二自由度等径球面纯滚并联转动机构

摘要

本发明公开了一种二自由度等径球面纯滚并联转动机构，涉及机器人、精密仪器和设备以及机械制造技术领域。所述机构主要由运动平台、固定基座和运动支链构成，可以实现运动平台绕固定基座做二自由度等径球面纯滚并联转动。所述运动平台和固定基座间通过运动副连接三个以上运动支链，每个运动支链包含两个以上连杆；每个运动支链均为对称结构，包含两个或多个运动副，形成4个以上自由度。本发明提供的转动机构，运动平台工作空间大；结构紧凑；刚度大；机构不含冗余约束，运动支链间无相互内应力，精度稳定性高；结构简单，便于安装。这些优点使该转动机构在高性能指向装置领域会有广泛的应用。

主权项

二自由度等径球面纯滚并联转动机构，其特征在于：所述机构由运动平台、固定基座和运动支链构成，所述运动平台和固定基座间通过运动副连接三个以上运动支链，所述每个运动支链关于对称面II对称，实现运动平台绕固定基座做二自由度等径球面纯滚并联转动；所述等径球面是指：假设A点与B点的连线的中点为C点，分别以A点和B点为球心，AC或BC为半径做球，两个球的公切面为对称面II；所述A点由如下关系确定：当各运动支链与运动平台相连的运动副轴线共面时，A点位于各运动支链与运动平台相连的运动副轴线所形成的面中心；当各运动支链与运动平台相连的运动副轴线交于一公共点时，A点位于该公共点处；所述B点由如下关系确定：当各运动支链与固定基座相连的运动副轴线共面时，B点位于各运动支链与固定基座相连的运动副轴线所形成的面中心；当各运动支链与固定基座相连的运动副轴线交于一公共点时，B点位于该公共点处；所述每个运动支链包含两个以上连杆，包含三个以上运动副，形成4个以上自由度；所述机构还包括一个中心支链，所述中心支链为通过运动副连接在A点与B点之间的连杆，所述运动副为球副或者万向节副；在每个运动支链与固定基座的连接运动副上安装驱动电机；所述运动支链与运动平台或者固定基座之间的运动副为转动副、移动副、万向节副或者圆柱副中的一种以上；所述三个以上运动支链之间为中心对称结构；所述三个以上运动支链由一种以上下述的运动支链组合而成，具体为：第一种，运动支链由三个连杆组成，包含有四个转动副，依次为R₁、R₂、R₃和R₄，转动副R₁和R₂构成下连杆，转动副R₂和R₃构成中连杆，R₃和R₄构成上连杆；第二种，运动支链由两个连杆组成，包含三个运动副，依次为R₁、S₁和R₂，转动副R₁和球副S₁构成下连杆，转动副R₂和球副S₁构成上连杆；第三种，运动支链由两个连杆组成，包含有三个运动副，依次为C₁、R₁和C₂，转动副R₁和圆柱副C₁构成下连杆，转动副R₁和圆柱副C₂构成上连杆；第四种，运动支链由两个连杆组成，包含有三个运动副，依次为C₁、S₁和C₂，球副S₁和圆柱副C₁构成下连杆，球副S₁和圆柱副C₂构成上连杆；第五种，运动支链由两个连杆组成，包含有三个运动副，依次为P₁、S₁和P₂，球副S₁和移动副P₁构成下连杆，球副S₁和移动副P₂构成上连杆；第六种，运动支链由四个连杆组成，包含有五个运动副，依次为R₁、P₁、R₂、P₂和R₃，转动副R₁和移动副P₁构成下连杆，转动副R₂和移动副P₁构成中连杆一，转动副R₂和移动副P₂构成中连杆二，转动副R₃和移动副P₂构成上连杆；第七种，运动支链由四个连杆组成，包含有五个运动副，依次为P₁、R₁、R₂、R₃和P₂，转动副R₁和移动副P₁构成下连杆，转动球副R₂和转动副R₁构成中连杆一，转动副R₂和转动副R₃构成中连杆二，转动副R₃和移动副P₂构成上连杆；第八种，构成机构的运动支链由两个连杆组成，包含有三个运动副，依次为U₁、R₁和U₂，转动副R₁和万向节副U₁构成下连杆，转动副R₁和万向节副U₂构成上连杆；第九种，运动支链由两个连杆组成，包含有三个运动副，依次为C₁、U₁和C₂，万向节副U₁和圆柱副C₁构成下连杆，万向节副U₁和圆柱副C₂构成上连杆；第十种，运动支链由四个连杆组成，包含有五个运动副，依次为R₁、Pa₁、R₂、Pa₂和R₃，转动副R₁和平行四杆副Pa₁构成下连杆，转动副R₂和平行四杆副Pa₁构成中连杆一，转动副R₂和平行四杆副Pa₂构成中连杆二，转动副R₃和平行四杆副Pa₂构成上连杆；所述R_i表示一个转动副，P_i表示一个移动副，U_i表示一个含有两个相交转动轴线的万向节副，C_i表示一个圆柱副，Pa_i表示一个由四个转动副构成的平行四杆副，S_i表示一个球副，i为自然数。