本发明涉及并联机器人领域，特别是涉及到了一种无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构。该并联机构包括动、静平台以及连接在它们之间的混合链及单开链，其中混合链又是由一个闭回路结构和一个转动副串联后与动平台连接，在闭回路结构中，第一子分支的主动副为第一移动副，第二子分支的主动副为第三转动副，单开链的主动副为第九移动副，混合链的第八转动副的轴线与单开链的第十三转动副的轴线平行，第一移动副的中心线垂直于第三转动副的轴线和第九移动副的中心线。因此，本发明的无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构可以实现空间无耦合的一维平动和两维转动。
1.无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构，包括动平台、静平台和连接在动、静平台之间的分支运动链，其特征在于，分支运动链有两条，其中一条为混合链，另一条为单开链，所述混合链包括一个闭合回路结构和一个转动副，闭合回路结构包括第一子分支和第二子分支，第一子分支包括与静平台连接的第一移动副和与第一移动副连接的第二转动副，第二转动副的轴线与第一移动副的中心线垂直；第二子分支包括自静平台开始依次连接的第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副和第七虎克铰，第四转动副的轴线与第五转动副的轴线平行并且均垂直于第三转动副的轴线，第七虎克铰中与第六转动副相邻的转动轴线平行于第六转动副的轴线并且垂直于第五转动副的轴线，第七虎克铰的另一条转动轴线平行于第五转动副的轴线，第一子分支与第二子分支在第二转动副处形成闭合回路结构并且通过串联的第八转动副与动平台连接，在混合链中，第一子分支的主动副为第一移动副，第二子分支的主动副为第三转动副；单开链包括自静平台向动平台依次连接的第九移动副、第十转动副、第十一移动副、第十二转动副和第十三转动副，其中第九移动副的中心线与第三转动副的轴线、第十转动副的轴线以及第十二转动副的轴线均互相平行，第十一移动副的中心线垂直于第九移动副的中心线，第十三转动副的轴线垂直于第二转动副的轴线，单开链的主动副为第九移动副；混合链的第八转动副的轴线与单开链的第十三转动副的轴线平行，第一移动副的中心线垂直于第三转动副的轴线和第九移动副的中心线。
2.根据权利要求1所述的无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构，其特征在于，所述第九移动副的位置高于第三转动副和第一移动副。
3.根据权利要求2所述的无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构，其特征在于，所述第九移动副通过一个立架设于静平台上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构，其特征在于，所述第九移动副和第一移动副通过电机和丝杠螺母机构驱动。
5.根据权利要求4所述的无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构，其特征在于，所述电机为伺服电机。
6.根据权利要求1-3任一项所述的无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构，其特征在于，所述第三转动副通过电机和减速机驱动。
无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构
技术领域
[0001] 本发明涉及机器人领域，特别是涉及到了一种无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构。
背景技术
[0002] 空间少自由度并联机器人机构和传统的六自由度并联机构相比，具有结构简单，设计、制造和控制的成本都相对较低的特点。因此，少自由度并联机器人是目前国际并联机器人学术界和工业界关注的热点。
[0003] 目前，从资料看，已经发明出来的三自由度并联机器人有Clavel在1988年提出DELTA并联机器人；Cox在1981年提出的3-3R三自由度球面并联机构；Hunt在1983年提出的空间三自由度3-RPS并联机构。
[0004] 另外，在三自由度中并联机构中对于两转动一移动并联机构的研究也有一定的进展，例如公告号为CN103144096B、公告日为2015年4月8日的中国专利公开的两转一移三自由度无过约束非对称并联机构，公告号为CN201389855Y、公告日为2010年1月27日的中国专利公开的具有两转一移三自由度的并联机构以及公告号为CN102962835A、公告日为2013年3月13日的中国专利公开的无伴随运动的对称两转一移并联机构涉及到了两转动一移动并联机构。然而，上述机构虽然能实现两转动一移动，但是解耦性没有很好解决。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构，以解决现有两转动一移动并联机构的解耦性差的问题。
[0006] 为了解决上述问题，本发明的无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构采用以下技术方案：无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构，包括动平台、静平台和连接在动、静平台之间的分支运动链，分支运动链有两条，其中一条为混合链，另一条为单开链，所述混合链包括一个闭合回路结构和一个转动副，闭回路结构包括第一子分支和第二子分支，第一子分支包括与静平台连接的第一移动副和与第一移动副连接的第二转动副，第二转动副的轴线与第一移动副的中心线垂直；第二子分支包括自静平台开始依次连接的第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副和第七虎克铰，第四转动副的轴线与第五转动副的轴线平行并且均垂直于第三转动副的轴线，第七虎克铰与第六转动副相邻的转动轴线平行于第六转动副的轴线并且垂直于第五转动副的轴线，第七虎克铰的另一条转动轴线平行于第五转动副的轴线，第一子分支与第二子分支在第二转动副处形成闭回路机构并且通过串联的第八转动副与动平台连接，在混合链中，第一子分支的主动副为第一移动副，第二子分支的主动副为第三转动副；单开链包括自静平台向动平台依次连接的第九移动副、第十一移动副、第十二转动副和第十三转动副，其中第九移动副的中心线与第三转动副的轴线、第十转动副的轴线以及第十二转动副的轴线均互相平行，第十一移动副的中心线垂直于第九移动副的中心线，第十三转动副的轴线垂直于第第二转动副的轴线，单开链的主动副为第九移动副；混合链的第八转动副的轴线与单开链的第十三转动副的轴线平行，第一移动副的中心线垂直于第三转动副的轴线和第九移动副的中心线。
[0007] 所述第九移动副的位置高于第三转动副和第一移动副。
[0008] 所述第九移动副通过一个立架设于静平台上。
[0009] 所述第九移动副和第一移动副通过电机和丝杠螺母机构驱动。
[0010] 所述电机为伺服电机。
[0011] 所述第三转动副通过电机和减速机驱动。
[0012] 本发明通过一个混合链与一个单开链来连接动、静平台，并且在混合链中，第一子分支的主动副为第一移动副，第二子分支的主动副为第三转动副，单开链的主动副为第九移动副，混合链的第八转动副的轴线与单开链的第十三转动副的轴线平行，第一移动副的中心线垂直于第三转动副的轴线和第九移动副的中心线。因此，本发明的无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构可以实现无耦合的一维平动和两维转动。
附图说明
[0013] 图1是无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构的实施例的原理图；
[0014] 图2是无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构的实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0015] 无耦合一维移动二维转动三自由度并联机构的实施例，如图1-2所示，该并联机构包括静平台101、动平台102以及连接在动、静平台之间的两个分支运动链，其中动平台102和静平台101均为长方体结构，分支运动链中的一条为混合链103，另一条为单开链104。
[0016] 混合链103包括第一子分支1031、第二子分支1032和第八转动副，其中第一子分支从静平台开始依次串联的是第一移动副P1、第二转动副R2，第二转动副R2轴线垂直于第一移动副P1中心线，二者之间通过角形的第一连杆1连接；第二子分支1032从静平台开始依次串联的是第三转动副R3、第四转动副R4、第五转动副R5、第六转动副R6、第七虎克铰U7，然后与第一子分支形成闭回路机构并与第八转动副R8串联，其中第三转动副与第四转动副之间通过第二连杆2连接，第四转动副与第五转动副之间通过第三连杆3连接，第五转动副与第六转动副之间通过第四连杆4连接，第六转动副与第七虎克铰之间通过第五连杆5连接；第四转动副R4轴线垂直于第三转动副R3的轴线，第五转动副R5的轴线平行于第四转动副R4的轴线，第七虎克铰U7中与第六转动副R6相邻的转动轴线平行于第六转动副R6轴线，同时垂直于第五转动副R5轴线，第七虎克铰U7中的另一条转动轴线平行于第五转动副R5轴线。
[0017] 单开链104从静平台开始依次串联的是第九移动副P9、第十转动副R10、第十一移动副P11、第十二转动副R12、第十三转动副R13，其中第九移动副与第十转动副之间通过第七连杆7连接，第十转动副与第十一移动副之间通过第八连杆8连接，第十一移动副与第十二转动副之间通过第九连杆9连接，第十二转动副与第十三转动副之间通过第10连杆连接。第九移动副P9通过一个立架105设在静平台上，这样可以保证其装配的便捷性，同时缩短滑轨的长度，保证其精度及可靠性；第九移动副P9中心线平行于第三转动副R3轴线，第十转动副R10轴线和第十二转动副R12平行于第九移动副P9中心线，第十一移动副P11中心线则垂直于第九移动副P9中心线，第十三转动副R13轴线垂直于十二转动副R12轴线。
[0018] 混合链通过第六连杆6以及第八转动副R8与动平台相连，单开链通过第十三转动副R13与动平台相连，第八转动副R8轴线和第十三转动副R13轴线平行。
[0019] 该并联机构中，第一子分支的主动副为第一移动副P1，第二子分支的主动副为第三转动副R3，分支二的主动副为第九移动副P9，主动移动副（第一移动副、第九移动副）的驱动机构是电机带动的丝杠机构，或者是伺服电机，主动转动副（第三转动副）的驱动机构是电机带动的减速机。第一移动副P1中心线垂直于第三转动副R3轴线和第九移动副P9中心线，因此该机构动平台可实现空间一维移动和二维转动。该并联机构运动链数较少，结构相对简单，方便控制，精度较高。
