆A3022b的軸線交於點O ;且使第二主運動支鏈3012、第三主運動支鏈
3013、第二輔運動支鏈3022以點O為軸心呈120°周向對稱布置。通過上述結構運動平臺2可繞點O頭現_.自由度轉動。實施結構6 一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括固定基座I、運動平臺2兩個第三主運動支鏈3013與一個第二主運動支鏈3012，如圖12所示；兩個第三主運動支鏈3013中的第三機架3013a以及第二主運動支鏈3012中的第二機架3012a均與固定基座I固定連接；兩個第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2以虎克鉸形式連接；第二主運動支鏈3012中的轉動副R與運動平臺2以轉動副形式連接。連接後，使兩個第三主運動支鏈3013中第三連杆A3013b的軸線與第二主運動支鏈3012中第二連杆A3012b的軸線交於點O ;且使兩個第三主運動支鏈3013與一個第二主運動支鏈3012以點O為軸心呈120°周向對稱布置。通過上述結構運動平臺2可繞點O實現二自由度轉動。實施結構7 一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括固定基座I、運動平臺2、第一主運動支鏈3011、第一輔運動支鏈3021與第二輔運動支鏈3022，如圖13所示；第一主運動支鏈3011、第一輔運動支鏈3021、第二輔運動支鏈3022中的第一機架301 la、第四機架3021a、第五機架3022a均與固定基座I固定連接；第一主運動支鏈3011中的球面副S與運動平臺2按球面副形式連接；第一輔運動支鏈3021中的轉動副X與運動平臺2以轉動副形式連接；第二輔運動支鏈3022中的虎克鉸V副與運動平臺2按虎克鉸形式連接。連接後，使第一主運動支鏈3011、第一輔運動支鏈3021、第二輔運動支鏈3022中的第一連杆A301 lb、第四連杆A3021b、第五連杆A3022b的軸線交於點O ;第一主運動支鏈3011、第一輔運動支鏈3021、 第二輔運動支鏈3022以點O為軸心呈120°周向對稱布置。通過上述結構運動平臺2可繞點O頭現_.自由度轉動。實施結構8 一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括固定基座I、運動平臺2、第一主運動支鏈3011、第三主運動支鏈3013與第一輔運動支鏈3021，如圖14所示；第一主運動支鏈3011、第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021中的第一機架3011a、第三機架3013a、第四機架3021a均與固定基座I固定連接；第一主運動支鏈3011中的球面副S與運動平臺2按球面副形式連接；第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2按虎克鉸形式連接；第一輔運動支鏈3021中的轉動副X與運動平臺2按轉動副形式連接。連接後，使第一主運動支鏈3011、第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021中的第一連杆A3011b、第三連杆A3013b、第四連杆A3021b的軸線交於點O ;且使第一主運動支鏈3011、第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021以點O為軸心呈120°周向對稱布置。通過上述結構運動平臺2可繞點O頭現_.自由度轉動。實施結構9 一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括固定基座I、運動平臺2、第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021與第二輔運動支鏈3022，如圖15所示；第三主運動支鏈
3013、第一輔運動支鏈3021、第二輔運動支鏈3022中的第三機架3013a、第四機架3021a、第五機架3022a均與固定基座I固定連接；第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2按虎克鉸形式連接；第一輔運動支鏈3021中的轉動副X與運動平臺2按轉動副形式連接；第二輔運動支鏈3022中的虎克鉸V與運動平臺2按虎克鉸形式連接。連接後，使第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021與第二輔運動支鏈3022中的第三連杆A3013b、第四連杆A3021b、第五連杆A3022b的軸線交於點O ;且使第三主運動支鏈3013、第一輔運動支鏈3021、第二輔運動支鏈3022以點O為軸心呈120°周向對稱布置。通過上述結構運動平臺2可繞點O頭現_.自由度轉動。實施結構10 一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括固定基座I、運動平臺2、兩個第三主運動支鏈3013與一個第一輔運動支鏈3021，如圖16所示；兩個第三主運動支鏈3013中的第三機架3013a以及第一輔運動支鏈3021中的第四機架3021a均與固定基座I固定連接；兩個第三主運動支鏈3013中的虎克鉸U與運動平臺2按虎克鉸形式連接；第一輔運動支鏈3021中的轉動副X與運動平臺2按轉動副形式連接。連接後，使兩個第三主運動支鏈3013中第三連杆A3013b的軸線與第一輔運動支鏈3021中第四連杆A3021b的軸線交於點O ;且使兩個第三主運動支鏈3013與一個第一輔運動支鏈3021以點O為軸呈120°周向對稱布置。通過上述結構運動平臺2可繞點O實現二自由度轉動。上述固定基座I和運動平臺2上均設有中間孔4，由此通過固定基座I上的中間孔4安裝傳感器等附件，也可以通過運動平臺2上的中間孔4安裝傳感器等附件；且在應用時，驅動電機可以全部放置在固定基座I上以減輕負載重量。上述固定基座I與運動平臺2間的各運動支鏈間也可依據具體使用要求採用非對稱布置，但需要保證各運動支鏈中與機架相連連杆的軸線交與一點。本發明的一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，使運動平臺2可實現繞固定基座I上固定點O的二自由度轉 動，且在該轉心處不存在杆件幹涉，可形成一定得空間來安裝傳感器等附件。
權利要求
1.一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，其特徵在於包括固定基座、運動平臺以及運動支鏈；固定基座與運動平臺相互平行設置，並通過3條運動支鏈相連； 所述運動支鏈分為主運動支鏈與輔運動支鏈兩類，其中，主運動支鏈具有第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈三種結構，輔運動支鏈具有第一輔運動支鏈、第二輔運動支鏈兩種結構； 上述第一主運動支鏈包括第一機架、第一連杆A、第一連杆B、第一連杆C、第一連杆D和球面副S ;其中，第一連杆A與第一機架周向轉動連接；第一連杆A兩端均為轉動副，分別連接第一連杆B與第一連杆D ;第一連杆C分別與第一連杆B和第一連杆D通過轉動副相連，末端為球面副S ； 第二主運動支鏈包括第二機架、第二連杆A、第二連杆B、第二連杆C、第二連杆D和轉動副R ;第二連杆A與第二機架周向轉動連接；第二連杆A兩端均為轉動副，分別連接第二連杆B與第二連杆D ;第二連杆C分別與第二連杆B和第二連杆D通過轉動副相連，末端為轉動副R ; 第三主運動支鏈包括第三機架、第三連杆A、第三連杆B、第三連杆C、第三連杆D、第三連杆E、第三連杆F和虎克鉸U ;其中，第三連杆A與第三機架周向轉動連接；第三連杆A兩端均為轉動副，分別連接第三連杆B和第三連杆D ;第三連杆C分別與第三連杆B、第三連杆D和第三連杆F通過轉動副相連接，第三連杆F末端為虎克鉸U ;第三連杆E兩端均為轉動畐O，分別連接第三連杆D和第三連杆F ； 第一輔運動支鏈包括有第四機架、第四連杆A、第四連杆B、第四連杆C和轉動副X ;其中，第四連杆A與第四機架周向轉動連接；第四連杆B兩端均為轉動副，分別連接第四連杆A和第四連杆C ;第四連杆C末端為轉動副X ； 第二輔運動支鏈包括第五機架、第五連杆A、第五連杆B、第五連杆C、第五連杆D、第五連杆E和虎克鉸V ;第五連杆A與第五機架周向轉動連接；第五連杆B兩端均為轉動副，分別連接第五連杆A和第五連杆C ;第五連杆D兩端均為轉動副，分別連接第五連杆B和第五連杆E ;第五連杆E分別與第五連杆C和第五連杆D通過轉動副相連接，第五連杆E末端為虎克鉸V ; 上述第一主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第一機架與固定基座固連，球面副S與運動平臺間以球面副形式連接； 第二主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第二運動機架與固定基座固連，轉動副R與運動平臺間以轉動副形式連接； 第三主運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第三機架與固定基座固連，第三支鏈中的虎克鉸U與運動平臺間以虎克鉸形式連接； 第一輔運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為第四機架與固定基座固連，第一輔運動支鏈中的轉動副X與運動平臺以轉動副形式連接； 第二輔運動支鏈與固定基座、運動平臺間的連接方式為機架與固定基座固連，第二輔運動支鏈中的虎克鉸V與運動平臺間以虎克鉸形式連接； 在上述第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈、第一輔運動支鏈與第二輔運動支鏈中選取三條支鏈與固定基座、運動平臺相連，且需保證 a、至少包含第一主運動支鏈、第二主運動支鏈或第三主運動支鏈中的一條運動支鏈；b、不能同時包含一個第二主運動支鏈和一個第一輔運動支鏈； C、不能同時包含兩個第一輔運動支鏈； d、不能同時包含兩個第一主運動支鏈和一個第一輔運動支鏈。
2.如權利要求I所述一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，其特徵在於所述第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈、第一輔運動支鏈、第二輔運動支鏈中各連杆軸線共面。
3.如權利要求I所述一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，其特徵在於所述第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈、第二輔運動支鏈中各轉動副轉動過程中始終保持第一主運動支鏈的第一連杆A與第一連杆C、第一連杆B與第一連杆D平行；第二主運動支鏈的第二連杆A與第二連杆C、第二連杆B與第二連杆D平行；第三主運動支鏈的第三連杆A、第三連杆E與第三連杆C平行、第三連杆B、第三連杆D與第三連杆F平行； 第二輔運動支鏈的第五連杆A、第五連杆E與第五連杆C間，以及第五連杆B、第五連杆D間平行。
4.如權利要求I所述一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，其特徵在於所述與固定基座、運動平臺相連的三個運動支鏈中的機架軸線相交於點O。
5.如權利要求4所述一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，其特徵在於所述與固定基座、運動平臺相連的三個運動支鏈以點O為軸心呈相互具有120°夾角。
6.如權利要求I所述一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，其特徵在於所述固定基座、運動平臺上均開有中間孔。
全文摘要
本發明公開了一種模塊化二自由度虛擬轉心並聯機構，包括有七種基本模塊第一主運動支鏈、第二主運動支鏈、第三主運動支鏈、第一輔運動支鏈、第二輔運動支鏈五種結構運動支鏈以及固定基座與運動平臺；其中，固定基座與運動平臺間通過五種結構運動支鏈中的三條運動支鏈相連，由此形成十種二自由度虛擬轉心並聯機構；每種並聯機構各運動支鏈間相對位置可依據具體使用要求採用非對稱布置。本發明的優點為結構種類多，每種結構均可實現繞虛擬轉心的二自由度轉動，且剛度大，承載能力強，傳感器等附件安裝方便。
文檔編號B25J9/00GK102922509SQ20121037046
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者吳鈧, 于靖軍, 宗光華 申請人:北京航空航天大學