CN103302660B - 两自由度变胞机构 - Google Patents

Abstract

一种机器人技术领域的两自由度变胞机构，包括：动平台、三个静平台和分别连接两种平台的三个支路，其中：第一支路和第二支路的结构相同，分别包括：依次由连杆相连的第一单自由度运动副、第二单自由度运动副和万向副，其中：第一单自由度运动副与第一静平台或第二静平台相连，第一万向副或第二万向副与动平台相连；第三支路有两种情况。本发明可以实现末端一维转动特征的改变，即在某一条件下末端具有绕某方向轴线转动的能力，在另外一条件下末端具有绕另一方向轴线转动的能力。

Description

两自由度变胞机构

技术领域

本发明涉及的是一种机器人技术领域的装置，具体是一种两自由度变胞机构。

背景技术

并联机构为动平台和静平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。和串联机器人相比较，并联机器人具有以下优点：(1)无累积误差，精度较高；(2)驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；(3)结构紧凑，刚度高，承载能力大；

根据这些特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用，而少自由度并联机构相对于6自由度并联机构来说，又具有结构简单、造价低、运动学求解相对简单、输入少且控制较易实现等特点。因此少自由度并联机构在工业机器人、虚轴数控机床、飞机运动模拟器以及医用机器人等领域具有广泛的应用前景。

目前大多数并联机构所具有的自由度数或者其末端动平台所具有的运动特征是恒定不变的，然而在某些特殊场合，需要并联机构末端动平台的自由度数发生改变以减少输入的个数，或者需要末端的运动特征发生改变以满足特定的输出要求。

因此，设计结构简单，能实现动平台纯转动输出、运动解耦性好且末端自由度数或者运动特征可调节的并联机构是实际工程应用的迫切需要。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN202292114，公开日2012-07-04，记载了一种具有两条垂直交错转动轴线的三自由度并联机构，包括动平台、机架及三个分支；其特征在于第一分支和第二分支串接有万向铰、移动副、连杆和转动副；第三分支串接有转动副、移动副、连杆和万向铰；第一分支和第二分支的万向铰的外部转动轴线共线且平行于第三分支的转动副轴线；第一分支的万向铰的内部转动轴线、转动副轴线与第二分支的万向铰的内部转动轴线、转动副轴线相互平行且垂直于第一分支和第二分支的万向铰的外部转动轴线；第三分支中，万向铰第一转动轴线平行于转动副轴线；万向铰第二转动轴线平行于第一分支和第二分支的转动副轴线。但该技术不能实现动平台输出自由度数以及运动特征的调节，在任一非奇异的条件下，动平台都具有两转一移的三个自由度，因此需要3个独立的输入。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种两自由度变胞机构，其动平台的输出自由度数和运动特征可以调节，从而使得机构的所需的独立输入量减少，即可以减少驱动装置的数量。本发明可以实现末端一维转动特征的改变，即在某一条件下末端具有绕某方向轴线转动的能力，在另外一条件下末端具有绕另一方向轴线转动的能力。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明涉及一种两自由度变胞机构，包括：动平台、三个静平台和分别连接两种平台的三个支路，其中：

第一支路和第二支路的结构相同，分别包括：依次由连杆相连的第一单自由度运动副、第二单自由度运动副和万向副，其中：第一单自由度运动副与第一静平台或第二静平台相连，第一万向副或第二万向副与动平台相连；

所述的万向副拥有两个相互垂直的转动轴线，其中第一转动轴线为固定在动平台上的转动轴线，第二转动轴线为与第一转动轴线相垂直的转动轴线。

在本发明的第一种优选方案中：所述的第一支路的第一单自由度运动副为连接于第一静平台上的第一移动副，第二单自由度运动副为转动轴线与第一万向副的第二转动轴线相平行的第一转动副，其中：第一移动副与第一转动副的转动轴线垂直；

第二支路的第一单自由度运动副为连接于第二静平台上的第二移动副，第二单自由度运动副为转动轴线与第二万向副的第二转动轴线相平行的第二转动副，其中：第二移动副与第二转动副的转动轴线垂直，第二转动副的转动轴线与第一支路的第一转动副的转动轴线垂直；

在本发明的第二种优选方案中：所述的第一支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第一万向副的第二转动轴线相平行的第一转动副，第二单自由度运动副为与第一转动副的转动轴线垂直的第一移动副；

第二支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第二万向副的第二转动轴线相平行的第二转动副，第二单自由度运动副为与第二转动副的转动轴线垂直的第二移动副，其中：第二转动副的转动轴线与第一转动副的转动轴线垂直。

在本发明的第三种优选方案中：所述的第一支路的第一单自由度运动副为与第一万向副的第二转动轴线相平行的第一上转动副，第二单自由度运动副为与第一上转动副转动轴线相平行的第一下转动副；

第二支路的第一单自由度运动副为与第二万向副的第二转动轴线相平行的第二上转动副，第二单自由度运动副为与第二上转动副转动轴线相平行的第二下转动副；其中：第二上转动副的转动轴线与第一上转动副的转动轴线垂直。

在本发明的第四种优选方案中：所述的第一支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第一万向副的第二转动轴线相平行的第一转动副，第二单自由度运动副为第一复合副，该第一复合副包括：四个依次相连形成封闭回路的转动连接副，其中：第一转动副连接于其中两个转动连接副的连接杆上，第一万向副连接于另外两个转动连接副的连接杆上；

第二支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第二万向副的第二转动轴线相平行的第二转动副，第二单自由度运动副为第二复合副，该第二复合副包括：四个依次相连形成封闭回路的转动连接副，其中：第二转动副连接于其中两个转动连接副的连接杆上，第二万向副连接于另外两个转动连接副的连接杆上。

所述的第三支路采用以下任一一种结构：

a)该第三支路包括：依次由连杆相连的第一球铰副、第三移动副和第二球铰副，其中：第一球铰副与第三静平台相连，第二球铰副与动平台相连。

b)该第三支路包括：依次由连杆相连的第一单自由度运动副、第二单自由度运动副和第三万向副，其中：第一单自由度运动副与第三静平台相连，第三万向副与动平台相连；

当第三支路采用上述方案b)时：

在本发明的第i种优选方案中：第一单自由度运动副为连接于第三静平台上的第三移动副，第二单自由度运动副为转动轴线与第三万向副的第二转动轴线相平行的第三转动副，其中：第三移动副与第三转动副的转动轴线垂直，第三转动副的转动轴线与第二支路的第二转动副的转动轴线垂直；第三万向副的第一转动轴线与第一万向副的第一转动轴线共线。

在上述方案中：第一移动副、第二移动副、第三移动副为主动移动副；主动移动副的驱动装置是电机丝杆机构或液压机构；

在本发明的第ii种优选方案中：第三支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第三万向副的第二转动轴线相平行的第三转动副，第二单自由度运动副为与第三转动副的转动轴线垂直的第三移动副，其中：第三转动副的转动轴线与第二转动副的转动轴线垂直。第三万向副的第一转动轴线与第一万向副的第一转动轴线共线。

在上述方案中：第一移动副、第二移动副、第三移动副为主动移动副；主动移动副的驱动装置是电机丝杆机构或液压机构；

在本发明的第iii种优选方案中：第三支路的第一单自由度运动副为与第三万向副的第二转动轴线相平行的第三上转动副，第二单自由度运动副为与第三上转动副转动轴线相平行的第三下转动副；其中：第三上转动副的转动轴线与第二上转动副的转动轴线垂直。第三万向副的第一转动轴线与第一万向副的第一转动轴线共线。

在上述方案中：第一上转动副、第二上转动副、第三上转动副为主动副，主动转动副的驱动是伺服电机。

在本发明的第iv种优选方案中：第三支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第三万向副的第二转动轴线相平行的第三转动副，第二单自由度运动副为第三复合副，该第三复合副包括：四个依次相连形成封闭回路的转动连接副，其中：第三转动副连接于其中两个转动连接副的连接杆上，第三万向副连接于另外两个转动连接副的连接杆上。第三万向副的第一转动轴线与第一万向副的第一转动轴线共线。

在上述方案中：第一转动副、第二转动副、第三转动副为主动副，主动转动副的驱动是伺服电机。

动平台可实现空间内的一个转动自由度和一个移动自由度；其中转动自由度是动平台可绕第一支路的第一万向副的第一转动轴线转动，称为第一转动特征，或者是动平台可绕第二支路的第二万向副的第一转动轴线转动，称为第二转动特征；移动自由度是动平台可沿第一支路的第一转动副的轴线与第二支路的第二转动副的轴线的公垂线方向移动。

当处于初始位置时，平台平面与第一、二分支转动副轴线平行的位置，该变胞机构具有三个自由度，即具有上述的第一、第二转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第一转动轴线转动后，该变胞机构就失去第二转动特征，从而只具有第一转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第二转动轴线转动后，该变胞机构就失去第一转动特征，从而只具有第二转动特征和移动特征；

因此通过控制输入可以改变变胞机构的输出运动特征。

本发明专利的结构特点：由于不含有球铰或者含有较少的球铰，故其结构简单，制造精度要求可以降低，制造成本也可以降低。

附图说明

图1为实施例1结构图；

图2为实施例2结构图；

图3为实施例3结构图；

图4为实施例4结构图；

图5为实施例5结构图；

图6为实施例6结构图；

图7为实施例7结构图；

图8为实施例8结构图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，动平台M通过三个分支与机架并联连接：

第一支路A1中，第一移动副P1连接第一机架F1与第一上连杆11，第一转动副R1连接第一上连杆11与第一下连杆12，第一万向副U1连接第一下连杆12与动平台M；

第二支路A2中，第二移动副P2连接第二机架F2与第二上连杆21，第二转动副R2连接第二上连杆21与第二下连杆22，第二万向副U2连接第二下连杆22与动平台M；

第三支路A3中，第一球铰副S1连接第三机架F3与第三上连杆31，第三移动副P3连接第三上连杆31与第三下连杆32，第二球铰副S2连接第三下连杆32与动平台M；

其中，各分支的运动副满足如下关系：

第一支路A1中第一万向副U1的第二转动轴线L12与第一转动副R1轴线相互平行，第一移动副P1与第一转动副R1轴线垂直；第二支路A2中第二万向副U2的第二转动轴线L22与第二转动副R2轴线相互平行，第二移动副P2与第二转动副R2轴线垂直；

第一支路A1与第二支路A2以第三支路A3为基准对称布置；第一支路A1中第一转动副R1的轴线与第二支路A2中第二转动副R2的轴线垂直；第一支路A1中第一万向副U1的第一转动轴线L11与第二支路A2中第二万向副U2的第一转动轴线L21相互垂直；

所述的第一支路A1第一移动副P1、第二支路A2第二移动副P2以及第三支路A3第三移动副P3为主动副；主动移动副的驱动是电机丝杆机构或液压机构。

动平台可实现空间内的一个转动自由度和一个移动自由度；其中转动自由度是动平台可绕第一支路的第一万向副的第一转动轴线L11转动，称为第一转动特征，或者是动平台可绕第二支路的第二万向副的第一转动轴线L21转动，称为第二转动特征；移动自由度是动平台可沿第一支路的第一转动副R1的轴线与第二支路的第二转动副R2的轴线的公垂线方向移动。

当处于初始位置时，平台平面与第一、二分支转动副R1、R2轴线平行的位置，该变胞机构具有三个自由度，即具有上述的第一、第二转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第一转动轴线L11转动后，该变胞机构就失去第二转动特征，从而只具有第一转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第二转动轴线L21转动后，该变胞机构就失去第一转动特征，从而只具有第二转动特征和移动特征；

初始位置是实现动平台转动特征变化的中间过渡状态，即通过中间过渡状态，可以实现动平台第一转动特征、第二转动特征的相互转化。

因此通过控制输入可以改变该变胞机构的输出运动特征，同时，变胞机构的末端自由度数与输入数相同。

实施例2

如图2所示，动平台M通过三个分支与机架并联连接：

第一支路A1中，第一移动副P1连接第一机架F1与第一上连杆11，第一转动副R1连接第一上连杆11与第一下连杆12，第一万向副U1连接第一下连杆12与动平台M；

第二支路A2中，第二移动副P2连接第二机架F2与第二上连杆21，第二转动副R2连接第二上连杆21与第二下连杆22，第二万向副U2连接第二下连杆22与动平台M；

第三支路A3中，第三移动副P3连接第三机架F3与第三上连杆31，第三转动副R3连接第三上连杆31与第三下连杆32，第三万向副U3连接第三下连杆32与动平台M；

其中，各分支的运动副满足如下关系：

第一支路A1中第一万向副U1的第二转动轴线L12与第一转动副R1轴线相互平行，第一移动副P1与第一转动副R1轴线垂直；第二支路A2中第二万向副U2的第二转动轴线L22与第二转动副R2轴线相互平行，第二移动副P2与第二转动副R2轴线垂直；第三支路A3中第三万向副U3的第二转动轴线L32与第三转动副R3轴线相互平行，第三移动副P3与第三转动副R3轴线垂直；

第一支路A1与第三支路A3以第二支路A2为基准对称布置；第一支路A1中第一转动副R1的轴线与第二支路A2中第二转动副R2的轴线垂直；第一支路A1中第一万向副U1的第一转动轴线L11与第二支路A2中第二万向副U2的第一转动轴线L21相互垂直；第三支路A3中第三转动副R3的轴线与第一支路中R1的轴线平行；第三分支中第三万向副U3的第一转动轴线L31与第一支路中U1的第一转动轴线L11共线。

所述的第一支路A1第一移动副P1、第二支路A2第二移动副P2以及第三支路A3第三移动副P3为主动副；主动移动副的驱动是电机丝杆机构或液压机构。

动平台可实现空间内的一个转动自由度和一个移动自由度；其中转动自由度是动平台可绕第一支路的第一万向副的第一转动轴线L11转动，称为第一转动特征，或者是动平台可绕第二支路的第二万向副的第一转动轴线L21转动，称为第二转动特征；移动自由度是动平台可沿第一支路的第一转动副R1的轴线与第二支路的第二转动副R2的轴线的公垂线方向移动。

当处于初始位置时，平台平面与第一、二分支转动副R1、R2轴线平行的位置，该变胞机构具有三个自由度，即具有上述的第一、第二转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第一转动轴线L11转动后，该变胞机构就失去第二转动特征，从而只具有第一转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第二转动轴线L21转动后，该变胞机构就失去第一转动特征，从而只具有第二转动特征和移动特征；

初始位置是实现动平台转动特征变化的中间过渡状态，即通过中间过渡状态，可以实现动平台第一转动特征、第二转动特征的相互转化。

因此通过控制输入可以改变该变胞机构的输出运动特征，同时，变胞机构的末端自由度数与输入数相同。

实施例3

如图3所示，动平台M通过三个分支与机架并联连接：

第一支路A1中，第一转动副R1连接第一机架F1与第一上连杆11，第一移动副P1连接第一上连杆11与第一下连杆12，第一万向副U1连接第一下连杆12与动平台M；

第二支路A2中，第二转动副R2连接机架F2与第二上连杆21，第二移动副P2连接第二上连杆21与第二下连杆22，第二万向副U2连接第二下连杆22与动平台M；

第三支路A3中，第一球铰副S1连接机架F3与第三上连杆31，第三移动副P3连接第三上连杆31与第三下连杆32，第二球铰副S2连接第三下连杆32与动平台M；

其中，各分支的运动副满足如下关系：

其中，第一支路A1中第一万向副U1的第二转动轴线L12与第一转动副R1轴线相互平行，第一移动副P1与第一转动副R1轴线垂直；第二支路A2中第二万向副U2的第二转动轴线L22与第二转动副R2轴线相互平行，第二移动副P2与第二转动副R2轴线垂直；

第一支路A1与第二支路A2以第三支路A3为基准对称布置；第一支路A1中第一转动副R1的轴线与第二支路A2中第二转动副R2的轴线垂直；第一支路A1中第一万向副U1的第一转动轴线L11与第二支路A2中第二万向副U2的第一转动轴线L21相互垂直；

所述的第一支路A1第一移动副P1或第一转动副R1、第二支路A2第二移动副P2或第二转动副R2以及第三支路A3第三移动副P3为主动副；主动移动副的驱动是电机丝杆机构或液压机构，主动转动副的驱动是伺服电机。

动平台可实现空间内的一个转动自由度和一个移动自由度；其中转动自由度是动平台可绕第一支路的第一万向副的第一转动轴线L11转动，称为第一转动特征，或者是动平台可绕第二支路的第二万向副的第一转动轴线L21转动，称为第二转动特征；移动自由度是动平台可沿第一支路的第一转动副R1的轴线与第二支路的第二转动副R2的轴线的公垂线方向移动。

当处于初始位置时，平台平面与第一、二分支转动副R1、R2轴线平行的位置，该变胞机构具有三个自由度，即具有上述的第一、第二转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第一转动轴线L11转动后，该变胞机构就失去第二转动特征，从而只具有第一转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第二转动轴线L21转动后，该变胞机构就失去第一转动特征，从而只具有第二转动特征和移动特征；

初始位置是实现动平台转动特征变化的中间过渡状态，即通过中间过渡状态，可以实现动平台第一转动特征、第二转动特征的相互转化。

因此通过控制输入可以改变该变胞机构的输出运动特征，同时，变胞机构的末端自由度数与输入数相同。

实施例4

如图4所示，动平台M通过三个分支与机架并联连接：

第一支路A1中，第一转动副R1连接第一机架F1与第一上连杆11，第一移动副P1连接第一上连杆11与第一下连杆12，第一万向副U1连接第一下连杆12与动平台M；

第二支路A2中，第二转动副R2连接第二机架F2与第二上连杆21，第二移动副P2连接第二上连杆21与第二下连杆22，第二万向副U2连接第二下连杆22与动平台M；

第三支路A3中，第三转动副R3连接第三机架F3与第三上连杆31，第三移动副P3连接第三上连杆31与第三下连杆32，第三万向副U3连接第三下连杆32与动平台M；

其中，第一支路A1中第一万向副U1的第二转动轴线L12与第一转动副R1轴线相互平行，第一移动副P1与第一转动副R1轴线垂直；第二支路A2中第二万向副U2的第二转动轴线L22与第二转动副R2轴线相互平行，第二移动副P2与第二转动副R2轴线垂直；第三支路A3中第三万向副U3的第二转动轴线L32与第三转动副R3轴线相互平行，第三移动副P3与第三转动副R3轴线垂直；

第一支路A1与第三支路A3以第二支路A2为基准对称布置；第一支路A1中第一转动副R1的轴线与第二支路A2中第二转动副R2的轴线垂直；第一支路A1中第一万向副U1的第一转动轴线L11与第二支路A2中第二万向副U2的第一转动轴线L21相互垂直；第三支路A3中第三转动副R3的轴线与第一支路中第一转动副R1的轴线平行；第三分支中第三万向副U3的第一转动轴线L31与第一支路中U1的第一转动轴线L11共线。

所述的第一支路A1第一移动副P1或第一转动副R1、第二支路A2第二移动副P2或第二转动副R2以及第三支路A3第三移动副P3或第三转动副R3为主动副；主动移动副的驱动是电机丝杆机构或液压机构，主动转动副的驱动是伺服电机。

动平台可实现空间内的一个转动自由度和一个移动自由度；其中转动自由度是动平台可绕第一支路的第一万向副的第一转动轴线L11转动，称为第一转动特征，或者是动平台可绕第二支路的第二万向副的第一转动轴线L21转动，称为第二转动特征；移动自由度是动平台可沿第一支路的第一转动副R1的轴线与第二支路的第二转动副R2的轴线的公垂线方向移动。

当处于初始位置时，平台平面与第一、二分支转动副R1、R2轴线平行的位置，该变胞机构具有三个自由度，即具有上述的第一、第二转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第一转动轴线L11转动后，该变胞机构就失去第二转动特征，从而只具有第一转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第二转动轴线L21转动后，该变胞机构就失去第一转动特征，从而只具有第二转动特征和移动特征；

初始位置是实现动平台转动特征变化的中间过渡状态，即通过中间过渡状态，可以实现动平台第一转动特征、第二转动特征的相互转化。

因此通过控制输入可以改变该变胞机构的输出运动特征，同时，变胞机构的末端自由度数与输入数相同。

实施例5

如图5所示，动平台M通过三个分支与机架并联连接：

第一支路A1中，第一上转动副R1a连接第一机架F1与第一上连杆11，第一下转动副R1b连接第一上连杆11与第一下连杆12，第一万向副U1连接第一下连杆12与动平台M；

第二支路A2中，第二上转动副R2a连接第二机架F2与第二上连杆21，第二下转动副R2b连接第二上连杆21与第二下连杆22，第二万向副U2连接第二下连杆22与动平台M；

第三支路A3中，第一球铰副S1连接第三机架F3与第三上连杆31，第三移动副P3连接第三上连杆31与第三下连杆32，第二球铰副S2连接第三下连杆32与动平台M；

其中，各分支的运动副满足如下关系：

其中，第一支路A1中第一万向副U1的第二转动轴线L12、第一上转动副R1a以及第一下转动副R1b的轴线相互平行；第二支路A2中第二万向副U2的第二转动轴线L22、第二上转动副R2a以及第二下转动副R2b的轴线相互平行；

第一支路A1与第二支路A2以第三支路A3为基准对称布置；第一支路A1中第一上转动副R1a的轴线与第二支路A2中第二上转动副R2a的轴线垂直；第一支路A1中第一万向副U1的第一转动轴线L11与第二支路A2中第二万向副U2的第一转动轴线L21相互垂直；

所述的第一支路A1第一上转动副R1a、第二支路A2第二上转动副R2a以及第三支路A3第三移动副P3为主动副；主动移动副的驱动是电机丝杆机构或液压机构，主动转动副的驱动是伺服电机。

动平台可实现空间内的一个转动自由度和一个移动自由度；其中转动自由度是动平台可绕第一支路的第一万向副的第一转动轴线L11转动，称为第一转动特征，或者是动平台可绕第二支路的第二万向副的第一转动轴线L21转动，称为第二转动特征；移动自由度是动平台可沿第一支路的第一上转动副R1a的轴线与第二支路的第二上转动副R2a的轴线的公垂线方向移动。

当处于初始位置时，平台平面与第一、二分支转动副R1a、R2a轴线平行的位置，该变胞机构具有三个自由度，即具有上述的第一、第二转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第一转动轴线L11转动后，该变胞机构就失去第二转动特征，从而只具有第一转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第二转动轴线L21转动后，该变胞机构就失去第一转动特征，从而只具有第二转动特征和移动特征；

初始位置是实现动平台转动特征变化的中间过渡状态，即通过中间过渡状态，可以实现动平台第一转动特征、第二转动特征的相互转化。

因此通过控制输入可以改变该变胞机构的输出运动特征，同时，变胞机构的末端自由度数与输入数相同。

实施例6

如图6所示，动平台M通过三个分支与机架并联连接：

第一支路A1中，第一上转动副R1a连接机架F与第一上连杆11，第一下转动副R1b连接第一上连杆11与第一下连杆12，第一万向副U1连接第一下连杆12与动平台M；

第二支路A2中，第二上转动副R2a连接机架F与第二上连杆21，第二下转动副R2b连接第二上连杆21与第二下连杆22，第二万向副U2连接第二下连杆22与动平台M；

第一支路A1中，第三上转动副R3a连接机架F与第三上连杆31，第三下转动副R3b连接第三上连杆31与第三下连杆32，第三万向副U3连接第三下连杆32与动平台M；

其中，各分支的运动副满足如下关系：

第一支路A1中第一万向副U1的第二转动轴线L12、第一上转动副R1a以及第一下转动副R1b的轴线相互平行；第二支路A2中第二万向副U2的第二转动轴线L22、第二上转动副R2a以及第二下转动副R2b的轴线相互平行；第三支路A3中第三万向副U3的第二转动轴线L32、第三上转动副R3a以及第三下转动副R3b的轴线相互平行；

第一支路A1与第三支路A3以第二支路A2为基准对称布置；第一支路A1中第一上转动副R1a的轴线与第二支路A2中第二上转动副R2a的轴线垂直；第一支路A1中第一万向副U1的第一转动轴线L11与第二支路A2中第二万向副U2的第一转动轴线L21相互垂直；第三支路A3中第三上转动副R3a的轴线与第一支路A1中第一上转动副R1a的轴线平行；第三分支中第三万向副U3的第一转动轴线L31与第一支路中U1的第一转动轴线L11共线。

所述的第一支路A1第一上转动副R1a、第二支路A2第二上转动副R2a以及第三支路A3第三上转动副R3a为主动副；主动转动副的驱动是伺服电机。

动平台可实现空间内的一个转动自由度和一个移动自由度；其中转动自由度是动平台可绕第一支路的第一万向副的第一转动轴线L11转动，称为第一转动特征，或者是动平台可绕第二支路的第二万向副的第一转动轴线L21转动，称为第二转动特征；移动自由度是动平台可沿第一支路的第一上转动副R1a的轴线与第二支路的第二转动副R2a的轴线的公垂线方向移动。

当处于初始位置时，平台平面与第一、二分支转动副R1a、R2a轴线平行的位置，该变胞机构具有三个自由度，即具有上述的第一、第二转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第一转动轴线L11转动后，该变胞机构就失去第二转动特征，从而只具有第一转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第二转动轴线L21转动后，该变胞机构就失去第一转动特征，从而只具有第二转动特征和移动特征；

初始位置是实现动平台转动特征变化的中间过渡状态，即通过中间过渡状态，可以实现动平台第一转动特征、第二转动特征的相互转化。

因此通过控制输入可以改变该变胞机构的输出运动特征，同时，变胞机构的末端自由度数与输入数相同。

实施例7

如图7所示，动平台M通过三个分支与机架并联连接：

第一支路A1中，第一转动副R1连接第一机架F1与第一上连杆11，第一复合副Pa1连接第一上连杆11与第一下连杆12，第一万向副U1连接第一下连杆12与动平台M；

第二支路A2中，第二转动副R2连接第二机架F2与第二上连杆21，第二复合副Pa2连接第二上连杆21与第二下连杆22，第二万向副U2连接第二下连杆22与动平台M；

第三支路A3中，第一球铰副S1连接第三机架F3与第三上连杆31，第三移动副P3连接第三上连杆31与第三下连杆32，第二球铰副S2连接第三下连杆32与动平台M；

其中，各分支的运动副满足如下关系：

其中，第一支路A1中第一万向副U1的第二转动轴线L12与第一转动副R1轴线相互平行，第一复合副Pa1的移动方向与第一转动副R1轴线垂直；第二支路A2中第二万向副U2的第二转动轴线L22与第二转动副R2轴线相互平行，第二复合副Pa2的移动方向与第二转动副R2轴线垂直；

第一支路A1与第二支路A2以第三支路A3为基准对称布置；第一支路A1中第一转动副R1的轴线与第二支路A2中第二转动副R2的轴线垂直；第一支路A1中第一万向副U1的第一转动轴线L11与第二支路A2中第二万向副U2的第一转动轴线L21相互垂直；

所述的第一支路A1第一转动副R1、第二支路A2第二转动副R2以及第三支路A3第三移动副P3为主动副；主动移动副的驱动是电机丝杆机构或液压机构，主动转动副的驱动是伺服电机。

动平台可实现空间内的一个转动自由度和一个移动自由度；其中转动自由度是动平台可绕第一支路的第一万向副的第一转动轴线L11转动，称为第一转动特征，或者是动平台可绕第二支路的第二万向副的第一转动轴线L21转动，称为第二转动特征；移动自由度是动平台可沿第一支路的第一转动副R1的轴线与第二支路的第二转动副R2的轴线的公垂线方向移动。

当处于初始位置时，平台平面与第一、二分支转动副R1、R2轴线平行的位置，该变胞机构具有三个自由度，即具有上述的第一、第二转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第一转动轴线L11转动后，该变胞机构就失去第二转动特征，从而只具有第一转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第二转动轴线L21转动后，该变胞机构就失去第一转动特征，从而只具有第二转动特征和移动特征；

初始位置是实现动平台转动特征变化的中间过渡状态，即通过中间过渡状态，可以实现动平台第一转动特征、第二转动特征的相互转化。

因此通过控制输入可以改变该变胞机构的输出运动特征，同时，变胞机构的末端自由度数与输入数相同。

实施例8

如图8所示，动平台M通过三个分支与机架并联连接：

第一支路A1中，第一转动副R1连接第一机架F1与第一上连杆11，第一复合副Pa1连接第一上连杆11与第一下连杆12，第一万向副U1连接第一下连杆12与动平台M；

第二支路A2中，第二转动副R2连接机架F2与第二上连杆21，第二复合副Pa2连接第二上连杆21与第二下连杆22，第二万向副U2连接第二下连杆22与动平台M；

第三支路A3中，第三转动副R3连接机架F3与第三上连杆31，第三复合副Pa3连接第三上连杆31与第三下连杆32，第三万向副U3连接第三下连杆32与动平台M；

其中，第一支路A1中第一万向副U1的第二转动轴线L12与第一转动副R1轴线相互平行，第一复合副Pa1的移动方向与第一转动副R1轴线垂直；第二支路A2中第二万向副U2的第二转动轴线L22与第二转动副R2轴线相互平行，第二复合副Pa2的移动方向与第二转动副R2轴线垂直；第三支路A3中第三万向副U3的第二转动轴线L32与第三转动副R3轴线相互平行，第三复合副Pa3的移动方向与第三转动副R3轴线垂直；

第一支路A1与第三支路A3以第二支路A2为基准对称布置；第一支路A1中第一转动副R1的轴线与第二支路A2中第二转动副R2的轴线垂直；第一支路A1中第一万向副U1的第一转动轴线L11与第二支路A2中第二万向副U2的第一转动轴线L21相互垂直；第三支路A3中第三转动副R3的轴线与第一支路中第一转动副R1的轴线平行；第三分支中第三万向副U3的第一转动轴线L31与第一支路中U1的第一转动轴线L11共线。

所述的第一支路A1第一转动副R1、第二支路A2第二转动副R2以及第三支路A3第三转动副R3为主动副；主动转动副的驱动是伺服电机。

动平台可实现空间内的一个转动自由度和一个移动自由度；其中转动自由度是动平台可绕第一支路的第一万向副的第一转动轴线L11转动，称为第一转动特征，或者是动平台可绕第二支路的第二万向副的第一转动轴线L21转动，称为第二转动特征；移动自由度是动平台可沿第一支路的第一转动副R1的轴线与第二支路的第二转动副R2的轴线的公垂线方向移动。

当处于初始位置时，平台平面与第一、二分支转动副R1、R2轴线平行的位置，该变胞机构具有三个自由度，即具有上述的第一、第二转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第一转动轴线L11转动后，该变胞机构就失去第二转动特征，从而只具有第一转动特征和移动特征；

当动平台在初始位置绕第二转动轴线L21转动后，该变胞机构就失去第一转动特征，从而只具有第二转动特征和移动特征；

初始位置是实现动平台转动特征变化的中间过渡状态，即通过中间过渡状态，可以实现动平台第一转动特征、第二转动特征的相互转化。

因此通过控制输入可以改变该变胞机构的输出运动特征，同时，变胞机构的末端自由度数与输入数相同。

Claims (10)

1.一种两自由度变胞机构，其特征在于，包括：动平台、三个静平台和分别连接两种平台的三个支路，即第一至第三支路，其中：

第一支路和第二支路的结构相同，分别包括：依次由连杆相连的第一单自由度运动副、第二单自由度运动副和万向副，其中：第一单自由度运动副与第一静平台或第二静平台相连，第一万向副或第二万向副与动平台相连；

所述的万向副有两个相互垂直的转动轴线，其中第一转动轴线为固定在动平台上的转动轴线，第二转动轴线为与第一转动轴线相垂直的转动轴线。

2.根据权利要求1所述的机构，其特征是，所述的第一支路的第一单自由度运动副为连接于第一静平台上的第一移动副，第二单自由度运动副为转动轴线与第一万向副的第二转动轴线相平行的第一转动副，其中：第一移动副与第一转动副的转动轴线垂直；

第二支路的第一单自由度运动副为连接于第二静平台上的第二移动副，第二单自由度运动副为转动轴线与第二万向副的第二转动轴线相平行的第二转动副，其中：第二移动副与第二转动副的转动轴线垂直，第二转动副的转动轴线与第一支路的第一转动副的转动轴线垂直。

3.根据权利要求1所述的机构，其特征是，所述的第一支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第一万向副的第二转动轴线相平行的第一转动副，第二单自由度运动副为与第一转动副的转动轴线垂直的第一移动副；

第二支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第二万向副的第二转动轴线相平行的第二转动副，第二单自由度运动副为与第二转动副的转动轴线垂直的第二移动副，其中：第二转动副的转动轴线与第一转动副的转动轴线垂直。

4.根据权利要求1所述的机构，其特征是，所述的第一支路的第一单自由度运动副为与第一万向副的第二转动轴线相平行的第一上转动副，第二单自由度运动副为与第一上转动副转动轴线相平行的第一下转动副；

第二支路的第一单自由度运动副为与第二万向副的第二转动轴线相平行的第二上转动副，第二单自由度运动副为与第二上转动副转动轴线相平行的第二下转动副；其中：第二上转动副的转动轴线与第一上转动副的转动轴线垂直。

5.根据权利要求1所述的机构，其特征是，所述的第一支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第一万向副的第二转动轴线相平行的第一转动副，第二单自由度运动副为第一复合副，该第一复合副包括：四个依次相连形成封闭回路的转动连接副，其中：第一转动副连接于其中两个转动连接副的连接杆上，第一万向副连接于另外两个转动连接副的连接杆上；

第二支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第二万向副的第二转动轴线相平行的第二转动副，第二单自由度运动副为第二复合副，该第二复合副包括：四个依次相连形成封闭回路的转动连接副，其中：第二转动副连接于其中两个转动连接副的连接杆上，第二万向副连接于另外两个转动连接副的连接杆上。

6.根据权利要求2、3、4或5中任一所述的机构，其特征是，所述的第三支路采用以下两种中的任一一种结构：

a)该第三支路包括：依次由连杆相连的第一球铰副、第三移动副和第二球铰副，其中：第一球铰副与第三静平台相连，第二球铰副与动平台相连；

b)该第三支路包括：依次由连杆相连的第一单自由度运动副、第二单自由度运动副和第三万向副，其中：第一单自由度运动副与第三静平台相连，第三万向副与动平台相连。

7.根据权利要求6所述的机构，其特征是，当采用方案b)时，所述的第三支路的第一单自由度运动副为连接于第三静平台上的第三移动副，第二单自由度运动副为转动轴线与第三万向副的第二转动轴线相平行的第三转动副，其中：第三移动副与第三转动副的转动轴线垂直，第三转动副的转动轴线与第二支路的第二转动副的转动轴线垂直，第三万向副的第一转动轴线与第一万向副的第一转动轴线共线。

8.根据权利要求6所述的机构，其特征是，当采用方案b)时，所述的第三支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第三万向副的第二转动轴线相平行的第三转动副，第二单自由度运动副与第三转动副垂直的第三移动副，第三转动副的转动轴线与第二支路的第二转动副的转动轴线垂直，第三万向副的第一转动轴线与第一万向副的第一转动轴线共线。

9.根据权利要求6所述的机构，其特征是，当采用方案b)时，所述的第三支路的第一单自由度运动副为与第三万向副的第二转动轴线相平行的第三上转动副，第二单自由度运动副为与第三上转动副转动轴线相平行的第三下转动副；其中：第三上转动副的转动轴线与第二上转动副的转动轴线垂直，第三万向副的第一转动轴线与第一万向副的第一转动轴线共线。

10.根据权利要求6所述的机构，其特征是，当采用方案b)时，所述的第三支路的第一单自由度运动副为转动轴线与第三万向副的第二转动轴线相平行的第三转动副，第二单自由度运动副为第三复合副，该第三复合副包括：四个依次相连形成封闭回路的转动连接副，其中：第三转动副连接于其中两个转动连接副的连接杆上，第三万向副连接于另外两个转动连接副的连接杆上，第三万向副的第一转动轴线与第一万向副的第一转动轴线共线。