本发明是基于对称并联机构，通过添加耦合杆组的方式得到的一种耦合机构，涉及机构学应用技术领域，尤其涉及了一种具有三自由度移动的机器人执行机构。
背景技术：
机构的发展经历了由简单到复杂的过程，机构创新最有效的方式就是对其构型进行系统的综合。在一些高强度、重载等这些需要用重型机械装备的工作场合，往往要求机器的机构强度高，结构简单，成本低，维修方便，并且末端执行构件需要满足运动平稳，容易控制的需求。现有的并联机构具有承载能力强，刚度大，惯性低等优点，但是工作空间有限；串联机构工作空间大，结构简单灵巧，但强度低，不适用于重载场合。
在这样的发展趋势下，空间耦合机构应运而生。这类机构兼容了串联机构和并联机构的优点，弥补了两种机构各自明显的缺陷，有其特定的应用场合，具有巨大的应用价值和理论研究价值。结构组成复杂但外观新颖的耦合机构，其机架和动平台之间的连接支链相互耦合，彼此之间并不独立，通常以多个相同的环结构连接成网状耦合机构的形式呈现，使得该类机构具备了结构功能及外观的双重优点，符合机构的发展趋势。但是，目前对耦合机构构型综合的研究还处于基础阶段。虽然一些个别的机构设计方法相继被提出，但却远未形成传统的和具有规律性的构型综合方法。大大限制了耦合机构提出，所以促进这类机构的大量开发和应用是非常必要的。
技术实现要素：
基于以上背景，本发明提供了一种可作为移动机器人执行机构的三自由度移动对称耦合机构，该机构具有刚度大，承载能力强，运动平稳，装配和维修方便的特点，为多环耦合机构的构型综合提供了新思路。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种对称三自由度移动耦合机构，基于三自由度移动对称并联机构，采用在并联机构支链间添加耦合杆组的方式来构造耦合机构的技术方案。为了便于在连杆上添加耦合支链，以含有R副较多的3-RRUR并联机构为基础，在保证机构的自由度不变的情况下，在并联支链上选取合适的耦合节点位置并且添加合适的耦合杆组形成对称的三自由度移动耦合机构。
该机构包括机架(D1)、动平台(M1)以及连接机架与动平台的三个分支和三个耦合杆组。三个分支包括第一分支、第二分支、第三分支。三个耦合杆组包括第一耦合杆组G1、第二耦合杆组G2、第三耦合杆组G3，其中用G1代表第一耦合杆组，G2代表第二耦合杆组，G3代表第三耦合杆组。每个耦合杆组与其中两个分支连接，三个分支和三个耦合杆组间隔连接形成环状耦合结构，将每个分支中与耦合杆组相连的点称为耦合节点。三个耦合节点分别为第一分支耦合节点N1、第二分支耦合节点N2和第三分支耦合节点N3。
第一分支包括机架的第一转动副(R11)、有第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)、第一虎克铰(U1)、动平台第一转动副(R13)；机架的第一转动副(R11)与有第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)通过第一连杆(L1)连接，有第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)与第一虎克铰的第一转动副(U11)通过第二连杆(L2)连接，第一虎克铰的第二转动副(U12)与动平台第一转动副(R13)通过第三连杆(L3)连接。机架的第一转动副(R11)、第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)、第一虎克铰的第一转动副(U11)相互平行。第一虎克铰的第二转动副(U12)和动平台第一转动副(R13)相互平行。
第二分支包括机架的第二转动副(R21)、有第二分支耦合节点杆件的转动副(R22)、第二虎克铰(U2)、动平台第二转动副(R23)；机架的第二转动副(R21)与有第二分支耦合节点杆件的转动副(R22)通过第四连杆(L4)连接，有第二分支耦合节点杆件的转动副(R22)与第二虎克铰的第一转动副(U21)通过第五连杆(L5)连接，第二虎克铰的第二转动副(U22)与动平台第二转动副(R23)通过第六连杆(L6)连接。机架的第二转动副(R21)、有第二分支耦合节点杆件的转动副(R22)、第二虎克铰的第一转动副(U21)相互平行。第二虎克铰的第二转动副(U22)和动平台第二转动副(R23)相互平行。
第三分支包括机架的第三转动副(R31)、有第三分支耦合节点杆件的转动副(R32)、第三虎克铰(U3)、动平台第三转动副(R33)；机架的第三转动副(R31)与有第三分支耦合节点杆件的转动副(R32)通过第七连杆(L7)连接，有第三分支耦合节点杆件的转动副(R32)与第三虎克铰的第一转动副(U31)通过第八连杆(L8)连接，第三虎克铰的第二转动副(U32)与动平台第三转动副(R33)通过第九连杆(L9)连接。机架的第三转动副(R31)、有第三分支耦合节点杆件的转动副(R32)、第三虎克铰的第一转动副(U31)相互平行。第三虎克铰的第二转动副(U32)和动平台第一转动副(R33)相互平行。
选择正三角形构件为动平台(M1)，第一分支通过动平台的第一转动副(R13)连接到动平台(M1)，第二分支通过动平台的第二转动副(R23)连接到动平台(M1)，第三分支通过动平台的第三转动副(R33)连接到动平台(M1)，所述三个分支并联到动平台(M1)上。另外，第一分支耦合节点(N1)和第二分支耦合节点(N2)之间通过第一耦合杆组(G1)耦合连接，第二分支耦合节点(N2)和第三分支耦合节点(N3)之间通过第二耦合杆组(G2)耦合连接，第三分支耦合节点(N3)和第一分支耦合节点(N1)之间通过第三耦合杆组(G3)耦合连接。第一耦合杆组表示为运动链(-R14-R15-P1-R24-R25-)，中间转动副a(R14)和中间转动副b(R15)相互平行且平行于有第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)，中间转动副c(R24)和中间转动副d(R25)相互平行且平行于有第二分支耦合节点杆件的转动副(R22)，第一移动副(P1)与中间转动副b(R15)及中间转动副d(R25)分别成120度夹角；第二耦合杆组表示运动链(-R26-R27-P2-R35-R34-)，中间转动副e(R26)和中间转动副f(R27)相互平行且平行于有第二耦分支合节点杆件的转动副(R22)，中间转动副g(R34)和中间转动副h(R35)相互平行且平行于机架的第三转动副(R31)，第二移动副(P2)与中间转动副f(R27)及中间转动副h(R35)分别成120度夹角；第三耦合杆组表示为运动链(-R36-R37-P3-R17-R16-)，中间转动副i(R36)和中间转动副j(R37)相互平行且平行于有第三分支耦合节点杆件的转动副(R32)，中间转动副k(R16)和中间转动副l(R17)相互平行且平行于有第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)，第三移动副(P3)与中间转动副k(R16)及中间转动副l(R37)分别成120度夹角。
中间转动副a(R14)用以连接第一耦合杆组的第二连杆和第十连杆；
中间转动副b(R15)用以连接第一耦合杆组的第十连杆和第一移动副；
中间转动副c(R24)用以连接第一耦合杆组的第五连杆和第十一连杆；
中间转动副d(R25)用以连接第一耦合杆组的第十一连杆和第一移动副；
中间转动副e(R26)用以连接第二耦合杆组的第五连杆和第十二连杆；
中间转动副f(R27)用以连接第二耦合杆组的第十二连杆和第二移动副；
中间转动副g(R34)用以连接第二耦合杆组的第八连杆和第十三连杆；
中间转动副h(R35)用以连接第二耦合杆组的第十三连杆和第二移动副；
中间转动副i(R36)用以连接第三耦合杆组的第八连杆和第十四连杆；
中间转动副j(R37)用以连接第三耦合杆组的第十四连杆和第三移动副；
中间转动副k(R16)用以连接第三耦合杆组的第二连杆和第十五连杆；
中间转动副l(R17)用以连接第三耦合杆组的第十五连杆和第三移动副。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、与实现同样运动性质的机构相比，该机构内部结构可以看作是由三个相同的杆组组成的耦合支链，兼备串并联机构的优点，具有承载力高，刚度大以及工作空间大等特点，适用于重载机械臂的执行机构；
2、该机构具有三自由度移动运动性质，运动平稳，容易控制等特点，能够在空间平稳的画一个空间圆，能更好的适应特殊场合，有良好的应用前景。
附图说明
图1为基于三移动对称并联机构的三自由度移动对称耦合机构的示意图。
图中：D1、机架 N1、第一分支耦合节点 N2、第二分支耦合节点 N3、第三分支耦合节点 M1、动平台 R11、机架的第一转动副 R21、机架的第二转动副 R31、机架的第三转动副 R12、有第一分支耦合节点杆件的转动副 R22、有第二分支耦合节点杆件的转动副 R32、有第三分支耦合节点杆件的转动副 U11、第一虎克铰的第一个转动副 U12、第一万向铰的第二个转动副 R22、有第二分支耦合节点杆件的转动副 U21、第二虎克铰的第一个转动副 U22、第二虎克铰的第二个转动副 R23、动平台的第二转动副 R32、有第三分支耦合节点杆件的转动副 U31、第三虎克铰的第一个转动副 U32、第三虎克铰的第二个转动副 R33、动平台的第三转动副 L1、第一连杆 L2、第二连杆 L3、第三连杆 L4、第四连杆 L5、第五连杆 L6、第六连杆 L7、第七连杆 L8、第八连杆 L9、第九连杆 L10、第十连杆 L11、第十一连杆 L12、第十二连杆 L13、第十三连杆 L14、第十四连杆 L15、第十五连杆 P1、第一移动副 P2、第二移动副 P3、第三移动副 R14、中间转动副a R15、中间转动副b R24、中间转动副c R25、中间转动副d R26、中间转动副e R27、中间转动副f R34、中间转动副g R35、中间转动副h R36、中间转动副i R37、中间转动副j R16、中间转动副k R17、中间转动副l。
具体实施方式
如图1所示，第一分支包括机架的第一转动副(R11)、有第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)、虎克铰U1、动平台第一转动副(R13)；机架的第一转动副(R11)与有第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)通过第一连杆(L1)连接，有第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)与虎克铰U1的第一转动副(U11)通过第二连杆(L2)连接，虎克铰U1的第二转动副(U12)与动平台第一转动副(R13)通过第三连杆(L3)连接。机架的第一转动副(R11)、第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)、虎克铰U1的第一转动副(U11)相互平行。虎克铰U1的第二转动副(U12)和动平台第一转动副(R13)相互平行。
第二分支包括机架的第二转动副(R21)、有第二分支耦合节点杆件的转动副(R22)、虎克铰U2、动平台第二转动副(R23)；机架的第二转动副(R21)与有第二分支耦合节点杆件的转动副(R22)通过第四连杆(L4)连接，有第二分支耦合节点杆件的转动副(R22)与虎克铰(U2)的第一转动副(U21)通过第五连杆(L5)连接，虎克铰(U2)的第二转动副(U22)与动平台第二转动副(R23)通过第六连杆(L6)连接。机架的第二转动副(R21)、有第二分支耦合节点杆件的转动副(R22)、虎克铰U2的第一转动副(U21)相互平行。虎克铰U2的第二转动副(U22)和动平台第二转动副(R23)相互平行。
第三分支包括机架的第三转动副(R31)、有第三分支耦合节点杆件的转动副(R32)、虎克铰U3、动平台第三转动副(R33)；机架的第三转动副(R31)与有第三分支耦合节点杆件的转动副(R32)通过第七连杆(L7)连接，有第三分支耦合节点杆件的转动副转动副(R32)与虎克铰(U3)的第一转动副(U31)通过第八连杆(L8)连接，虎克铰(U3)的第二转动副(U32)与动平台第三转动副(R33)通过第九连杆(L9)连接。其中机架的第三转动副(R31)、有第三分支耦合节点杆件的转动副(R32)、虎克铰U3的第一转动副(U31)相互平行。虎克铰U3的第二转动副(U32)和动平台第一转动副(R33)相互平行。
选择正三角形构件为动平台(M1)，第一分支通过动平台的第一转动副(R13)连接到动平台(M1)，第二分支通过动平台的第二转动副(R23)连接到动平台(M1)，第三分支通过动平台的第三转动副(R33)连接到动平台(M1)，所述三个分支并联到动平台(M1)上。另外，第一分支耦合节点(N1)和第二分支耦合节点(N2)之间通过第一耦合杆组(G1)耦合连接，第二分支耦合节点(N2)和第三分支耦合节点(N3)之间通过第二耦合杆组(G2)耦合连接，第三分支耦合节点(N3)和第一分支耦合节点(N1)之间通过第三耦合杆组(G3)耦合连接。第一耦合杆组表示为运动链(-R14-R15-P1-R24-R25-)，中间转动副a(R14)和中间转动副b(R15)相互平行且平行于有第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)，中间转动副c(R24)和中间转动副d(R25)相互平行且平行于有第二分支耦合节点杆件的转动副(R22)，第一移动副(P1)与中间转动副b(R15)及中间转动副d(R25)分别成120度夹角；第二耦合杆组表示运动链(-R26-R27-P2-R35-R34-)，中间转动副e(R26)和中间转动副f(R27)相互平行且平行于有第二耦分支合节点杆件的转动副(R22)，中间转动副g(R34)和中间转动副h(R35)相互平行且平行于机架的第三转动副(R31)，第二移动副(P2)与中间转动副f(R27)及中间转动副h(R35)分别成120度夹角；第三耦合杆组表示为运动链(-R36-R37-P3-R17-R16-)，中间转动副i(R36)和中间转动副j(R37)相互平行且平行于有第三分支耦合节点杆件的转动副(R32)，中间转动副k(R16)和中间转动副l(R17)相互平行且平行于有第一分支耦合节点杆件的转动副(R12)，第三移动副(P3)与中间转动副k(R16)及中间转动副l(R37)分别成120度夹角。
中间转动副a(R14)用以连接第一耦合杆组的第二连杆和第十连杆；
中间转动副b(R15)用以连接第一耦合杆组的第十连杆和第一移动副；
中间转动副c(R24)用以连接第一耦合杆组的第五连杆和第十一连杆；
中间转动副d(R25)用以连接第一耦合杆组的第十一连杆和第一移动副；
中间转动副e(R26)用以连接第二耦合杆组的第五连杆和第十二连杆；
中间转动副f(R27)用以连接第二耦合杆组的第十二连杆和第二移动副；
中间转动副g(R34)用以连接第二耦合杆组的第八连杆和第十三连杆；
中间转动副h(R35)用以连接第二耦合杆组的第十三连杆和第二移动副；
中间转动副i(R36)用以连接第三耦合杆组的第八连杆和第十四连杆；
中间转动副j(R37)用以连接第三耦合杆组的第十四连杆和第三移动副；
中间转动副k(R16)用以连接第三耦合杆组的第二连杆和第十五连杆；
中间转动副l(R17)用以连接第三耦合杆组的第十五连杆和第三移动副。