二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，涉及機器人、精密儀器和設備以及機械制造【技術領域】。所述機構(gòu)主要由運動平臺、固定基座和運動支鏈構(gòu)成，可以實現(xiàn)運動平臺繞固定基座做二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動。所述運動平臺和固定基座間通過運動副連接三個以上運動支鏈，每個運動支鏈包含兩個以上連桿；每個運動支鏈均為對稱結(jié)構(gòu)，包含兩個或多個運動副，形成4個以上自由度。本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)動機構(gòu)，運動平臺工作空間大；結(jié)構(gòu)緊湊；剛度大；機構(gòu)不含冗余約束，運動支鏈間無相互內(nèi)應力，精度穩(wěn)定性高；結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝。這些優(yōu)點使該轉(zhuǎn)動機構(gòu)在高性能指向裝置領域會有廣泛的應用。
【專利說明】二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人、精密儀器和設備以及機械制造【技術領域】，具體涉及一種二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)。
【背景技術】
[0002]二自由度轉(zhuǎn)動機構(gòu)已經(jīng)在機械制造、汽車工業(yè)制造、航空航天制造、機器人等領域得到了廣泛應用，包括機床主軸、汽車聯(lián)軸節(jié)、航空指向平臺等領域。隨著技術發(fā)展，機構(gòu)末端負載越來越大，傳統(tǒng)二自由度轉(zhuǎn)動機構(gòu)已經(jīng)不易滿足設計要求；而二自由度并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)因其具有剛度大、精度高、承載能力強、運動慣量小等特點，越來越受到關注并得到廣泛應用。典型如，G.R.Dunlop基于三自由度多鉸鏈并聯(lián)機構(gòu)專利(US4651589)設計了具有兩個轉(zhuǎn)動自由度的并聯(lián)雷達追蹤器(Canterbury Satellite Tracker);專利US5893296及W099/21070公開了一種四支鏈的二自由度并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，并被成功用作娛樂噴泉等裝置；專利US7478576及US7472622均公開了一種三支鏈的二自由度并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)。已公開的機構(gòu)多為具有冗余約束的并聯(lián)機構(gòu)，機構(gòu)的支鏈間有隨平臺姿態(tài)變化且不穩(wěn)定的裝配應力，在高速運動過程中，動態(tài)性能不好，精度穩(wěn)定性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，該類機構(gòu)主要由運動平臺、固定基座和運動支鏈構(gòu)成，可以實現(xiàn)運動平臺繞固定基座做二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動。所述運動平臺和固定基座間包含三個以上運動支鏈，每個運動支鏈包含兩個以上連桿；每個運動支鏈均為對稱結(jié)構(gòu)，包含兩個或多個運動副，形成4個以上自由度；每個運動支鏈的輸入端通過運動副與固定基座相連，每個運動支鏈的輸出端通過運動副與運動平臺相連；各個運動支鏈間相對位置可以是關于中心對稱的，如此，機構(gòu)既美觀且各運動支鏈間承載力均衡，應用壽命長。
[0004]本發(fā)明所述二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu),所述每個運動支鏈關于對稱面II對稱，實現(xiàn)運動平臺繞固定基座做二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動；所述等徑球面是指:假設A點與B點的連線的中點為C點，分別以A點和B點為球心，AC或BC為半徑做球，兩個球的公切面為對稱面II ；
[0005]所述A點由如下關系確定:當各運動支鏈與運動平臺相連的運動副軸線共面時，A點位于各運動支鏈與運動平臺相連的運動副軸線所形成的面中心；當各運動支鏈與運動平臺相連的運動副軸線交于一公共點時，A點位于該公共點處；
[0006]所述B點由如下關系確定:當各運動支鏈與固定基座相連的運動副軸線共面時，B點位于各運動支鏈與固定基座相連的運動副軸線所形成的面中心；當各運動支鏈與固定基座相連的運動副軸線交于一公共點時，B點位于該公共點處。
[0007]該二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)僅具有兩個轉(zhuǎn)動自由度，但具有多個驅(qū)動運動支鏈，可以實現(xiàn)冗余驅(qū)動，以保證在高負載情形下的輸入力矩不足。具體實施時可以在每個運動支鏈與固定基座的連接運動副上安裝驅(qū)動電機，負載低時只需其中兩個驅(qū)動電機工作并輸出力矩，其余剩下的驅(qū)動電機僅作位置隨動；負載大時，所有驅(qū)動電機均參與工作并輸出力矩，以確保在瞬時有足夠的轉(zhuǎn)動力矩驅(qū)動負載轉(zhuǎn)動。
[0008]本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)動機構(gòu)具有以下優(yōu)點:
[0009](I)運動平臺工作空間大(一般為±60°，最大可達±90° );(2)結(jié)構(gòu)緊湊；(3)剛度大；(4)機構(gòu)不含冗余約束，運動支鏈間無相互內(nèi)應力，精度穩(wěn)定性高；(5)結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝。這些優(yōu)點使該轉(zhuǎn)動機構(gòu)在高性能指向裝置領域會有廣泛的應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)中運動支鏈對稱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第二實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖6為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第四實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖7為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第五實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖8為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第六實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖9為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第七實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖10為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第八實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖11為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第九實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖12為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第十實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖13為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第十一實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖14為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第十二實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖15為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第十三實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖16為本發(fā)明二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)第十四實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0027]在所有實施例中，所述Ri表不一個轉(zhuǎn)動副，Pi表不一個移動副，Ui表不一個含有兩個相交轉(zhuǎn)動軸線的萬向節(jié)副，Ci表示一個圓柱副，Pai表示一個由四個轉(zhuǎn)動副構(gòu)成的平行四桿副，Si表示一個球副，i為自然數(shù)。
[0028]本發(fā)明提供的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，如圖1所示，包括運動平臺
1、固定基座2、第一運動支鏈3、第二運動支鏈4、第三運動支鏈5 ;運動平臺I與固定基座2通過運動副分別與第一運動支鏈3、第二運動支鏈4、第三運動支鏈5的兩端相連。第一運動支鏈3、第二運動支鏈4、第三運動支鏈5 (還可以包括第四運動支鏈6等更多的運動支鏈)可以是結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈，也可以僅部分運動支鏈結(jié)構(gòu)相同。相同的運動支鏈間也可以有不同的結(jié)構(gòu)尺寸，只要滿足一定的條件即可。固定基座2可以安裝在機床等設備的運動末端上或者執(zhí)行機構(gòu)上，運動平臺I則安裝旋轉(zhuǎn)刀頭或者目標傳感器，如此，運動平臺I可以實現(xiàn)相對與固定基座2的±60°，最大可達±90°的工作空間，即可以實現(xiàn)機械加工或者目標跟蹤及檢測等應用。
[0029]所述運動支鏈結(jié)構(gòu)需要滿足的條件為:每個運動支鏈中存在一個對稱面II，運動支鏈中的運動副均關于該對稱面II上下對稱，如圖2所示，轉(zhuǎn)動副R3與R2的軸線延長線的交點D，轉(zhuǎn)動副R1與R2的軸線延長線的交點E，轉(zhuǎn)動副R3與R1的軸線的延長線的交點F，三個交點組成一個平面等腰三角形DEF，其中:D點為頂點，腰長DE等于腰長DF ;穿過D點和C點且以底邊EF為法線的垂直平分面稱為對稱面II。在運動平臺I與固定基座2之間，所有運動支鏈的對稱面II相互重合，構(gòu)成一個公共的對稱面。
[0030]所述的運動支鏈與運動平臺I或者固定基座2之間的連接關系可以是轉(zhuǎn)動副、移動副、萬向節(jié)副或者圓柱副；也可以采用相同的運動副進行連接，以簡化結(jié)構(gòu)，節(jié)約制造成本。
[0031]所述的運動支鏈與運動平臺I可以實現(xiàn)繞固定基座2的二自由度等徑球面純滾運動,如圖1所示，A點和B點為兩個半球的球心,C點為兩個半球的接觸點；運動平臺I所在的半球的球心為A點，半徑為A點與C點的距離La。；固定基座2所在的半球的球心為B點，半徑為B點與C點的距離Lb。；且Lac=Lbc ;平面II為兩個接觸半球的過C點公切面，稱為對稱面II。本發(fā)明提供的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)在運動時,運動平臺I就像固定在半球A上，固定基座2就像固定在半球B上,兩個半球球面做無滑移的純滾運動,兩個半球接觸點為C點，因此形成了運動平臺I相對于固定基座2的等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動。
[0032]所述球心A點由如下關系確定:當各運動支鏈與運動平臺I相連的運動副軸線或中心共面時，A點位于各運動支鏈與運動平臺I相連的運動副軸線或中心所形成的面中心；當各運動支鏈與運動平臺I相連的運動副軸線交于一公共點時，A點位于該公共點處。
[0033]所述球心B點由如下關系確定:當各運動支鏈與固定基座2相連的運動副軸線或中心共面時，B點位于各運動支鏈與固定基座2相連的運動副軸線或中心所形成的面中心；當各運動支鏈與固定基座2相.連的運動副軸線交于一公共點時，B點位于該公共點處。
[0034]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例一如圖3所示，包括運動平臺101、固定基座102、第一運動支鏈103、第二運動支鏈104和第三運動支鏈105 ;運動平臺101上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副&、1?6和R8，三個轉(zhuǎn)動副軸線交于一公共點；固定基座102上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副RpR5和R7，三個轉(zhuǎn)動副軸線交于一公共點；第一運動支鏈103由三個連桿組成，包含有四個轉(zhuǎn)動副，依次為R1、R2、R3和R4,轉(zhuǎn)動副R1和R2構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R2和R3構(gòu)成中連桿，R3和R4構(gòu)成上連桿況和固定基座102相連，R4和運動平臺101相連，轉(zhuǎn)動副R1和轉(zhuǎn)動副R2位于中連桿的兩側(cè)；第二運動支鏈104由兩個連桿組成，包含三個運動副，依次為R5、S1和R6，轉(zhuǎn)動副R5和球副S1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R6和球副S1構(gòu)成上連桿，轉(zhuǎn)動副R5與固定基座102相連，轉(zhuǎn)動副R6與運動平臺101相連，轉(zhuǎn)動副R5和轉(zhuǎn)動副R6位于球副S1的兩端；第三運動支鏈105由兩個連桿組成，包含三個運動副，依次為R7、S2和R8，轉(zhuǎn)動副R7和球副S2構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R8和球副S2構(gòu)成上連桿，轉(zhuǎn)動副R7與固定基座102相連，轉(zhuǎn)動副R8與運動平臺101相連，轉(zhuǎn)動副R7和轉(zhuǎn)動副R8位于球副S2的兩端；其中，第一運動支鏈103中轉(zhuǎn)動副R2和轉(zhuǎn)動副R3的軸線交點，第二運動支鏈104中球副S1的中心點以及第三運動支鏈105中球副S2的中心點形成對稱面II ；
[0035]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例二如圖4所示，包括運動平臺201、固定基座202、第一運動支鏈203、第二運動支鏈204和第三運動支鏈205 ;運動平臺201上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副&、1?6和R8，三個轉(zhuǎn)動副軸線共面且兩兩相交；固定基座202上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副RpR5和R7，三個轉(zhuǎn)動副軸線共面且兩兩相交；第一運動支鏈203由三個連桿組成，包含有四個轉(zhuǎn)動副，依次為R1、R2、R3和R4,轉(zhuǎn)動副R1和R2構(gòu)成下連桿，R2和R3構(gòu)成中連桿，R3和R4構(gòu)成上連桿況和固定基座202相連，R4和運動平臺201相連；第二運動支鏈204由兩個連桿組成，包含三個運動副，依次為RyS1和R6，轉(zhuǎn)動副R5和球副S1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R6和球副S1構(gòu)成上連桿，轉(zhuǎn)動副R5與固定基座202相連，轉(zhuǎn)動副R6與運動平臺201相連；第三運動支鏈205由兩個連桿組成，包含三個運動副，依次為R7' S2和R8，轉(zhuǎn)動副R7和球副S2構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R8和球副S2構(gòu)成上連桿，轉(zhuǎn)動副R7與固定基座202相連，轉(zhuǎn)動副R8與運動平臺201相連；其中，第一運動支鏈203中轉(zhuǎn)動副R2和轉(zhuǎn)動副R3的軸線交點，第二運動支鏈204中球副S1的中心點以及第三運動支鏈205中球副S2的中心點形成對稱面II ；
[0036]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例三如圖5所示，包括運動平臺301、固定基座302、第一運動支鏈303、第二運動支鏈304、第三運動支鏈305和第四運動支鏈306 ;運動平臺301上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈303、第二運動支鏈304、第三運動支鏈305)構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副R2、R4和R6，三個轉(zhuǎn)動副軸線共面且兩兩相交；固定基座302上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈303、第二運動支鏈304、第三運動支鏈305)構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副RpR3和R5，三個轉(zhuǎn)動副軸線共面且兩兩相交；第一運動支鏈303、第二運動支鏈304以及第三運動支鏈305結(jié)構(gòu)相似，均由兩個連桿組成，但運動支鏈中連桿的長度可以依據(jù)具體應用背景選擇不同尺寸；以第一運動支鏈303為例，包含有三個運動副，依次為RpS2和R2，轉(zhuǎn)動副R1和球副S2構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R2和球副S2構(gòu)成上連桿，轉(zhuǎn)動副R1與固定基座302相連，轉(zhuǎn)動副R2與運動平臺301相連；第四運動支鏈306為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個運動副，依次為U1和
S1;萬向節(jié)副仏和固定基座302相連，且萬向節(jié)副U1中心位于％、R3和R5軸線構(gòu)成的平面上，球副S1和運動平臺301 相連，且球副S1中心位于R2、R4和R6軸線構(gòu)成的平面上；其中，第一運動支鏈303中球副S2的中心點，第二運動支鏈304中球副S3的中心點以及第三運動支鏈305中球副S4的中心點形成對稱面II ；
[0037]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例四如圖6所示，包括運動平臺401、固定基座402、第一運動支鏈403、第二運動支鏈404、第三運動支鏈405和第四運動支鏈406 ;運動平臺401上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈403、第二運動支鏈404、第三運動支鏈405)構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副R2、R4和R6，三個轉(zhuǎn)動副軸線交于一公共點；固定基座402上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈403、第二運動支鏈404、第三運動支鏈405)構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副RpR3和R5，三個轉(zhuǎn)動副軸線交于一公共點；第一運動支鏈403、第二運動支鏈404以及第三運動支鏈405結(jié)構(gòu)相似，均由兩個連桿組成；以第一運動支鏈403為例，包含有三個運動副，依次為RpS2和R2，轉(zhuǎn)動副R1和球副S2構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R2和球副S2構(gòu)成上連桿，轉(zhuǎn)動副R1與固定基座402相連，轉(zhuǎn)動副R2與運動平臺401相連，轉(zhuǎn)動副R1和轉(zhuǎn)動副R2位于球副S2的兩端；第四運動支鏈406為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個運動副，依次為U1和S1 ;萬向節(jié)副U1和固定基座402相連，且中心位于Rp R3和R5軸線的公共交點上，球副S1和運動平臺401相連，且中心位于民、&和R6軸線的公共交點上；其中，第一運動支鏈403中球副S2的中心點，第二運動支鏈404中球副S3的中心點以及第三運動支鏈405中球副S4的中心點形成對稱面II ；
[0038]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例五如圖7所示，包括運動平臺501、固定基座502、第一運動支鏈503、第二運動支鏈504、第三運動支鏈505和第四運動支鏈506 ;運動平臺501上設有三個圓柱副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈503、第二運動支鏈504、第三運動支鏈505)構(gòu)成三個圓柱副C2、C6和C4，三個圓柱副軸線交于一公共點；固定基座502上設有三個圓柱副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈503、第二運動支鏈504、第三運動支鏈505)構(gòu)成三個圓柱副C1X5和C3，三個圓柱副軸線交于一公共點；第一運動支鏈503、第二運動支鏈504以及第三運動支鏈505結(jié)構(gòu)相似,均由兩個連桿組成；以第一運動支鏈503為例，包含有三個運動副，依次為CpR1和C2，轉(zhuǎn)動副R1和圓柱副C1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R1和圓柱副C2構(gòu)成上連桿，圓柱副C1與固定基座502相連，圓柱副C2與運動平臺501相連，圓柱副C1和圓柱副C2軸線共面且與轉(zhuǎn)動副R1交于一公共點；第四運動支鏈506為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個球副，依次為SjP S2 ;球副S1和固定基座502相連，球副S2和運動平臺501相連；其中，第一運動支鏈503中轉(zhuǎn)動副R1的軸線，第二運動支鏈504中轉(zhuǎn)動副R2的軸線以及第三運動支鏈505中轉(zhuǎn)動副R3的軸線共面且形成對稱面II。
[0039]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例六如圖8所示，包括運動平臺601、固定基座602、第一運動支鏈603、第二運動支鏈604、第三運動支鏈605和第四運動支鏈606 ;運動平臺601上設有三個圓柱副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈603、第二運動支鏈604、第三運動支鏈605)構(gòu)成三個圓柱副C2、C6和C4，三個圓柱副軸線交于一公共點；固定基座602上設有三個圓柱副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈603、第二運動支鏈604、第三運動支鏈605)構(gòu)成三個圓柱副C1X5和C3，三個圓柱副軸線交于一公共點；第一運動支鏈603、第二運動支鏈604以及第三運動支鏈605結(jié)構(gòu)相似,均由兩個連桿組成；以第一運動支鏈603為例，包含有三個運動副，依次為CpS3和C2，球副S3和圓柱副C1構(gòu)成下連桿，球副S3和圓柱副C2構(gòu)成上連桿，圓柱副C1與固定基座602相連，圓柱副C2與運動平臺601相連，圓柱副C1和圓柱副C2軸線共面且交于球副S3的中心點；第四運動支鏈606為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個球副，依次為S1和S2 ;球副S1和固定基座602相連，球副S2和運動平臺601相連；其中，第一運動支鏈603中球副S3的中心點，第二運動支鏈604中球副S5的中心點以及第三運動支鏈605中球副S4的中心點形成對稱面II。
[0040]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例七如圖9所示，包括運動平臺701、固定基座702、第一運動支鏈703、第二運動支鏈704、第三運動支鏈705和第四運動支鏈706 ;運動平臺701上設有三個移動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈703、第二運動支鏈704、第三運動支鏈705)構(gòu)成三個移動副P2、P6和P4，三個移動副軸線交于一公共點；固定基座702上設有三個移動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈703、第二運動支鏈704、第三運動支鏈705)構(gòu)成三個移動副PpP5和P3，三個移動副軸線交于一公共點；第一運動支鏈703、第二運動支鏈704以及第三運動支鏈705結(jié)構(gòu)相似，均由兩個連桿組成；以第一運動支鏈703為例，包含有三個運動副，依次為PpS3和P2，球副S3和移動副P1構(gòu)成下連桿，球副S3和移動副P2構(gòu)成上連桿，移動副P1與固定基座702相連，移動副P2與運動平臺701相連，移動副P1和移動副P2軸線共面且交于球副S3的中心點；第四運動支鏈706為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個球副，依次為S1和S2 ;球副S1和固定基座702相連，球副S2和運動平臺701相連；其中，第一運動支鏈703中球副S3的中心點，第二運動支鏈704中球副S5的中心點以及第三運動支鏈705中球副S4的中心點形成對稱面II。
[0041]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例八如圖10所示，包括運動平臺801、固定基座802、第一運動支鏈803、第二運動支鏈804、第三運動支鏈805和第四運動支鏈806 ;運動平臺801上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈803、第二運動支鏈804、第三運動支鏈805)構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副R3、R9和R6，三個轉(zhuǎn)動副軸線交于一公共點；固定基座802上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈803、第二運動支鏈804、第三運動支鏈805)構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副RpR7和R4，三個轉(zhuǎn)動副軸線交于一公共點；第一運動支鏈803、第二運動支鏈804以及第三運動支鏈805結(jié)構(gòu)相似，均由四個連桿組成；以第一運動支鏈803為例，包含有五個運動副，依次為札、Pp R2、P2和R3,轉(zhuǎn)動副R1和移動副P1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R2和移動副P1構(gòu)成中連桿一，轉(zhuǎn)動副R2和移動副P2構(gòu)成中連桿二，轉(zhuǎn)動副R3和移動副P2構(gòu)成上連桿，轉(zhuǎn)動副R1與固定基座802相連，轉(zhuǎn)動副R3與運動平臺801相連，移動副P1和移動副P2軸線共面且與轉(zhuǎn)動副R2交于一公共點；第四運動支鏈806為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個球副，依次為S1和S2 ;球副S1和固定基座802相連，球副S2和運動平臺801相連；其中，第一運動支鏈803中轉(zhuǎn)動副R2的軸線，第二運動支鏈804中轉(zhuǎn)動副R8的軸線以及第三運動支鏈805中轉(zhuǎn)動副R5的軸線共面且形成對稱面II。
[0042]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例九如圖11所示，包括運動平臺901、固定基座902、第一運動支鏈903、第二運動支鏈904、第三運動支鏈905和第四運動支鏈906 ;運動平臺901上設有三個圓柱副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈903、第二運動支鏈904、第三運動支鏈905)構(gòu)成三個圓柱副C1X3和C2，三個圓柱副軸線交于一公共點；固定基座902上設有三個移動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈903、第二運動支鏈904、第三運動支鏈905)構(gòu)成三個移動副PpP3和P2，三個移動副軸線交于一公共點；第一運動支鏈903、第二運動支鏈904以及第三運動支鏈905結(jié)構(gòu)相似，均由兩個連桿組成；以第一運動支鏈903為例，包含有三個運動副，依次為PpS3和C1，球副S3和移動副P1構(gòu)成下連桿，球副S3和圓柱副C1構(gòu)成上連桿，移動副P1與固定基座902相連，圓柱副C1與運動平臺901相連，移動副P1和圓柱副C1軸線共面且交于球副S3的中心點；第四運動支鏈906為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個球副，依次為S1和S2 ;球副S1和固定基座902相連，球副S2和運動平臺901相連；其中，第一運動支鏈903中球副S3的中心點，第二運動支鏈904中球副S5的中心點以及第三運動支鏈905中球副S4的中心點形成對稱面II。
[0043]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例十如圖12所示，包括運動平臺1001、固定基座1002、第一運動支鏈1003、第二運動支鏈1004、第三運動支鏈1005和第四運動支鏈1006 ;運動平臺1001上設有三個圓柱副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈1003、第二運動支鏈1004、第三運動支鏈1005)構(gòu)成三個圓柱副CpC3和C2，三個圓柱副軸線交于一公共點；固定基座1002上設有三個移動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈1003、第二運動支鏈1004、第三運動支鏈1005)構(gòu)成三個移動副P1' P3和P2，三個移動副軸線交于一公共點；第一運動支鏈1003、第二運動支鏈1004以及第三運動支鏈1005結(jié)構(gòu)相似，均由兩個連桿組成；以第一運動支鏈1003為例，包含有三個運動副，依次為PpU1和C1，萬向節(jié)副U1和移動副P1構(gòu)成下連桿，萬向節(jié)副U1和圓柱副C1構(gòu)成上連桿，移動副P1與固定基座1002相連，圓柱副C1與運動平臺1001相連，移動副P1和圓柱副C1軸線共面且交于萬向節(jié)副U1的中心點；第四運動支鏈1006為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個球副，依次為S1和S2 ;球副S1和固定基座1002相連，球副S2和運動平臺1001相連；其中，第一運動支鏈1003中萬向節(jié)副U1的中心點，第二運動支鏈1004中萬向節(jié)副U3的中心點以及第三運動支鏈1005中萬向節(jié)副U2的中心點形成對稱面II。
[0044]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例1 一如圖13所示，包括運動平臺1101、固定基座1102、第一運動支鏈1103、第二運動支鏈1104、第三運動支鏈1105和第四運動支鏈1106 ;運動平臺1101上設有三個移動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈1103、第二運動支鏈1104、第三運動支鏈1105)構(gòu)成三個移動副P2、P6和P4，三個移動副軸線交于一公共點；固定基座1102上設有三個移動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈1103、第二運動支鏈1104、第三運動支鏈1105)構(gòu)成三個移動副P1' P5和P3，三個移動副軸線交于一公共點；第一運動支鏈1103、第二運動支鏈1104以及第三運動支鏈1105結(jié)構(gòu)相似，均由四個連桿組成；以第一運動支鏈1103為例，包含有五個運動副，依次為Pp %、R2、R3和P2，轉(zhuǎn)動副R1和移動副P1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動球副R2和轉(zhuǎn)動副R1構(gòu)成中連桿一，轉(zhuǎn)動副R2和轉(zhuǎn)動副R3構(gòu)成中連桿二，轉(zhuǎn)動副R3和移動副P2構(gòu)成上連桿，轉(zhuǎn)動副札、R2和R3的軸線交于R2軸線上一公共點，移動副P1與固定基座1102相連，移動副P2與運動平臺1101相連，移動副P1和移動副P2軸線共面且交于轉(zhuǎn)動副RpR2和R3軸線的公共點;第四運動支鏈1106為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個球副，依次為S1和S2 ;球副S1和固定基座1102相連，球副S2和運動平臺1101相連；其中，第一運動支鏈1103中轉(zhuǎn)動副R2的軸線，第二運動支鏈1104中轉(zhuǎn)動副R8的軸線以及第三運動支鏈1105中轉(zhuǎn)動副R5的軸線形成對稱面II。
[0045]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例十二如圖14所示，包括運動平臺1201、固定基座1202、第一運動支鏈1203、第二運動支鏈1204、第三運動支鏈1205和第四運動支鏈1206 ;運動平臺1201上設有三個萬向節(jié)副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈1203、第二運動支鏈1204、第三運動支鏈1205)構(gòu)成三個萬向節(jié)副U2'U6和U4 ;固定基座1202上設有三個萬向節(jié)副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈1203、第二運動支鏈1204、第三運動支鏈1205)構(gòu)成三個萬向節(jié)副U1' U5和U3 ;第一運動支鏈1203、第二運動支鏈1204以及第三運動支鏈1205結(jié)構(gòu)相似，均由兩個連桿組成；以第一運動支鏈1203為例，包含有三個運動副，依次為U1' R1和U2，轉(zhuǎn)動副R1和萬向節(jié)副U1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R1和萬向節(jié)副U2構(gòu)成上連桿，萬向節(jié)副U1與固定基座1202相連，萬向節(jié)副U2與運動平臺1201相連；第四運動支鏈1206為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個球畐IJ，依次為S1和S2 ;球副S1和固定基座1202相連，球副S2和運動平臺1201相連；其中，第一運動支鏈1203中轉(zhuǎn)動副R1的軸線，第二運動支鏈1204中轉(zhuǎn)動副R3的軸線以及第三運動支鏈1205中轉(zhuǎn)動副R2的軸線形成對稱面II。[0046]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例十三如圖15所示，包括運動平臺1301、固定基座1302、第一運動支鏈1303、第二運動支鏈1304、第三運動支鏈1305和第四運動支鏈1306 ;運動平臺1301上設有三個圓柱副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈1303、第二運動支鏈1304、第三運動支鏈1305)構(gòu)成三個圓柱副C2、C6和C4，三個圓柱副軸線交于一公共點；固定基座1302上設有三個圓柱副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈1303、第二運動支鏈1304、第三運動支鏈1305)構(gòu)成三個圓柱副C1' C5和C3，三個圓柱副軸線交于一公共點；第一運動支鏈1303、第二運動支鏈1304以及第三運動支鏈1305結(jié)構(gòu)相似，均由兩個連桿組成；以第一運動支鏈1303為例，包含有三個運動副，依次為CpU1和C2，萬向節(jié)副U1和圓柱副C1構(gòu)成下連桿，萬向節(jié)副U1和圓柱副C2構(gòu)成上連桿，圓柱副C1與固定基座1302相連，圓柱副C2與運動平臺1301相連，圓柱副C1和圓柱副C2軸線共面且交于萬向節(jié)副U1的中心點；第四運動支鏈1306為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個球副，依次為S1和S2 ;球副S1和固定基座1302相連，球副S2和運動平臺1301相連；其中，第一運動支鏈1303中萬向節(jié)副U1的中心點，第二運動支鏈1304中萬向節(jié)副U3的中心點以及第三運動支鏈1305中萬向節(jié)副U2的中心點形成對稱面II。
[0047]本發(fā)明的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實施例十四如圖16所示，包括運動平臺1401、固定基座1402、第一運動支鏈1403、第二運動支鏈1404、第三運動支鏈1405和第四運動支鏈1406 ;運動平臺1401上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈1403、第二運動支鏈1404、第三運動支鏈1405)構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副R3、R9和R6，三個轉(zhuǎn)動副軸線交于一公共點；固定基座1402上設有三個轉(zhuǎn)動副連接端，分別和三個運動支鏈(第一運動支鏈1403、第二運動支鏈1404、第三運動支鏈1405)構(gòu)成三個轉(zhuǎn)動副R1' R7和R4，三個轉(zhuǎn)動副軸線交于一公共點；第一運動支鏈1403、第二運動支鏈1404以及第三運動支鏈1405結(jié)構(gòu)相似，均由四個連桿組成；以第一運動支鏈1403為例，包含有五個運動副，依次為RpPapRyPa2和R3，轉(zhuǎn)動副R1和平行四桿副Pa1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R2和平行四桿副Pa1構(gòu)成中連桿一，轉(zhuǎn)動副R2和平行四桿副Pa2構(gòu)成中連桿二，轉(zhuǎn)動副R3和平行四桿副Pa2構(gòu)成上連桿，轉(zhuǎn)動副R1與固定基座1402相連，轉(zhuǎn)動副R3與運動平臺1401相連，平行四桿副Pa1和平行四桿副Pa2軸線共面且與轉(zhuǎn)動副R2交于一公共點；第四運動支鏈1406為中心支鏈，僅由一個連桿組成，包含兩個球副，依次為S1和S2 ;球副S1和固定基座1402相連，球副
S2和運動平臺1401相連；其中，第一運動支鏈1403中轉(zhuǎn)動副R2的軸線，第二運動支鏈1404中轉(zhuǎn)動副R8的軸線以及第三運動支鏈1405中轉(zhuǎn)動副R5的軸線形成對稱面II。
[0048]上述實施例三和實施例四的第四運動支鏈也可以采用兩端均為球副S的中心運動支鏈；
[0049]上述實施例五、實施例六、實施例七、實施例八、實施例九、實施例十、實施例十一、實施例十二、實施例十三和實施例十四的第四運動支鏈也可以采用一端為球副S，另一端為萬向節(jié)副U的中心運動支鏈；
[0050]上述實施例六、實施例九和實施例十三中運動支鏈含有冗余自由度，有利于并聯(lián)機構(gòu)的安裝及裝配；
[0051]上述實施例中相似的運動支鏈可以有不相同的連桿尺寸，只要滿足同一運動支鏈中連桿尺寸關于對稱面對稱條件即可；
[0052]上述實施例中每個運動支鏈均含有一個對稱面，且每個實施例中的各個運動支鏈 對稱面相互重合。
【權利要求】
1.二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，其特征在于:所述機構(gòu)由運動平臺、固定基座和運動支鏈構(gòu)成，所述運動平臺和固定基座間通過運動副連接三個以上運動支鏈，所述每個運動支鏈關于對稱面II對稱，實現(xiàn)運動平臺繞固定基座做二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動；所述等徑球面是指:假設A點與B點的連線的中點為C點，分別以A點和B點為球心，AC或BC為半徑做球，兩個球的公切面為對稱面II ； 所述A點由如下關系確定:當各運動支鏈與運動平臺相連的運動副軸線共面時，A點位于各運動支鏈與運動平臺相連的運動副軸線所形成的面中心；當各運動支鏈與運動平臺相連的運動副軸線交于一公共點時，A點位于該公共點處； 所述B點由如下關系確定:當各運動支鏈與固定基座相連的運動副軸線共面時，B點位于各運動支鏈與固定基座相連的運動副軸線所形成的面中心；當各運動支鏈與固定基座相連的運動副軸線交于一公共點時，B點位于該公共點處。
2.根據(jù)權利要求1所述的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，其特征在于:所述每個運動支鏈包含兩個以上連桿，包含三個以上運動副，形成4個以上自由度。
3.根據(jù)權利要求1所述的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，其特征在于:所述機構(gòu)還包括一個中心支鏈，所述中心支鏈為通過運動副連接在A點與B點之間的連桿，所述運動副為球副或者萬向節(jié)副。
4.根據(jù)權利要求1所述的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，其特征在于:在每個運動支鏈與固定基座的連接運動副上安裝驅(qū)動電機。
5.根據(jù)權利要求1所述的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，其特征在于:所述運動支鏈與運動平臺或者固定基座之間的運動副為轉(zhuǎn)動副、移動副、萬向節(jié)副或者圓柱副中的一種或兩種以上。
6.根據(jù)權利要求1所述的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，其特征在于:所述三個以上運動支鏈之間為中心對稱結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權利要求1所述的二自由度等徑球面純滾并聯(lián)轉(zhuǎn)動機構(gòu)，其特征在于:所述運動支鏈由以下一種或兩種以上組合而成: 第一種，運動支鏈由三個連桿組成，包含有四個轉(zhuǎn)動副，依次為VRyR3和R4,轉(zhuǎn)動副R1和R2構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R2和R3構(gòu)成中連桿，R3和R4構(gòu)成上連桿； 第二種，運動支鏈由兩個連桿組成，包含三個運動副，依次為RpS1和R2，轉(zhuǎn)動副R1和球副S1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R2和球副S1構(gòu)成上連桿； 第三種，運動支鏈由兩個連桿組成，包含有三個運動副，依次為CpR1和C2,轉(zhuǎn)動副R1和圓柱副C1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R1和圓柱副C2構(gòu)成上連桿； 第四種，運動支鏈由兩個連桿組成，包含有三個運動副，依次為CpS1和C2，球副S1和圓柱副C1構(gòu)成下連桿，球副S1和圓柱副C2構(gòu)成上連桿； 第五種，運動支鏈由兩個連桿組成，包含有三個運動副，依次為PpS1和P2，球副S1和移動副P1構(gòu)成下連桿，球副S1和移動副P2構(gòu)成上連桿； 第六種，運動支鏈由四個連桿組成，包含有五個運動副，依次為％、P1 R2、P2和R3，轉(zhuǎn)動副R1和移動副P1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R2和移動副P1構(gòu)成中連桿一，轉(zhuǎn)動副R2和移動副P2構(gòu)成中連桿二，轉(zhuǎn)動副R3和移動副P2構(gòu)成上連桿； 第七種，運動支鏈由兩個連桿組成，包含有三個運動副，依次為PpS1和C1，球副S1和移動副P1構(gòu)成下連桿，球副S1和圓柱副C1構(gòu)成上連桿； 第八種，運動支鏈由兩個連桿組成，包含有三個運動副，依次為PpU1和C1，萬向節(jié)副U1和移動副P1構(gòu)成下連桿，萬向節(jié)副U1和圓柱副C1構(gòu)成上連桿； 第九種，運動支鏈由五個連桿組成，包含有五個運動副，依次為Pp R1 R2、R3和P2，轉(zhuǎn)動副R1和移動副P1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動球副R2和轉(zhuǎn)動副R1構(gòu)成中連桿一，轉(zhuǎn)動副R2和轉(zhuǎn)動副R3構(gòu)成中連桿二，轉(zhuǎn)動副R3和移動副P2構(gòu)成上連桿； 第十種，構(gòu)成機構(gòu)的運動支鏈可以由兩個連桿組成，包含有三個運動副，依次為U1' R1和U2，轉(zhuǎn)動副R1和萬向節(jié)副U1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R1和萬向節(jié)副U2構(gòu)成上連桿； 第十一種，運動支鏈由兩個連桿組成，包含有三個運動副，依次為CpU1和C2，萬向節(jié)副U1和圓柱副C1構(gòu)成下連桿，萬向節(jié)副U1和圓柱副C2構(gòu)成上連桿； 第十二種，運動支鏈由五個連桿組成，包含有五個運動副，依次為Rp Pa1, R2, Pa2和R3,轉(zhuǎn)動副R1和平行四桿副Pa1構(gòu)成下連桿，轉(zhuǎn)動副R2和平行四桿副Pa1構(gòu)成中連桿一，轉(zhuǎn)動副R2和平行四桿副Pa2構(gòu)成中連桿二，轉(zhuǎn)動副R3和平行四桿副Pa2構(gòu)成上連桿； 所述Ri表示一個轉(zhuǎn)動副，Pi表示一個移動副，Ui表示一個含有兩個相交轉(zhuǎn)動軸線的萬向節(jié)副，Ci表示一個圓柱副，Pai表示一個由四個轉(zhuǎn)動副構(gòu)成的平行四桿副，Si表示一個球畐|J，i為自然數(shù)。
【文檔編號】B25J9/00GK103433916SQ201310337873
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權日:2013年8月6日
【發(fā)明者】吳鈧, 于靖軍, 宗光華 申請人:北京航空航天大學