具有封闭式运动学正解的六自由度并联机构及解析方法

摘要

本发明提供一种具有封闭式运动学正解的六自由度并联机构及其解析方法，此机构包括静平台、动平台、6组驱动杆和球铰链，其中动平台和静平台属于相似三角平台，三重复合球铰链布置于动平台的一个顶点，二重复合铰链布置于静平台的一个顶点上，其余铰链沿三角平台的边线布置，通过驱动杆将动、静平台相连。该六自由度并联机构具有一组虚拟的驱动杆，简明的、解析形式的运动学正解，明确的工作空间，其运动学运算效率高，有助于机构实现全闭环控制，通过驱动杆的伸缩可实现其动平台的六维连续运动，属并联机器人和并联机床领域。

主权项

一种具有封闭式运动学正解的六自由度并联机构的解析方法，其特征在于：该六自由度并联机构结构包括静平台（1）、动平台（5）、及连接两者的第一驱动杆（Ⅰ）、第二驱动杆（Ⅱ）、第三驱动杆（Ⅲ）、第四驱动杆（Ⅳ）、第五驱动杆（Ⅴ）及第六驱动杆（Ⅵ），其中静平台（1）和动平台（5）为一组相似三角平台；静平台（1）上存在球铰链点A1、A2、A3、A4和A5，其中A2、A4、A5分别处于三角静平台的三个顶点，A1位于A2和A5的连线上，A3位于A2和A4的连线上；动平台（5）上存在铰链点B2、B3、B4和B5，其中B2、B4和B5分别处于三角动平台的三个顶点，B3位于B4和B5的连线上；上述第一驱动杆（Ⅰ）、第二驱动杆（Ⅱ）和第三驱动杆（Ⅲ）的下肢一端分别铰接于静平台的A1，A2和A3点，上肢一端通过三重复合铰链铰接于动平台的B2点；第四驱动杆和第五驱动杆的下肢一端通过二重复合铰链铰接于静平台的A4点，上肢一端分别铰接于动平台的B4和B3点，第六驱动杆的下肢一端铰接于静平台的A5点，上肢一端铰接于动平台的B5点；所述解析方法包括以下步骤：(1)   在所述六自由度并联机构中，铰链点A1、A2、A3、B2两两连接构成四面体，其中A1、A2、A3点的坐标，静平台设计参数以及第一驱动杆、第二驱动杆、第三驱动杆长度为已知，在四面体B2‑A1A2A3中便可以解析得到铰链点B2的空间坐标；(2)   由机构设计的固有属性，第四驱动杆和第五驱动杆始终共面，此外铰链点B5位于B4B3的延长线上，则已知第四驱动杆和第五驱动杆的长度便可解析得到虚拟第七驱动杆A4B5的长度；(3)   在铰链点B5、B2、A4、A5两两连接所构成的四面体中，已知B2、A4、A5点的坐标，已知动平台的设计尺度参数，已知第六驱动杆和虚拟第七驱动杆的长度便可解析得到铰链点B5的空间坐标；(4)   在铰链点B4、B2、A4、B5构成的四面体中，已知B2、A4、B5的坐标，第四驱动杆的长度及动平台的设计尺度参数便可解析得到B4点的空间坐标；(5)   由以上计算得到了动平台上不共线的三个铰链点的空间坐标，即可求得动平台的空间位置和姿态，即解得了该六自由度并联机构位姿正解的封闭解；若给定静平台、动平台的几何参数，驱动杆长、运动副转角、驱动杆干涉以及驱动杆速度条件即可解析求出该六自由度解耦并联机构的速度、加速度特性以及工作空间。