CN107838909B - 一种2r1t三自由度冗余驱动并联机构及其工作方法 - Google Patents

一种2r1t三自由度冗余驱动并联机构及其工作方法 Download PDF

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CN107838909B CN201711297434.2A CN201711297434A CN107838909B CN 107838909 B CN107838909 B CN 107838909B CN 201711297434 A CN201711297434 A CN 201711297434A CN 107838909 B CN107838909 B CN 107838909B
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Abstract

本发明涉及一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构，包括运动平台、静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，所述运动平台经第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链与静平台连接在一起，所述第一支链为UPR型运动支链，所述第二支链为UPR型运动支链，所述第三支链为RPS型运动支链，所述第四支链为RPU型运动支链。本发明通过合理的结构设计和结构优化，使机构具有工作空间大、高承载能力、高刚度以及高精度的特点，不仅可以作为独立运动模块实现2R1T动作，亦可通过串接不同形式的末端执行器实现多种作业，在高速、精密以及高刚度加工领域都有着广泛的应用前景。

Description

一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构及其工作方法。
背景技术
并联机器人机构是由运动副和构件按一定的方式连接而成的闭环机构。组成并联机器人机构的运动副可分为简单运动副和复合运动副两大类。常见的简单运动副有：转动副R(revolute pair)、移动副P(prismatic pair)、螺旋副H(helix pair)、圆柱副C(cylinder pair)、球面副S(spherical pair)、万向铰或虎克铰U(universa Uoint)。少自由度并联机构，特别是具有两转动一平动(2R1T)的三自由度并联机构，凭借其结构简单、紧凑、易于实现控制以及制造成本相对较低等优点，已然成为机器人领域的一大研究热点。鉴于2R1T并联机构所具有良好的定位精度、结构刚度、加工性能以及动力学性能，大量的五自由度混联机器人采用了这类机构串接具有两自由度转动头或两自由度x-y移动平台的设计方案，其中最具代表性的有：专利WO2006054935中提出的Exechon机构、专利US4732525中提出的Tricept机构、专利CN1524662A中提出的TriVariant机构等。
在这些2R1T并联机构中，相比于无冗余驱动并联机构，冗余驱动并联机构具有消除奇异点、提高机构刚度和灵巧度的优点。一般来说，并联机构具有两类冗余驱动：(1)变被动关节为主动关节；(2)增加一些不改变机构自由度的主动支链。鉴于后者能更显著提高机构的刚度，改善机构的受力分布，越来越多的研究人员将目光投向了这类既能满足所需运动形式，而且具有良好机构性能的冗余驱动并联机构。现有机构中，专利CN106965153中提出了一种驱动冗余的并联机床本体、专利CN107127738A中提出了刚柔混合线解耦变刚度的可重构冗余驱动广义并联机构。在这几类机构中，机构较为复杂，而且运动构件数较多，维护成本高，操作复杂、繁琐。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构及其工作方法，不仅结构简单，而且便捷高效。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构，包括运动平台、静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，所述运动平台经第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链与静平台连接在一起，所述第一支链为UPR型运动支链，所述第二支链为UPR型运动支链，所述第三支链为RPS型运动支链，所述第四支链为RPU型运动支链。
优选的，所述第一支链包含第一虎克铰、第一移动副以及第一转动副，所述第一虎克铰与静平台相连接，所述第一移动副作为机构的主动运动副，所述第一转动副与运动平台相连接。
优选的，所述第二支链包含第二虎克铰、第二移动副以及第二转动副，所述第二虎克铰与静平台相连接，所述第二移动副作为机构的主动运动副，所述第二转动副与运动平台相连接。
优选的，所述第三支链包含第三转动副、第三移动副以及球副，所述第三转动副与静平台相连接，所述第三移动副作为机构的主动运动副，所述球副与运动平台相连接。
优选的，所述第四支链包含第四转动副、第四移动副以及第三虎克铰，所述第四转动副与静平台相连接，所述第四移动副作为机构的主动运动副，所述第三虎克铰与运动平台相连接。
优选的，所述第一虎克铰包含转动轴线
Figure BDA0001500574140000021
与转动轴线
Figure BDA0001500574140000022
所述转动轴线
Figure BDA0001500574140000023
与转动轴线
Figure BDA0001500574140000024
垂直相交；所述第二虎克铰包含转动轴线
Figure BDA0001500574140000025
与转动轴线
Figure BDA0001500574140000026
所述转动轴线
Figure BDA0001500574140000027
与转动轴线
Figure BDA0001500574140000028
垂直相交；所述转动轴线
Figure BDA0001500574140000029
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000210
重合，所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000211
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000212
互相平行；所述第一转动副的转动轴线为
Figure BDA00015005741400000213
所述第二转动副的转动轴线为
Figure BDA00015005741400000214
所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000215
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000216
互相平行，所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000217
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000218
互相平行，所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000219
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000220
互相平行；所述第三转动副的转动轴线为
Figure BDA00015005741400000221
所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000222
平行于转动轴线
Figure BDA00015005741400000223
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000224
所述第三虎克铰包含转动轴线
Figure BDA00015005741400000225
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000226
所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000227
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000228
垂直相交；所述第四转动副的转动轴线为
Figure BDA00015005741400000229
所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000230
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000231
互相平行，所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000232
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000233
互相平行，所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000234
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000235
和转动轴线
Figure BDA00015005741400000236
平行；所述第一移动副的移动轴线为
Figure BDA00015005741400000237
所述移动轴线
Figure BDA00015005741400000238
垂直于转动轴线
Figure BDA00015005741400000239
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000240
所述第二移动副的移动轴线为
Figure BDA00015005741400000241
所述移动轴线
Figure BDA00015005741400000242
垂直于转动轴线
Figure BDA00015005741400000243
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000244
所述第三移动副的移动轴线为
Figure BDA00015005741400000245
所述移动轴线
Figure BDA00015005741400000246
垂直于转动轴线
Figure BDA00015005741400000247
所述第四移动副的移动轴线为
Figure BDA00015005741400000248
所述移动轴线
Figure BDA00015005741400000249
垂直于转动轴线
Figure BDA00015005741400000250
和转动轴线
Figure BDA00015005741400000251
所述球副包含转动轴线
Figure BDA00015005741400000252
转动轴线
Figure BDA00015005741400000253
以及转动轴线
Figure BDA00015005741400000254
所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000255
转动轴线
Figure BDA00015005741400000256
以及转动轴线
Figure BDA00015005741400000257
相交于一点且异面，所述的转动轴线
Figure BDA00015005741400000258
过转动轴线
Figure BDA00015005741400000259
和
Figure BDA00015005741400000260
的交点。
优选的，所述第一移动副、第二移动副、第三移动副以及第四移动副均采用丝杠滑台，所述第一移动副包含第一滑块、第一丝杠、与第一滑块相配合的第一直线导轨、第一连杆以及驱动第一丝杠的第一伺服电机，所述第一滑块作为第一移动副的承导件，所述第一滑块固定连接在第一虎克铰上，所述第一直线导轨作为第一移动副的运动件，固定连接在所述第一连杆；当第一伺服电机工作，由于所述第一虎克铰与静平台相连接，所述第一滑块不能相对静平台发生移动，所述第一丝杠带动第一连杆相对第一滑块发生移动，从而所述第一支链相对静平台发生移动。
优选的，所述第二移动副包含第二滑块、第二丝杠、与第二滑块相配合的第二直线导轨、第二连杆以及驱动第二丝杠的第二伺服电机，所述第二滑块作为第二移动副的承导件，所述第二滑块固定连接在第二虎克铰上，所述第二直线导轨作为第二移动副的运动件，固定连接在所述第二连杆；当第二伺服电机工作，由于所述第二虎克铰与静平台相连接，所述第二滑块不能相对静平台发生移动，所述第二丝杠带动第二连杆相对第二滑块发生移动，从而所述第二支链相对静平台发生移动。
优选的，所述第三移动副包含第三滑块、第三丝杠、与第三滑块相配合的第三直线导轨、第三连杆以及驱动第三丝杠的第三伺服电机，所述第三滑块作为第三移动副的承导件，所述第三滑块固定连接在第三转动副上，所述第三直线导轨作为第三移动副的运动件，固定连接在所述第三连杆；当第三伺服电机工作，由于所述第三转动副与静平台相连接，故所述第三滑块不能相对静平台发生移动，所述第三丝杠带动第三连杆相对第三滑块发生移动，从而所述第三支链相对静平台发生移动；所述第四移动副包含第四滑块、第四丝杠、与第四滑块相配合的第四直线导轨、第四连杆以及驱动第四丝杠的第四伺服电机，所述第四滑块作为第四移动副的承导件，所述第四滑块固定连接在第四转动副上，所述第四直线导轨作为第四移动副的运动件，固定连接在所述第四连杆；当第四伺服电机工作，由于所述第四转动副与静平台相连接，故所述第四滑块不能相对静平台发生移动，所述第四丝杠带动第四连杆相对第四滑块发生移动，从而所述第四支链相对静平台发生移动。
一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构的工作方法，按以下步骤进行：根据并联机构运动机理，在第一移动副、第二移动副、第三移动副、第四移动副的共同驱动下，唯一确定运动平台一个位姿，从而实现运动平台相对静平台两转动与一平动的动作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明实现运动平台相对静平台2R1T三自由度的运动输出；结构紧凑，具有四条运动支链，冗余驱动的方式有利于机构整体刚度的提高；承载能力大、刚度大、精度高模块化程度高，既可以作为独立运动模块实现2R1T动作，亦可通过运动平台串接不同形式的末端执行器实现多种作业，在高速、精密以及高刚度加工领域都有着广泛的应用前景。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的构造示意图一。
图2为本发明实施例的构造示意图二(去除运动平台)。
图3为本发明实施例中第一支链的构造示意图。
图4为本发明实施例中第二支链的构造示意图。
图5为本发明实施例中第三支链的构造示意图。
图6为本发明实施例中第四支链的构造示意图。
图中：1-运动平台，2-静平台，3-第一支链，301-第一组滑块，302-第一丝杠，303-第一直线导轨，304-第一连杆，305-第一伺服电机，4-第二支链，401-第二组滑块，402-第二丝杠，403-第二直线导轨，404-第二连杆，405-第二伺服电机，5-第三支链，501-第三组滑块，502-第三丝杠，503-第三直线导轨，504-第三连杆，505-第三伺服电机；6-第四支链，601-第四组滑块，602-第四丝杠，603-第四直线导轨，604-第四连杆，605-第四伺服电机。
U1-第一虎克铰，P1-第一移动副，R1-第一转动副；
U2-第二虎克铰，P2-第二移动副，R2-第二转动副；
R3-第三转动副，P3-第三移动副，S-球副；
R4-第四转动副，P4-第四移动副，U3-第三虎克铰。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1～6所示，一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构，包括运动平台1、静平台2、第一支链3、第二支链4、第三支链5以及第四支链6，所述运动平台经第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链与静平台连接在一起，所述第一支链为UPR型运动支链，所述第二支链为UPR型运动支链，所述第三支链为RPS型运动支链，所述第四支链为RPU型运动支链；所述运动平台1作为机构的输出部件，在四条运动链的共同驱动下，机构实现了所述运动平台1相对静平台2两转动与一平动的动作，也就是运动平台1相对静平台2的2R1T动作。
在本发明实施例中，所述第一支链3包含第一虎克铰U1、第一移动副P1以及第一转动副R1，所述第一虎克铰U1与静平台2相连接，所述第一移动副P1作为机构的主动运动副，所述第一转动副R1与运动平台1相连接。
在本发明实施例中，所述第二支链4包含第二虎克铰U2、第二移动副P2以及第二转动副R2，所述第二虎克铰U2与静平台2相连接，所述第二移动副P2作为机构的主动运动副，所述第二转动副R2与运动平台1相连接。
在本发明实施例中，所述第三支链5包含第三转动副R3、第三移动副P3以及球副S，所述第三转动副R3与静平台2相连接，所述第三移动副P3作为机构的主动运动副，所述球副S与运动平台1相连接。
在本发明实施例中，所述第四支链包含第四转动副R4、第四移动副P4以及第三虎克铰U3，所述第四转动副与静平台相连接，所述第四移动副作为机构的主动运动副，所述第三虎克铰与运动平台相连接。
在本发明实施例中，所述第一虎克铰包含转动轴线
Figure BDA0001500574140000051
与转动轴线
Figure BDA0001500574140000052
所述转动轴线
Figure BDA0001500574140000053
与转动轴线
Figure BDA0001500574140000054
垂直相交；所述第二虎克铰包含转动轴线
Figure BDA0001500574140000055
与转动轴线
Figure BDA0001500574140000056
所述转动轴线
Figure BDA0001500574140000057
与转动轴线
Figure BDA0001500574140000058
垂直相交；所述转动轴线
Figure BDA0001500574140000059
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000510
重合，所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000511
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000512
互相平行；所述第一转动副的转动轴线为
Figure BDA00015005741400000513
所述第二转动副的转动轴线为
Figure BDA00015005741400000514
所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000515
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000516
互相平行，所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000517
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000518
互相平行，所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000519
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000520
互相平行；所述第三转动副的转动轴线为
Figure BDA00015005741400000521
所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000522
平行于转动轴线
Figure BDA00015005741400000523
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000524
所述第三虎克铰包含转动轴线
Figure BDA00015005741400000525
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000526
所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000527
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000528
垂直相交；所述第四转动副的转动轴线为
Figure BDA00015005741400000529
所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000530
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000531
互相平行，所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000532
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000533
互相平行，所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000534
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000535
和转动轴线
Figure BDA00015005741400000536
平行；所述第一移动副的移动轴线为
Figure BDA00015005741400000537
所述移动轴线
Figure BDA00015005741400000538
垂直于转动轴线
Figure BDA00015005741400000539
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000540
所述第二移动副的移动轴线为
Figure BDA00015005741400000541
所述移动轴线
Figure BDA00015005741400000542
垂直于转动轴线
Figure BDA00015005741400000543
与转动轴线
Figure BDA00015005741400000544
所述第三移动副的移动轴线为
Figure BDA00015005741400000545
所述移动轴线
Figure BDA00015005741400000546
垂直于转动轴线
Figure BDA00015005741400000547
所述第四移动副的移动轴线为
Figure BDA00015005741400000548
所述移动轴线
Figure BDA00015005741400000549
垂直于转动轴线
Figure BDA00015005741400000550
和转动轴线
Figure BDA00015005741400000551
所述球副包含转动轴线
Figure BDA00015005741400000552
转动轴线
Figure BDA00015005741400000553
以及转动轴线
Figure BDA00015005741400000554
所述转动轴线
Figure BDA00015005741400000555
转动轴线
Figure BDA00015005741400000556
以及转动轴线
Figure BDA00015005741400000557
相交于一点且异面，所述的转动轴线
Figure BDA00015005741400000558
过转动轴线
Figure BDA00015005741400000559
和
Figure BDA00015005741400000560
的交点。
在本发明实施例中，所述第一移动副、第二移动副、第三移动副以及第四移动副可以采用伺服电机驱动的丝杠滑台，也可以采用由直线电机、液压、气压推杆等驱动的直线运动机构，所述第一转动副、第二转动副以及第三转动副均可以采用销轴与轴承进行铰接，所述球副S可采用关节轴承或是三轴复合式转动关节，但不局限于此。
在本发明实施例中，所述第一移动副、第二移动副、第三移动副以及第四移动副均采用丝杠滑台，所述第一移动副包含第一滑块301、第一丝杠302、与第一滑块相配合的第一直线导轨303、第一连杆304以及驱动第一丝杠的第一伺服电机305，所述第一滑块作为第一移动副的承导件，所述第一滑块固定连接在第一虎克铰上，所述第一直线导轨作为第一移动副的运动件，固定连接在所述第一连杆；当第一伺服电机工作，由于所述第一虎克铰与静平台相连接，所述第一滑块不能相对静平台发生移动，所述第一丝杠带动第一连杆相对第一滑块发生移动，从而所述第一支链相对静平台发生移动。
在本发明实施例中，所述第二移动副包含第二滑块401、第二丝杠402、与第二滑块相配合的第二直线导轨403、第二连杆404以及驱动第二丝杠的第二伺服电机405，所述第二滑块作为第二移动副的承导件，所述第二滑块固定连接在第二虎克铰上，所述第二直线导轨作为第二移动副的运动件，固定连接在所述第二连杆；当第二伺服电机工作，由于所述第二虎克铰与静平台相连接，所述第二滑块不能相对静平台发生移动，所述第二丝杠带动第二连杆相对第二滑块发生移动，从而所述第二支链相对静平台发生移动。
在本发明实施例中，所述第三移动副包含第三滑块501、第三丝杠502、与第三滑块相配合的第三直线导轨503、第三连杆504以及驱动第三丝杠的第三伺服电机505，所述第三滑块作为第三移动副的承导件，所述第三滑块固定连接在第三转动副上，所述第三直线导轨作为第三移动副的运动件，固定连接在所述第三连杆；当第三伺服电机工作，由于所述第三转动副与静平台相连接，故所述第三滑块不能相对静平台发生移动，所述第三丝杠带动第三连杆相对第三滑块发生移动，从而所述第三支链相对静平台发生移动；所述第四移动副包含第四滑块601、第四丝杠602、与第四滑块相配合的第四直线导轨603、第四连杆604以及驱动第四丝杠的第四伺服电机605，所述第四滑块作为第四移动副的承导件，所述第四滑块固定连接在第四转动副上，所述第四直线导轨作为第四移动副的运动件，固定连接在所述第四连杆；当第四伺服电机工作，由于所述第四转动副与静平台相连接，故所述第四滑块不能相对静平台发生移动，所述第四丝杠带动第四连杆相对第四滑块发生移动，从而所述第四支链相对静平台发生移动。
在本发明实施例中，本发明以所述静平台2作为机构机架、运动平台1作为输出部件，所述第一移动副P1、所述第二移动副P2、所述第三移动副P3以及所述第四移动副P4为机构的主动运动副，实现运动平台1相对静平台2在进动角ψ、章动角θ及高度z方向的两转动一平动运动输出。
在本发明实施例中，所述第一转动副R1的中心、第二转动副R2的中心、球副S的中心以及第三虎克铰U3的中心所形成的平面形状不受限制；所述第一虎克铰U1的中心、第二虎克铰U2的中心、第三转动副R3以及第四转动副R4的中心所形成的平面形状不受限制；优选的，所述第一转动副R1的中心、第二转动副R2的中心、球副S的中心以及第三虎克铰U3的中心以正方形分布在运动平台1上，所述第一虎克铰U1的中心、第二虎克铰U2的中心、第三转动副R3以及第四转动副R4的中心以正方形分布在静平台2上，其结构参数如下：
d1 d1min<d1<d1max d1min 110mm d1max 280mm
d2 d2min<d2<d2max d2min 110mm d2max 280mm
d3 d3min<d3<d3max d3min 110mm d3max 280mm
d4 d4min<d4<d4max d4min 110mm d4max 280mm
a 120mm b 70mm
表中，a表示所述第一转动副R1的中心、第二转动副R2的中心、球副S的中心以及第三虎克铰U3的中心所成正方形的外接圆半径；b表示第一虎克铰U1的中心、第二虎克铰U2的中心、第三转动副R3以及第四转动副R4的中心所成正方形的外接圆半径；d1表示第一转动副R1中心到第一虎克铰U1中心的距离；d2表示第二转动副R2中心到第二虎克铰U2中心的距离；d3表示球副S中心到第三转动副R3中心的距离；d4表示第三虎克铰U3中心到第四转动副R4中心的距离。
高度z表示所述第一转动副R1的中心、第二转动副R2的中心、球副S的中心以及第三虎克铰U3的中心所成正方形的外接圆的圆心与所述第一虎克铰U1的中心、第二虎克铰U2的中心、第三转动副R3以及第四转动副R4的中心所成正方形的外接圆的圆心之间的距离。
例如：以ψ＝0°，θ＝0°，z＝110mm作为机构的初始位姿，此时d1，d2，d3，d4分别为120.8mm，120.8mm，120.8mm，120.8mm。
(1)若以姿态ψ＝10°，θ＝15°，z＝130mm作为目标姿态，根据机构的逆运动学，可得d’1，d’2，d’3，d’4分别为132.7mm，155.4mm，113.3mm，171.9mm，由此可得第一移动副、所述第二移动副、所述第三移动副以及第四移动副的移动量Δd1＝11.9mm，Δd2＝34.6mm，Δd3＝-7.5mm，Δd4＝51.1mm。
(2)若以姿态ψ＝-15°，θ＝-30°，z＝160mm作为目标姿态，根据机构的逆运动学，可得d’1，d’2，d’3，d’4分别为209.5mm，174.7mm，247.1mm，129.3mm，由此可得第一移动副、所述第二移动副、所述第三移动副以及第四移动副的移动量Δd1＝88.7mm，Δd2＝53.9mm，Δd3＝126.3mm，Δd4＝8.5mm。
(3)若以姿态ψ＝10°，θ＝-25°，z＝200mm作为目标姿态，根据机构的逆运动学，可得d’1，d’2，d’3，d’4分别为214.7mm，238.4mm，274.1mm，174.3mm，由此可得第一移动副、所述第二移动副、所述第三移动副以及第四移动副的移动量Δd1＝93.9mm，Δd2＝117.6mm，Δd3＝153.3mm，Δd4＝53.5mm。
一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构的工作方法，按以下步骤进行：根据并联机构运动机理，在第一移动副、第二移动副、第三移动副、第四移动副的共同驱动下，唯一确定运动平台一个位姿，从而实现运动平台相对静平台两转动与一平动的动作。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的2R1T三自由度冗余驱动并联机构及其工作方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种2R1T三自由度冗余驱动并联机构，其特征在于：包括运动平台、静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链，所述运动平台经第一支链、第二支链、第三支链以及第四支链与静平台连接在一起，所述第一支链为UPR型运动支链，所述第二支链为UPR型运动支链，所述第三支链为RPS型运动支链，所述第四支链为RPU型运动支链；所述第一支链包含第一虎克铰、第一移动副以及第一转动副，所述第一虎克铰与静平台相连接，所述第一移动副作为机构的主动运动副，所述第一转动副与运动平台相连接；所述第二支链包含第二虎克铰、第二移动副以及第二转动副，所述第二虎克铰与静平台相连接，所述第二移动副作为机构的主动运动副，所述第二转动副与运动平台相连接；所述第三支链包含第三转动副、第三移动副以及球副，所述第三转动副与静平台相连接，所述第三移动副作为机构的主动运动副，所述球副与运动平台相连接；所述第四支链包含第四转动副、第四移动副以及第三虎克铰，所述第四转动副与静平台相连接，所述第四移动副作为机构的主动运动副，所述第三虎克铰与运动平台相连接。
2.根据权利要求1所述的2R1T三自由度冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第一虎克铰包含转动轴线
Figure FDA0003961189960000011
与转动轴线
Figure FDA0003961189960000012
所述转动轴线
Figure FDA0003961189960000013
与转动轴线
Figure FDA0003961189960000014
垂直相交；所述第二虎克铰包含转动轴线
Figure FDA0003961189960000015
与转动轴线
Figure FDA0003961189960000016
所述转动轴线
Figure FDA0003961189960000017
与转动轴线
Figure FDA0003961189960000018
垂直相交；所述转动轴线
Figure FDA0003961189960000019
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000110
重合，所述转动轴线
Figure FDA00039611899600000111
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000112
互相平行；所述第一转动副的转动轴线为
Figure FDA00039611899600000113
所述第二转动副的转动轴线为
Figure FDA00039611899600000114
所述转动轴线
Figure FDA00039611899600000115
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000116
互相平行，所述转动轴线
Figure FDA00039611899600000117
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000118
互相平行，所述转动轴线
Figure FDA00039611899600000119
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000120
互相平行；所述第三转动副的转动轴线为
Figure FDA00039611899600000121
所述转动轴线
Figure FDA00039611899600000122
平行于转动轴线
Figure FDA00039611899600000123
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000124
所述第三虎克铰包含转动轴线
Figure FDA00039611899600000125
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000126
所述转动轴线
Figure FDA00039611899600000127
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000128
垂直相交；所述第四转动副的转动轴线为
Figure FDA00039611899600000129
所述转动轴线
Figure FDA00039611899600000130
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000131
互相平行，所述转动轴线
Figure FDA00039611899600000132
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000133
互相平行，所述转动轴线
Figure FDA00039611899600000134
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000135
和转动轴线
Figure FDA00039611899600000136
平行；所述第一移动副的移动轴线为
Figure FDA00039611899600000137
所述移动轴线
Figure FDA00039611899600000138
垂直于转动轴线
Figure FDA00039611899600000139
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000140
所述第二移动副的移动轴线为
Figure FDA00039611899600000141
所述移动轴线
Figure FDA00039611899600000142
垂直于转动轴线
Figure FDA00039611899600000143
与转动轴线
Figure FDA00039611899600000144
所述第三移动副的移动轴线为
Figure FDA00039611899600000145
所述移动轴线
Figure FDA00039611899600000146
垂直于转动轴线
Figure FDA0003961189960000021
所述第四移动副的移动轴线为
Figure FDA0003961189960000022
所述移动轴线
Figure FDA0003961189960000023
垂直于转动轴线
Figure FDA0003961189960000024
和转动轴线
Figure FDA0003961189960000025
所述球副包含转动轴线
Figure FDA0003961189960000026
转动轴线
Figure FDA0003961189960000027
以及转动轴线
Figure FDA0003961189960000028
所述转动轴线
Figure FDA0003961189960000029
转动轴线
Figure FDA00039611899600000210
以及转动轴线
Figure FDA00039611899600000211
相交于一点且异面，所述的转动轴线
Figure FDA00039611899600000212
过转动轴线
Figure FDA00039611899600000213
和
Figure FDA00039611899600000214
的交点。
3.根据权利要求1所述的2R1T三自由度冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第一移动副、第二移动副、第三移动副以及第四移动副均采用丝杠滑台，所述第一移动副包含第一滑块、第一丝杠、与第一滑块相配合的第一直线导轨、第一连杆以及驱动第一丝杠的第一伺服电机，所述第一滑块作为第一移动副的承导件，所述第一滑块固定连接在第一虎克铰上，所述第一直线导轨作为第一移动副的运动件，固定连接在所述第一连杆；当第一伺服电机工作，由于所述第一虎克铰与静平台相连接，所述第一滑块不能相对静平台发生移动，所述第一丝杠带动第一连杆相对第一滑块发生移动，从而所述第一支链相对静平台发生移动。
4.根据权利要求1所述的2R1T三自由度冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第二移动副包含第二滑块、第二丝杠、与第二滑块相配合的第二直线导轨、第二连杆以及驱动第二丝杠的第二伺服电机，所述第二滑块作为第二移动副的承导件，所述第二滑块固定连接在第二虎克铰上，所述第二直线导轨作为第二移动副的运动件，固定连接在所述第二连杆；当第二伺服电机工作，由于所述第二虎克铰与静平台相连接，所述第二滑块不能相对静平台发生移动，所述第二丝杠带动第二连杆相对第二滑块发生移动，从而所述第二支链相对静平台发生移动。
5.根据权利要求1所述的2R1T三自由度冗余驱动并联机构，其特征在于：所述第三移动副包含第三滑块、第三丝杠、与第三滑块相配合的第三直线导轨、第三连杆以及驱动第三丝杠的第三伺服电机，所述第三滑块作为第三移动副的承导件，所述第三滑块固定连接在第三转动副上，所述第三直线导轨作为第三移动副的运动件，固定连接在所述第三连杆；当第三伺服电机工作，由于所述第三转动副与静平台相连接，故所述第三滑块不能相对静平台发生移动，所述第三丝杠带动第三连杆相对第三滑块发生移动，从而所述第三支链相对静平台发生移动；所述第四移动副包含第四滑块、第四丝杠、与第四滑块相配合的第四直线导轨、第四连杆以及驱动第四丝杠的第四伺服电机，所述第四滑块作为第四移动副的承导件，所述第四滑块固定连接在第四转动副上，所述第四直线导轨作为第四移动副的运动件，固定连接在所述第四连杆；当第四伺服电机工作，由于所述第四转动副与静平台相连接，故所述第四滑块不能相对静平台发生移动，所述第四丝杠带动第四连杆相对第四滑块发生移动，从而所述第四支链相对静平台发生移动。
6.一种如权利要求1-5任一所述的2R1T三自由度冗余驱动并联机构的工作方法，其特征在于，按以下步骤进行：根据并联机构运动机理，在第一移动副、第二移动副、第三移动副、第四移动副的共同驱动下，唯一确定运动平台一个位姿，从而实现运动平台相对静平台两转动与一平动的动作。
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