专利名称：一种二自由度空间并联机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种结构紧凑，无冗余自由度的二自由度空间并联机构。
背景技术：
光学扫描机构广泛应用于激光加工、传输、控制，投影以及天体目标观测等领域。传统光学扫描机构多采用单轴形式或二轴常平架机构，一般将其归为串联机构，与其对应的并联机构则是由多个支链构成的闭环机构。与串联机构相比，并联机构具有精度高、刚度大，承载能力强的特点，为光学扫描机构提供了一种新的伺服机构形式。近年来，少自由度并联机构，尤其是三自由度并联机构，如3RPS，3PSS并联机构，在光学扫描领域内越来越受到研究者的重视和青睐。现有的基于并联机构的角度调整平台，通过三个驱动器同时驱动连接在动平台和基座之间的三条运动支链，从而实现动平台三个转动自由度方向运动，或者是两个转动自由度和一个附加的平动自由度运动。通常情况下，光学扫描机构仅需两个转动自由度。但是，当各个支链均为主动运动支链时，现有的空间少自由度并联机构一般自由度数不小于三，应用于光学扫描机构领域时，具有冗余自由度，使得系统结构和控制更加复杂。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对已有技术所存在的上述缺点，提供一种无冗余自由度的二自由度并联机构。为达到上述目的，本实用新型采取了下述技术方案:一种二自由度空间并联机构，包括:一安装执行器的动平台和一基座；连接于所述动平台和所述基座之间的具有相同结构的第一支链和第二支链，第一支链和第二支链均含有一个主动驱动的运动副；连接于所述动平台和所述基座之间的第三支链，第三支链含有一个被动驱动的运动副；其中，所述第一、第二和第三支链，以及所述基座和所述动平台，连接形成一个空间并联闭环机构，所述空间并联闭环机构通过两个直线电机的输入运动驱动所述动平台运动，实现两个转动自由度。所述第一支链和所述第二支链均为UPS型运动支链，包括第一运动副、第二运动畐O、第三运动副、直线电机定子、直线电机动子和第一连接杆；第一运动副是连接于基座和直线电机定子之间的胡克铰；第二运动副是连接于直线电机动子和直线电机定子之间的移动副，且第二运动副是主动驱动的；第三运动副是连接于第一连接杆和动平台之间的球饺。所述第三支链为U型运动支链，包括第四运动副和第二连接杆，所述基座和所述第二连接杆之间为固定连接，所述第四运动副是连接于所述第二连接杆和所述动平台的胡克铰。所述第一、第二支链和第三支链与动平台连接点分别为A1、B1、C1，所述第一、第二支链和第三支链与基座连接点分别为A2、B2、C2，线段AlBl的中点Dl与线段C1C2构成一个平面，所述二自由度并联机构关于此平面对称。Δ AlBlCl为等腰三角形，且Λ A2B2C2为等腰三角形。所述等腰三角形Λ AlBlCl与等腰三角形Λ A2B2C2全等。所述角度ZAlClBl 和Z A2C2B2 为 90。。与现有技术相比，本实用新型有益效果明显。本实用新型提供的二自由度空间并联机构具有三条支链，通过仅具有被动运动副的第三支链来约束动平台中心点上四个运动方向上的自由度，因此动平台具有两个转动方向上的自由度；通过两个直线电机分别驱动具有相同结构的第一、第二支链，使得机构上的驱动元件数目和运动自由度数目相等，实现机构的无冗余自由度的二自由度转动。
图1为本实用新型二自由度空间并联机构示意图。图中标示代表:1 基座； 2 第一运动副；3 直线电机定子；4 直线电机动子； 5 第一连接杆；6 第三运动副；7 第二连接杆； 8 第四运动副；9 动平台。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施方式
作进一步说明。如图1所示，本实用新型一种二自由度空间并联机构，包括:一安装执行器的动平台9和一基座I ;连接于所述动平台9和所述基座I之间的具有相同结构的第一支链和第二支链，第一支链和第二支链均含有一个主动驱动的运动副；连接于所述动平台9和所述基座I之间的第三支链，第三支链含有一个被动驱动的运动副；其中，所述第一第二和第三支链，以及所述基座I和所述动平台9，连接形成一个空间并联闭环机构，所述空间并联闭环机构通过两个直线电机的输入运动驱动所述动平台9运动，实现两个转动自由度。所述第一支链和所述第二支链均为UPS型运动支链，包括第一运动副2、第二运动畐IJ (图中未示出)、第三运动副6、直线电机定子3、直线电机动子4和第一连接杆5 ;第一运动副2是连接于基座I和直线电机定子3之间的胡克铰；第二运动副是连接于直线电机动子4和直线电机定子3之间的移动副，且第二运动副是主动驱动的；第三运动副6是连接于第一连接杆5和动平台9之间的球饺。其中，U代表虎克饺，P代表移动副，S代表球铰。所述第三支链为U型运动支链，包括第四运动副8和第二连接杆7，所述基座I和所述第二连接杆7之间为固定连接，所述第四运动副8是连接于所述第二连接杆7和所述动平台9的胡克铰。所述第一、第二支链和第三支链与动平台9连接点分别为A1、B1、C1，所述第一、第二支链和第三支链与基座I连接点分别为A2、B2、C2，线段AlBl的中点Dl与线段C1C2构成一个平面，所述二自由度并联机构关于此平面对称。Δ AlBlCl为等腰三角形，且Λ A2B2C2为等腰三角形。等腰三角形Λ AlBlCl与等腰三角形Λ A2B2C2可以不相等，角度Z AlClBl和Z A2C2B2可以是大于0°到小于180°之间的任意角度。作为本实用新型的一种优选实施方式，所述等腰三角形Λ AlBlCl与等腰三角形AA2B2C2全等，角度Z AlClBl和ZA2C2B2均为90度。由于所述的二自由度空间并联机构克服平台冗余自由度问题，不需要冗余驱动，仅需要两个直线电机进行驱动，减少了驱动器的数目，同时控制策略也得以简化。因此，所述的二自由度空间并联机构应用于精密光学扫描机构时，可提高扫描精度和降低生产成本。所述的二自由度空间并联机构可使得精密光学扫描机构的结构更加紧凑，有利于实现小型化。由于第一、第二支链上直线电机的动子与第一连接杆固定连接，并且具有相同结构，因此支链复杂度降低，结构更加紧凑，有利于实现小型化。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.一种二自由度空间并联机构，其特征在于，包括: 一安装执行器的动平台和一基座； 连接于所述动平台和所述基座之间的具有相同结构的第一支链和第二支链，第一支链和第二支链均含有一个主动驱动的运动副； 连接于所述动平台和所述基座之间的第三支链，第三支链含有一个被动驱动的运动苜1J ; 其中，所述第一、第二和第三支链，以及所述基座和所述动平台，连接形成一个空间并联闭环机构，所述空间并联闭环机构通过两个直线电机的输入运动驱动所述动平台运动，实现两个转动自由度。
2.根据权利要求1所述的二自由度空间并联机构，其特征在于，所述第一支链和所述第二支链均为UPS型运动支链，包括第一运动副、第二运动副、第三运动副、直线电机定子、直线电机动子和第一连接杆；第一运动副是连接于基座和直线电机定子之间的胡克铰；第二运动副是连接于直线电机动子和直线电机定子之间的移动副，且第二运动副是主动驱动的；第三运动副是连接于第一连接杆和动平台之间的球饺。
3.根据权利要求1所述的二自由度空间并联机构，其特征在于，所述第三支链为U型运动支链，包括第四运动副和第二连接杆，所述基座和所述第二连接杆之间为固定连接，所述第四运动副是连接于所述第二连接杆和所述动平台的胡克铰。
4.根据权利要求1所述的二自由度空间并联机构，其特征在于:所述第一、第二支链和第三支链与动平台连接点分别为A1、B1、C1，所述第一第二支链和第三支链与基座连接点分别为A2、B2、C2，线段AlBl的中点Dl与线段C1C2构成一个平面，所述二自由度并联机构关于此平面对称。
5.根据权利要求4所述的二自由度空间并联机构，其特征在于:ΛAlBlCl为等腰三角形，且Λ A2B2C2为等腰三角形。
6.根据权利要求5所述的二自由度空间并联机构，其特征在于:所述等腰三角形Δ AlBlCl与等腰三角形Λ A2B2C2全等。
7.根据权利要求4所述的二自由度空间并联机构，其特征在于:所述角度ZAlClBl和ZA2C2B2 为 90°。
专利摘要本实用新型涉及一种二自由度空间并联机构，包括一安装执行器的动平台和一基座；连接于所述动平台和所述基座之间的具有相同结构的第一支链和第二支链，第一支链和第二支链均含有一个主动驱动的运动副；连接于所述动平台和所述基座之间的第三支链，第三支链含有一个被动驱动的运动副；其中，所述第一、第二和第三支链，以及所述基座和所述动平台，连接形成一个空间并联闭环机构，所述空间并联闭环机构通过两个直线电机的输入运动驱动所述动平台运动，实现两个转动自由度。所述二自由度空间并联机构克服平台冗余自由度问题，减少了驱动器的数目，同时控制策略也得以简化。
文档编号B25J9/00GK203045724SQ20122070030
公开日2013年7月10日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者梁济民, 周雪峰, 张弓, 陈贤帅, 李凯格 申请人:广州中国科学院先进技术研究所