CN116852337A - 三支链空间四自由度并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及四自由度并联机构技术领域，尤其是一种三支链空间四自由度并联机构，包括静平台、混合支链、简单支链一、简单支链二和动平台；本发明具有一条空间子支链类型的混合支链及两条简单支链，形成含有三个回路的基本运动链，从而实现具有刚性好、精度高的优点，同时动平台在X轴和Y轴方向上的位移由单独的两个移动副控制，Z轴方向上的位移及绕Z轴方向的转动由四个移动副共同控制，因此，具有很好的部分运动解耦性，易得到符号式位置正解，从而利于该并联机构的运动控制、轨迹规划及动力学分析等，而且，动平台的三维位置工作空间大，转动能力强，支链之间也不容易产生干涉。

Description

三支链空间四自由度并联机构

技术领域

本发明涉及四自由度并联机构技术领域，尤其是一种三支链空间四自由度并联机构。

背景技术

三平移一转动并联机构在高速抓放、定位装配、搬运、分拣、上下料等工艺上发挥了很好的作用；而具有三平移一转动功能的并联机构，在需要调整工件姿态的场合下，更是不可缺少，现有技术中也公开了诸多的三平移一转动并联机构，例如：

YANG S F，SUN T，HUANG T.Type synthesis of parallel mechanisms having3T1R motion with variable rotational axis[J].Mechanism and Machine Theory，2017，109：220-230；

KIM S M，KIM W，YI B J.Kinematic analysis and optimal design of a 3T1Rtype parallel mechanism[C].IEEE International Conference on Robotics andAutomation，2009：2199-2204；

沈惠平，许正骁，许可，等.低耦合度且部分解耦的3T1R并联机构设计与分析[J].农业机械学报，2019，50(2)：373～383，419；

朱小蓉，胡旸，沈惠平，等.3T1R并联机构降耦设计与分析[J].农业机械学报，2018，49(12)：393～401；

赵智龙.面向协同装配的3T1R并联机构分析、优化与轨迹规划研究[D].哈尔滨工业大学，2021；

然而，已有的三平移一转动并联机构其刚性与运动解耦性很难兼容，刚性好的三平移一转动并联机构往往其位置符号正解难求及运动解耦性欠好。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的不足，现提供一种三支链空间四自由度并联机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三支链空间四自由度并联机构，包括静平台、混合支链、简单支链一、简单支链二和动平台；

所述混合支链包含分支链一、分支链二和转动副七，所述分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一、转动副一、转动副二及转动副三组成；所述分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二、转动副四、转动副五及转动副六组成；所述转动副三通过与其同轴设置的输出杆与转动副六连接，所述输出杆上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七，且转动副三的轴线和转动副六的轴线均与转动副七的轴线垂直；

所述简单支链一由移动副三、转动副八、转动副九、转动副十和转动副十一依次串联组成，所述移动副三的轴线与转动副八的轴线垂直，所述转动副八的轴线与转动副九的轴线平行，所述转动副十的轴线和转动副十一的轴线平行，所述转动副九的轴线与转动副十的轴线垂直；

所述简单支链二由移动副四、转动副十二、转动副十三、转动副十四和转动副十五依次串联组成，所述移动副四的轴线与转动副十二的轴线垂直，所述转动副十二的轴线与转动副十三的轴线平行，所述转动副十四的轴线和转动副十五的轴线平行，所述转动副十三的轴线与转动副十四的轴线垂直；

所述转动副七、转动副十一及转动副十五均与动平台连接，所述转动副七的轴线、转动副十一的轴线及转动副十五的轴线相互平行；

所述移动副一、移动副二、移动副三及移动副四均设置在静平台上，所述移动副一的轴线垂直于移动副二的轴线，所述移动副三的轴线平行于移动副一的轴线，所述移动副四的轴线平行于移动副二的轴线。

进一步地，所述移动副一、移动副二、移动副三及移动副四为驱动副时，动平台可以实现空间三维移动和绕转动副七轴线一维转动的输出运动；

所述移动副一的轴线和移动副三的轴线均与Y轴方向平行，所述移动副二轴线和移动副四的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

所述移动副一的输入决定了动平台在Y轴方向上的位移；

所述移动副二的输入决定了动平台在X轴方向上的位移；

所述动平台在Z轴方向上的位移及绕转动副七轴线的转动，需要由移动副一的输入、移动副二的输入、移动副三的输入及移动副四的输入共同决定。

本发明还提一种三支链空间四自由度并联机构，包括静平台、混合支链、简单支链一、简单支链二和动平台；

所述混合支链包含分支链一、分支链二和转动副七，所述分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一、转动副一、转动副二及转动副三组成；所述分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二、转动副四、转动副五及转动副六组成；所述转动副三通过与其同轴设置的输出杆与转动副六连接，所述输出杆上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七，且转动副三的轴线和转动副六的轴线均与转动副七的轴线垂直；

所述简单支链一由移动副三、转动副八、转动副九、转动副十和转动副十一依次串联组成，所述移动副三的轴线与转动副八的轴线垂直，所述转动副八的轴线与转动副九的轴线平行，所述转动副十的轴线和转动副十一的轴线平行，所述转动副九的轴线与转动副十的轴线垂直；

所述简单支链二由移动副四、转动副十二、转动副十三和球副一依次串联组成，所述移动副四的轴线、转动副十二的轴线及转动副十三的轴线相互平行；

所述转动副七、转动副十一及球副一均与动平台连接，所述转动副七的轴线及转动副十一的轴线平行；

所述移动副一、移动副二、移动副三及移动副四均设置在静平台上，所述移动副一的轴线垂直于移动副二的轴线，所述移动副三的轴线平行于移动副一的轴线，所述移动副四的轴线平行于移动副二的轴线。

进一步地，所述移动副一、移动副二、移动副三及移动副四为驱动副时，动平台可以实现空间三维移动和绕转动副七轴线一维转动的输出运动；

所述移动副一的轴线和移动副三的轴线均与Y轴方向平行，所述移动副二轴线和移动副四的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

所述移动副一的输入决定了动平台在Y轴方向上的位移；

所述移动副二的输入决定了动平台在X轴方向上的位移；

所述动平台在Z轴方向上的位移及绕转动副七轴线的转动，需要由移动副一的输入、移动副二的输入、移动副三的输入及移动副四的输入共同决定。

本发明还提供一种三支链空间四自由度并联机构，包括静平台、混合支链、简单支链一、简单支链二和动平台；

所述混合支链包含分支链一、分支链二和转动副七，所述分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一、转动副一、转动副二及转动副三组成；所述分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二、转动副四、转动副五及转动副六组成；所述转动副三通过与其同轴设置的输出杆与转动副六连接，所述输出杆上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七，且转动副三的轴线和转动副六的轴线均与转动副七的轴线垂直；

所述简单支链一由移动副三、转动副八、转动副九、转动副十和转动副十一依次串联组成，所述移动副三的轴线、转动副八的轴线及转动副九的轴线相互平行，所述转动副十的轴线和转动副十一的轴线平行，所述转动副九的轴线与转动副十的轴线垂直；

所述简单支链二由移动副四、转动副十二、转动副十三、转动副十四和转动副十五依次串联组成，所述移动副四的轴线、转动副十二的轴线与转动副十三的轴线相互平行，所述转动副十四的轴线和转动副十五的轴线平行，所述转动副十三的轴线与转动副十四的轴线垂直；

所述转动副七、转动副十一及转动副十五均与动平台连接，所述转动副七的轴线、转动副十一的轴线及转动副十五的轴线相互平行；

所述移动副一、移动副二、移动副三及移动副四均设置在静平台上，所述移动副一的轴线垂直于移动副二的轴线，所述移动副三的轴线平行于移动副一的轴线，所述移动副四的轴线平行于移动副二的轴线。

进一步地，所述移动副一、移动副二、移动副三及移动副四为驱动副时，动平台可以实现空间三维移动和绕转动副七轴线一维转动的输出运动；

所述移动副一的轴线和移动副三的轴线均与Y轴方向平行，所述移动副二轴线和移动副四的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

所述移动副一的输入决定了动平台在Y轴方向上的位移；

所述移动副二的输入决定了动平台在X轴方向上的位移；

所述动平台在Z轴方向上的位移及绕转动副七轴线的转动，需要由移动副一的输入、移动副二的输入、移动副三的输入及移动副四的输入共同决定。

本发明还提供一种三支链空间四自由度并联机构，包括静平台、混合支链、简单支链一、简单支链二和动平台；

所述混合支链包含分支链一、分支链二和转动副七，所述分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一、转动副一、转动副二及转动副三组成；所述分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二、转动副四、转动副五及转动副六组成；所述转动副三通过与其同轴设置的输出杆与转动副六连接，所述输出杆上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七，且转动副三的轴线和转动副六的轴线均与转动副七的轴线垂直；

所述简单支链一由移动副三、转动副八、转动副九和球副二依次串联组成，所述移动副三的轴线、转动副八的轴线及转动副九的轴线相互平行；

所述简单支链二由移动副四、转动副十二、转动副十三和球副一依次串联组成，所述移动副四的轴线、转动副十二的轴线与转动副十三的轴线相互平行；

所述转动副七、球副二及球副一均与动平台连接；

所述移动副一、移动副二、移动副三及移动副四均设置在静平台上，所述移动副一的轴线垂直于移动副二的轴线，所述移动副三的轴线平行于移动副一的轴线，所述移动副四的轴线平行于移动副二的轴线。

进一步地，所述移动副一、移动副二、移动副三及移动副四为驱动副时，动平台可以实现空间三维移动和绕转动副七轴线一维转动的输出运动；

所述移动副一的轴线和移动副三的轴线均与Y轴方向平行，所述移动副二轴线和移动副四的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

所述移动副一的输入决定了动平台在Y轴方向上的位移；

所述移动副二的输入决定了动平台在X轴方向上的位移；

所述动平台在Z轴方向上的位移及绕转动副七轴线的转动，需要由移动副一的输入、移动副二的输入、移动副三的输入及移动副四的输入共同决定。

本发明的有益效果是：本发明的三支链空间四自由度并联机构具有一条空间子支链类型的混合支链及两条简单支链，形成含有三个回路的基本运动链，从而实现具有刚性好、精度高的优点，同时动平台在X轴和Y轴方向上的位移由单独的两个移动副控制，Z轴方向上的位移及绕Z轴方向的转动由四个移动副共同控制，因此，具有很好的部分运动解耦性，易得到符号式位置正解，从而利于该并联机构的运动控制、轨迹规划及动力学分析等，而且，动平台的三维位置工作空间大，转动能力强，支链之间也不容易产生干涉。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是实施例1的示意图；

图2是实施例2的示意图；

图3是实施例3的示意图；

图4是实施例4的示意图。

图中：0、静平台，1、动平台，2、输出杆；

R₁₂、转动副一，R₁₃、转动副二，R₁₄、转动副三，R₁₅、转动副七；R₂₂、转动副四，R₂₃、转动副五，R₂₄、转动副六；R₃₂、转动副八，R₃₃、转动副九，R₃₄、转动副十，R₃₅、转动副十一，R₄₂、转动副十二，R₄₃、转动副十三，R₄₄、转动副十四，R₄₅、转动副十五；S₃₄、球副二，S₄₄、球副一。

P₁₁、移动副一，P₂₁、移动副二，P₃₁、移动副三，P₄₁、移动副四；

I、混合支链，Ⅱ、简单支链一，III、简单支链二。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。

如图1所示，一种三支链空间四自由度并联机构，包括静平台0、混合支链I、简单支链一Ⅱ、简单支链二III和动平台1；

混合支链I包含分支链一、分支链二和转动副七R₁₅，分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一P₁₁、转动副一R₁₂、转动副二R₁₃及转动副三R₁₄组成，移动副一P₁₁的轴线表示移动副一P₁₁的移动方向，即是移动副一P₁₁的移动方向、转动副一R₁₂的轴线、转动副二R₁₃的轴线及转动副三R₁₄的轴线相互平行；分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二P₂₁、转动副四R₂₂、转动副五R₂₃及转动副六R₂₄组成，移动副二P₂₁的轴线表示移动副二P₂₁的移动方向，即是移动副二P₂₁的移动方向、转动副四R₂₂的轴线、转动副五R₂₃的轴线及转动副六R₂₄的轴线相互平行；转动副三R₁₄通过输出杆2与转动副六R₂₄连接，转动副三R₁₄与输出杆2同轴设置，输出杆2上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七R₁₅，且转动副三R₁₄的轴线和转动副六R₂₄的轴线均与转动副七R₁₅的轴线垂直；

简单支链一Ⅱ由移动副三P₃₁、转动副八R₃₂、转动副九R₃₃、转动副十R₃₄和转动副十一R₃₅依次串联组成，移动副三P₃₁的轴线表示移动副三P₃₁的移动方向，移动副三P₃₁的轴线与转动副八R₃₂的轴线垂直，转动副八R₃₂的轴线与转动副九R₃₃的轴线平行，移动副三P₃₁的轴线、转动副八R₃₂的轴线及转动副九R₃₃的轴线均同时垂直于转动副十R₃₄的轴线和转动副十一R₃₅的轴线，转动副十R₃₄的轴线平行于转动副十一R₃₅的轴线；

简单支链二III由移动副四P₄₁、转动副十二R₄₂、转动副十三R₄₃、转动副十四R₄₄和转动副十五R₄₅依次串联组成，移动副四P₄₁的轴线表示移动副四P₄₁的移动方向，移动副四P₄₁的轴线与转动副十二,R₄₂的轴线垂直，转动副十二R₄₂的轴线与转动副十三R₄₃的轴线平行，转动副十四R₄₄的轴线平行于转动副十五R₄₅的轴线，移动副四P₄₁的轴线、转动副十二R₄₂的轴线及转动副十三R₄₃的轴线均同时垂直于转动副十四R₄₄的轴线和转动副十五R₄₅的轴线；

动平台1具有呈三角形分布的第一端、第二端和第三端，转动副七R₁₅连接于动平台1的第一端，转动副十一R₃₅连接于动平台1的第二端，转动副十五R₄₅连接于动平台1的第三端，转动副七R₁₅的轴线、转动副十一R₃₅的轴线及转动副十五R₄₅的轴线相互平行，同时，转动副七R₁₅的轴线、转动副十一R₃₅的轴线及转动副十五R₄₅的轴线均在铅锤方向上；混合支链I的末端构件能产生三维移动和绕转动副七R₁₅轴线的一维转动，混合支链I的末端构件为动平台1与转动副七R₁₅的连接处；

移动副一P₁₁、移动副二P₂₁、移动副三P₃₁及移动副四P₄₁均设置在静平台0上，移动副一P₁₁的轴线垂直于移动副二P₂₁的轴线，移动副三P₃₁的轴线平行于移动副一P₁₁的轴线，移动副四P₄₁的轴线平行于移动副二P₂₁的轴线。

在一些示例中，移动副一P₁₁、移动副二P₂₁、移动副三P₃₁及移动副四P₄₁为驱动副时，动平台1可以实现空间三维移动和绕转动副七R₁₅轴线一维转动的输出运动；

移动副一P₁₁的轴线和移动副三P₃₁的轴线均与Y轴方向平行，移动副二P₂₁轴线和移动副四P₄₁的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

移动副一P₁₁的输入为移动副一P₁₁沿Y轴方向的位移，移动副二P₂₁的输入为移动副二P₂₁沿X轴方向的位移，移动副三P₃₁的输入为移动副三P₃₁沿Y轴方向的位移，移动副四P₄₁的输入为移动副四P₄₁沿Y轴方向的位移；

移动副一P₁₁的输入决定了动平台1在Y轴方向上的位移；

移动副二P₂₁的输入决定了动平台1在X轴方向上的位移；

动平台1在Z轴方向上的位移及绕转动副七R₁₅轴线(绕Z轴方向)的转动，需要由移动副一P₁₁的输入、移动副二P₂₁的输入、移动副三P₃₁的输入及移动副四P₄₁的输入共同决定。

该三支链空间四自由度并联机构包括一个含有3个回路的基本运动链，即BKC(1，0，-1)，耦合度为1，刚性好；且具有运动解耦性及符号式位置正解。

本实施例的三支链空间四自由度并联机构具有一条空间子支链类型的混合支链I及两条简单支链，形成含有三个回路的基本运动链，从而实现具有刚性好、精度高的优点，同时动平台1在X轴和Y轴方向上的位移由单独的两个移动副控制，Z轴方向上的位移及绕Z轴方向的转动由四个移动副共同控制，因此，具有很好的部分运动解耦性，易得到符号式位置正解，从而利于该并联机构的运动控制、轨迹规划及动力学分析等，而且，动平台1的三维位置工作空间大，转动能力强，支链之间也不容易产生干涉。

实施例2

如图2所示，一种三支链空间四自由度并联机构，包括静平台0、混合支链I、简单支链一Ⅱ、简单支链二III和动平台1；

混合支链I包含分支链一、分支链二和转动副七R₁₅，分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一P₁₁、转动副一R₁₂、转动副二R₁₃及转动副三R₁₄组成，移动副一P₁₁的轴线表示移动副一P₁₁的移动方向，即是移动副一P₁₁的移动方向、转动副一R₁₂的轴线、转动副二R₁₃的轴线及转动副三R₁₄的轴线相互平行；分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二P₂₁、转动副四R₂₂、转动副五R₂₃及转动副六R₂₄组成，移动副二P₂₁的轴线表示移动副二P₂₁的移动方向，即是移动副二P₂₁的移动方向、转动副四R₂₂的轴线、转动副五R₂₃的轴线及转动副六R₂₄的轴线相互平行；转动副三R₁₄通过输出杆2与转动副六R₂₄连接，转动副三R₁₄与输出杆2同轴设置，输出杆2上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七R₁₅，且转动副三R₁₄的轴线和转动副六R₂₄的轴线均与转动副七R₁₅的轴线垂直；

简单支链一Ⅱ由移动副三P₃₁、转动副八R₃₂、转动副九R₃₃、转动副十R₃₄和转动副十一R₃₅依次串联组成，移动副三P₃₁的轴线表示移动副三P₃₁的移动方向，移动副三P₃₁的轴线与转动副八R₃₂的轴线垂直，转动副八R₃₂的轴线与转动副九R₃₃的轴线平行，移动副三P₃₁的轴线、转动副八R₃₂的轴线及转动副九R₃₃的轴线均同时垂直于转动副十R₃₄的轴线和转动副十一R₃₅的轴线，转动副十R₃₄的轴线和转动副十一R₃₅的轴线；

简单支链二III由移动副四P₄₁、转动副十二R₄₂、转动副十三R₄₃和球副一S₄₄依次串联组成，移动副四P₄₁的轴线、转动副十二R₄₂的轴线及转动副十三R₄₃的轴线相互平行；

转动副七R₁₅、转动副十一R₃₅及球副一S₄₄均与动平台1连接，具体的，动平台1具有呈三角形分布的第一端、第二端和第三端，转动副七R₁₅连接于动平台1的第一端，转动副十一R₃₅连接于动平台1的第二端，球副一S₄₄连接于动平台1的第三端，转动副七R₁₅的轴线及转动副十一R₃₅的轴线平行，转动副十一R₃₅的轴线位于铅锤方向上；

移动副一P₁₁、移动副二P₂₁、移动副三P₃₁及移动副四P₄₁均设置在静平台0上，移动副一P₁₁的轴线垂直于移动副二P₂₁的轴线，移动副三P₃₁的轴线平行于移动副一P₁₁的轴线，移动副四P₄₁的轴线平行于移动副二P₂₁的轴线。

在一些示例中，移动副一P₁₁、移动副二P₂₁、移动副三P₃₁及移动副四P₄₁为驱动副时，动平台1可以实现空间三维移动和绕转动副七R₁₅轴线一维转动的输出运动；

移动副一P₁₁的轴线和移动副三P₃₁的轴线均与Y轴方向平行，移动副二P₂₁轴线和移动副四P₄₁的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

移动副一P₁₁的输入为移动副一P₁₁沿Y轴方向的位移，移动副二P₂₁的输入为移动副二P₂₁沿X轴方向的位移，移动副三P₃₁的轴线表示移动副三P₃₁的移动方向，移动副三P₃₁的输入为移动副三P₃₁沿Y轴方向的位移，移动副四P₄₁的轴线表示移动副四P₄₁的移动方向，移动副四P₄₁的输入为移动副四P₄₁沿Y轴方向的位移；

移动副一P₁₁的输入决定了动平台1在Y轴方向上的位移；

移动副二P₂₁的输入决定了动平台1在X轴方向上的位移；

动平台1在Z轴方向上的位移及绕转动副七R₁₅轴线(绕Z轴方向)的转动，需要由移动副一P₁₁的输入、移动副二P₂₁的输入、移动副三P₃₁的输入及移动副四P₄₁的输入共同决定。

该三支链空间四自由度并联机构包括一个含有3个回路的基本运动链，即BKC(1，0，-1)，耦合度为1，刚性好；且具有运动解耦性及符号式位置正解。

本实施例的三支链空间四自由度并联机构具有一条空间子支链类型的混合支链I及两条简单支链，形成含有三个回路的基本运动链，从而实现具有刚性好、精度高的优点，同时动平台1在X轴和Y轴方向上的位移由单独的两个移动副控制，Z轴方向上的位移及绕Z轴方向的转动由四个移动副共同控制，因此，具有很好的部分运动解耦性，易得到符号式位置正解，从而利于该并联机构的运动控制、轨迹规划及动力学分析等，而且，动平台1的三维位置工作空间大，转动能力强，支链之间也不容易产生干涉。

实施例3

如图3所示，一种三支链空间四自由度并联机构，包括静平台0、混合支链I、简单支链一Ⅱ、简单支链二III和动平台1；

混合支链I包含分支链一、分支链二和转动副七R₁₅，分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一P₁₁、转动副一R₁₂、转动副二R₁₃及转动副三R₁₄组成，移动副一P₁₁的轴线表示移动副一P₁₁的移动方向，即是移动副一P₁₁的移动方向、转动副一R₁₂的轴线、转动副二R₁₃的轴线及转动副三R₁₄的轴线相互平行；分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二P₂₁、转动副四R₂₂、转动副五R₂₃及转动副六R₂₄组成，移动副二P₂₁的轴线表示移动副二P₂₁的移动方向，即是移动副二P₂₁的移动方向、转动副四R₂₂的轴线、转动副五R₂₃的轴线及转动副六R₂₄的轴线相互平行；转动副三R₁₄通过输出杆2与转动副六R₂₄连接，转动副三R₁₄与输出杆2同轴设置，输出杆2上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七R₁₅，且转动副三R₁₄的轴线和转动副六R₂₄的轴线均与转动副七R₁₅的轴线垂直；

简单支链一Ⅱ由移动副三P₃₁、转动副八R₃₂、转动副九R₃₃、转动副十R₃₄和转动副十一R₃₅依次串联组成，移动副三P₃₁的轴线表示移动副三P₃₁的移动方向，移动副三P₃₁的轴线、转动副八R₃₂的轴线及转动副九R₃₃的轴线相互平行，转动副十R₃₄的轴线和转动副十一R₃₅的轴线平行，转动副十R₃₄的轴线和转动副十一R₃₅的轴线均同时垂直于移动副三P₃₁的轴线、转动副八R₃₂的轴线及转动副九R₃₃的轴线；

简单支链二III由移动副四P₄₁、转动副十二R₄₂、转动副十三R₄₃、转动副十四R₄₄和转动副十五R₄₅依次串联组成，移动副四P₄₁的轴线、转动副十二R₄₂的轴线与转动副十三R₄₃的轴线彼此平行，转动副十四R₄₄的轴线平行于转动副十五R₄₅的轴线，转动副十四R₄₄的轴线和转动副十五R₄₅的轴线均同时垂直于移动副四P₄₁的轴线、转动副十二R₄₂的轴线与转动副十三R₄₃的轴线；

转动副七R₁₅、转动副十一R₃₅及转动副十五R₄₅均与动平台1连接；例如，动平台1具有呈三角形分布的第一端、第二端和第三端，转动副七R₁₅连接于动平台1的第一端，转动副十一R₃₅连接于动平台1的第二端，转动副十五R₄₅连接于动平台1的第三端；转动副七R₁₅的轴线、转动副十一R₃₅的轴线及转动副十五R₄₅的轴线相互平行，具体地，转动副七R₁₅的轴线、转动副十一R₃₅的轴线及转动副十五R₄₅的轴线均在铅锤方向上；

移动副一P₁₁、移动副二P₂₁、移动副三P₃₁及移动副四P₄₁均设置在静平台0上，移动副一P₁₁的轴线垂直于移动副二P₂₁的轴线，移动副三P₃₁的轴线平行于移动副一P₁₁的轴线，移动副四P₄₁的轴线平行于移动副二P₂₁的轴线。

在一些示例中，移动副一P₁₁、移动副二P₂₁、移动副三P₃₁及移动副四P₄₁为驱动副时，动平台1可以实现空间三维移动和绕转动副七R₁₅轴线一维转动的输出运动；

移动副一P₁₁的轴线和移动副三P₃₁的轴线均与Y轴方向平行，移动副二P₂₁轴线和移动副四P₄₁的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

移动副一P₁₁的输入为移动副一P₁₁沿Y轴方向的位移，移动副二P₂₁的输入为移动副二P₂₁沿X轴方向的位移，移动副三P₃₁的输入为移动副三P₃₁沿Y轴方向的位移，移动副四P₄₁的输入为移动副四P₄₁沿Y轴方向的位移；

移动副一P₁₁的输入决定了动平台1在Y轴方向上的位移；

移动副二P₂₁的输入决定了动平台1在X轴方向上的位移；

动平台1在Z轴方向上的位移及绕转动副七R₁₅轴线(绕Z轴方向)的转动，需要由移动副一P₁₁的输入、移动副二P₂₁的输入、移动副三P₃₁的输入及移动副四P₄₁的输入共同决定。

该三支链空间四自由度并联机构包括一个含有3个回路的基本运动链，即BKC(1，0，-1)，耦合度为1，刚性好；且具有运动解耦性及符号式位置正解。

本实施例的三支链空间四自由度并联机构具有一条空间子支链类型的混合支链I及两条简单支链，形成含有三个回路的基本运动链，从而实现具有刚性好、精度高的优点，同时动平台1在X轴和Y轴方向上的位移由单独的两个移动副控制，Z轴方向上的位移及绕Z轴方向的转动由四个移动副共同控制，因此，具有很好的部分运动解耦性，易得到符号式位置正解，从而利于该并联机构的运动控制、轨迹规划及动力学分析等，而且，动平台1的三维位置工作空间大，转动能力强，支链之间也不容易产生干涉。

实施例4

如图4所示，一种三支链空间四自由度并联机构，包括静平台0、混合支链I、简单支链一Ⅱ、简单支链二III和动平台1；

混合支链I包含分支链一、分支链二和转动副七R₁₅，分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一P₁₁、转动副一R₁₂、转动副二R₁₃及转动副三R₁₄组成，移动副一P₁₁的轴线表示移动副一P₁₁的移动方向，即是移动副一P₁₁的移动方向、转动副一R₁₂的轴线、转动副二R₁₃的轴线及转动副三R₁₄的轴线相互平行；分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二P₂₁、转动副四R₂₂、转动副五R₂₃及转动副六R₂₄组成，移动副二P₂₁的轴线表示移动副二P₂₁的移动方向，即是移动副二P₂₁的移动方向、转动副四R₂₂的轴线、转动副五R₂₃的轴线及转动副六R₂₄的轴线相互平行；转动副三R₁₄通过输出杆2与转动副六R₂₄连接，转动副三R₁₄与输出杆2同轴设置，输出杆2上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七R₁₅，且转动副三R₁₄的轴线和转动副六R₂₄的轴线均与转动副七R₁₅的轴线垂直；

简单支链一Ⅱ由移动副三P₃₁、转动副八R₃₂、转动副九R₃₃、转动副十R₃₄和转动副十一R₃₅依次串联组成，移动副三P₃₁的轴线表示移动副三P₃₁的移动方向，移动副三P₃₁的轴线与转动副八R₃₂的轴线垂直，转动副八R₃₂的轴线与转动副九R₃₃的轴线平行，移动副三P₃₁的轴线、转动副八R₃₂的轴线及转动副九R₃₃的轴线均同时垂直于转动副十R₃₄的轴线和转动副十一R₃₅的轴线，转动副十R₃₄的轴线平行于转动副十一R₃₅的轴线；

简单支链一Ⅱ由移动副三P₃₁、转动副八R₃₂、转动副九R₃₃和球副二S₃₄依次串联组成，移动副三P₃₁的轴线、转动副八R₃₂的轴线及转动副九R₃₃的轴线相互平行；

简单支链二III由移动副四P₄₁、转动副十二R₄₂、转动副十三R₄₃和球副一S₄₄依次串联组成，移动副四P₄₁的轴线、转动副十二R₄₂的轴线与转动副十三R₄₃的轴线相互平行；

转动副七R₁₅、球副二S₃₄及球副一S₄₄均与动平台1连接，动平台1具有呈三角形分布的第一端、第二端和第三端，转动副七R₁₅连接于动平台1的第一端，球副二S₃₄连接于动平台1的第二端，球副一S₄₄连接于动平台1的第三端，；

移动副一P₁₁、移动副二P₂₁、移动副三P₃₁及移动副四P₄₁均设置在静平台0上，移动副一P₁₁的轴线垂直于移动副二P₂₁的轴线，移动副三P₃₁的轴线平行于移动副一P₁₁的轴线，移动副四P₄₁的轴线平行于移动副二P₂₁的轴线。

移动副一P₁₁、移动副二P₂₁、移动副三P₃₁及移动副四P₄₁为驱动副时，动平台1可以实现空间三维移动和绕转动副七R₁₅轴线一维转动的输出运动；

移动副一P₁₁的轴线和移动副三P₃₁的轴线均与Y轴方向平行，移动副二P₂₁轴线和移动副四P₄₁的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

移动副一P₁₁的输入为移动副一P₁₁沿Y轴方向的位移，移动副二P₂₁的输入为移动副二P₂₁沿X轴方向的位移，移动副三P₃₁的轴线与移动副三P₃₁的移动方向一致，移动副三P₃₁的输入为移动副三P₃₁沿Y轴方向的位移，移动副四P₄₁的轴线与移动副四P₄₁的移动方向一致，移动副四P₄₁的输入为移动副四P₄₁沿Y轴方向的位移；

移动副一P₁₁的输入决定了动平台1在Y轴方向上的位移；

移动副二P₂₁的输入决定了动平台1在X轴方向上的位移；

动平台1在Z轴方向上的位移及绕转动副七R₁₅轴线(绕Z轴方向)的转动，需要由移动副一P₁₁的输入、移动副二P₂₁的输入、移动副三P₃₁的输入及移动副四P₄₁的输入共同决定。

该三支链空间四自由度并联机构包括一个含有3个回路的基本运动链，即BKC(1，0，-1)，耦合度为1，刚性好；且具有运动解耦性及符号式位置正解。

本实施例的三支链空间四自由度并联机构具有一条空间子支链类型的混合支链I及两条简单支链，形成含有三个回路的基本运动链，从而实现具有刚性好、精度高的优点，同时动平台1在X轴和Y轴方向上的位移由单独的两个移动副控制，Z轴方向上的位移及绕Z轴方向的转动由四个移动副共同控制，因此，具有很好的部分运动解耦性，易得到符号式位置正解，从而利于该并联机构的运动控制、轨迹规划及动力学分析等，而且，动平台1的三维位置工作空间大，转动能力强，支链之间也不容易产生干涉。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种三支链空间四自由度并联机构，其特征在于：包括静平台(0)、混合支链(I)、简单支链一(Ⅱ)、简单支链二(III)和动平台(1)；

所述混合支链(I)包含分支链一、分支链二和转动副七(R₁₅)，所述分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一(P₁₁)、转动副一(R₁₂)、转动副二(R₁₃)及转动副三(R₁₄)组成；所述分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二(P₂₁)、转动副四(R₂₂)、转动副五(R₂₃)及转动副六(R₂₄)组成；所述转动副三(R₁₄)通过与其同轴设置的输出杆(2)与转动副六(R₂₄)连接，所述输出杆(2)上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七(R₁₅)，且转动副三(R₁₄)的轴线和转动副六(R₂₄)的轴线均与转动副七(R₁₅)的轴线垂直；

所述简单支链一(Ⅱ)由移动副三(P₃₁)、转动副八(R₃₂)、转动副九(R₃₃)、转动副十(R₃₄)和转动副十一(R₃₅)依次串联组成，所述移动副三(P₃₁)的轴线与转动副八(R₃₂)的轴线垂直，所述转动副八(R₃₂)的轴线与转动副九(R₃₃)的轴线平行，所述转动副十(R₃₄)的轴线和转动副十一(R₃₅)的轴线平行，所述转动副九(R₃₃)的轴线与转动副十(R₃₄)的轴线垂直；

所述简单支链二(III)由移动副四(P₄₁)、转动副十二(R₄₂)、转动副十三(R₄₃)、转动副十四(R₄₄)和转动副十五(R₄₅)依次串联组成，所述移动副四(P₄₁)的轴线与转动副十二(R₄₂)的轴线垂直，所述转动副十二(R₄₂)的轴线与转动副十三(R₄₃)的轴线平行，所述转动副十四(R₄₄)的轴线和转动副十五(R₄₅)的轴线平行，所述转动副十三(R₄₃)的轴线与转动副十四(R₄₄)的轴线垂直；

所述转动副七(R₁₅)、转动副十一(R₃₅)及转动副十五(R₄₅)均与动平台(1)连接，所述转动副七(R₁₅)的轴线、转动副十一(R₃₅)的轴线及转动副十五(R₄₅)的轴线相互平行；

所述移动副一(P₁₁)、移动副二(P₂₁)、移动副三(P₃₁)及移动副四(P₄₁)均设置在静平台(0)上，所述移动副一(P₁₁)的轴线垂直于移动副二(P₂₁)的轴线，所述移动副三(P₃₁)的轴线平行于移动副一(P₁₁)的轴线，所述移动副四(P₄₁)的轴线平行于移动副二(P₂₁)的轴线。

2.根据权利要求1所述的三支链空间四自由度并联机构，其特征在于：所述移动副一(P₁₁)、移动副二(P₂₁)、移动副三(P₃₁)及移动副四(P₄₁)为驱动副时，动平台(1)可以实现空间三维移动和绕转动副七(R₁₅)轴线一维转动的输出运动；

所述移动副一(P₁₁)的轴线和移动副三(P₃₁)的轴线均与Y轴方向平行，所述移动副二(P₂₁)轴线和移动副四(P₄₁)的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

所述移动副一(P₁₁)的输入决定了动平台(1)在Y轴方向上的位移；

所述移动副二(P₂₁)的输入决定了动平台(1)在X轴方向上的位移；

所述动平台(1)在Z轴方向上的位移及绕转动副七(R₁₅)轴线的转动，需要由移动副一(P₁₁)的输入、移动副二(P₂₁)的输入、移动副三(P₃₁)的输入及移动副四(P₄₁)的输入共同决定。

3.一种三支链空间四自由度并联机构，其特征在于：包括静平台(0)、混合支链(I)、简单支链一(Ⅱ)、简单支链二(III)和动平台(1)；

所述混合支链(I)包含分支链一、分支链二和转动副七(R₁₅)，所述分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一(P₁₁)、转动副一(R₁₂)、转动副二(R₁₃)及转动副三(R₁₄)组成；所述分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二(P₂₁)、转动副四(R₂₂)、转动副五(R₂₃)及转动副六(R₂₄)组成；所述转动副三(R₁₄)通过与其同轴设置的输出杆(2)与转动副六(R₂₄)连接，所述输出杆(2)上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七(R₁₅)，且转动副三(R₁₄)的轴线和转动副六(R₂₄)的轴线均与转动副七(R₁₅)的轴线垂直；

所述简单支链一(Ⅱ)由移动副三(P₃₁)、转动副八(R₃₂)、转动副九(R₃₃)、转动副十(R₃₄)和转动副十一(R₃₅)依次串联组成，所述移动副三(P₃₁)的轴线与转动副八(R₃₂)的轴线垂直，所述转动副八(R₃₂)的轴线与转动副九(R₃₃)的轴线平行，所述转动副十(R₃₄)的轴线和转动副十一(R₃₅)的轴线平行，所述转动副九(R₃₃)的轴线与转动副十(R₃₄)的轴线垂直；

所述简单支链二(III)由移动副四(P₄₁)、转动副十二(R₄₂)、转动副十三(R₄₃)和球副一(S₄₄)依次串联组成，所述移动副四(P₄₁)的轴线、转动副十二(R₄₂)的轴线及转动副十三(R₄₃)的轴线相互平行；

所述转动副七(R₁₅)、转动副十一(R₃₅)及球副一(S₄₄)均与动平台(1)连接，所述转动副七(R₁₅)的轴线及转动副十一(R₃₅)的轴线平行；

所述移动副一(P₁₁)、移动副二(P₂₁)、移动副三(P₃₁)及移动副四(P₄₁)均设置在静平台(0)上，所述移动副一(P₁₁)的轴线垂直于移动副二(P₂₁)的轴线，所述移动副三(P₃₁)的轴线平行于移动副一(P₁₁)的轴线，所述移动副四(P₄₁)的轴线平行于移动副二(P₂₁)的轴线。

4.根据权利要求3所述的三支链空间四自由度并联机构，其特征在于：所述移动副一(P₁₁)、移动副二(P₂₁)、移动副三(P₃₁)及移动副四(P₄₁)为驱动副时，动平台(1)可以实现空间三维移动和绕转动副七(R₁₅)轴线一维转动的输出运动；

所述移动副一(P₁₁)的轴线和移动副三(P₃₁)的轴线均与Y轴方向平行，所述移动副二(P₂₁)轴线和移动副四(P₄₁)的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

所述移动副一(P₁₁)的输入决定了动平台(1)在Y轴方向上的位移；

所述移动副二(P₂₁)的输入决定了动平台(1)在X轴方向上的位移；

所述动平台(1)在Z轴方向上的位移及绕转动副七(R₁₅)轴线的转动，需要由移动副一(P₁₁)的输入、移动副二(P₂₁)的输入、移动副三(P₃₁)的输入及移动副四(P₄₁)的输入共同决定。

5.一种三支链空间四自由度并联机构，其特征在于：包括静平台(0)、混合支链(I)、简单支链一(Ⅱ)、简单支链二(III)和动平台(1)；

所述混合支链(I)包含分支链一、分支链二和转动副七(R₁₅)，所述分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一(P₁₁)、转动副一(R₁₂)、转动副二(R₁₃)及转动副三(R₁₄)组成；所述分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二(P₂₁)、转动副四(R₂₂)、转动副五(R₂₃)及转动副六(R₂₄)组成；所述转动副三(R₁₄)通过与其同轴设置的输出杆(2)与转动副六(R₂₄)连接，所述输出杆(2)上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七(R₁₅)，且转动副三(R₁₄)的轴线和转动副六(R₂₄)的轴线均与转动副七(R₁₅)的轴线垂直；

所述简单支链一(Ⅱ)由移动副三(P₃₁)、转动副八(R₃₂)、转动副九(R₃₃)、转动副十(R₃₄)和转动副十一(R₃₅)依次串联组成，所述移动副三(P₃₁)的轴线、转动副八(R₃₂)的轴线及转动副九(R₃₃)的轴线相互平行，所述转动副十(R₃₄)的轴线和转动副十一(R₃₅)的轴线平行，所述转动副九(R₃₃)的轴线与转动副十(R₃₄)的轴线垂直；

所述简单支链二(III)由移动副四(P₄₁)、转动副十二(R₄₂)、转动副十三(R₄₃)、转动副十四(R₄₄)和转动副十五(R₄₅)依次串联组成，所述移动副四(P₄₁)的轴线、转动副十二(R₄₂)的轴线与转动副十三(R₄₃)的轴线相互平行，所述转动副十四(R₄₄)的轴线和转动副十五(R₄₅)的轴线平行，所述转动副十三(R₄₃)的轴线与转动副十四(R₄₄)的轴线垂直；

所述转动副七(R₁₅)、转动副十一(R₃₅)及转动副十五(R₄₅)均与动平台(1)连接，所述转动副七(R₁₅)的轴线、转动副十一(R₃₅)的轴线及转动副十五(R₄₅)的轴线相互平行；

所述移动副一(P₁₁)、移动副二(P₂₁)、移动副三(P₃₁)及移动副四(P₄₁)均设置在静平台(0)上，所述移动副一(P₁₁)的轴线垂直于移动副二(P₂₁)的轴线，所述移动副三(P₃₁)的轴线平行于移动副一(P₁₁)的轴线，所述移动副四(P₄₁)的轴线平行于移动副二(P₂₁)的轴线。

6.根据权利要求5所述的三支链空间四自由度并联机构，其特征在于：所述移动副一(P₁₁)、移动副二(P₂₁)、移动副三(P₃₁)及移动副四(P₄₁)为驱动副时，动平台(1)可以实现空间三维移动和绕转动副七(R₁₅)轴线一维转动的输出运动；

所述移动副一(P₁₁)的轴线和移动副三(P₃₁)的轴线均与Y轴方向平行，所述移动副二(P₂₁)轴线和移动副四(P₄₁)的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

所述移动副一(P₁₁)的输入决定了动平台(1)在Y轴方向上的位移；

所述移动副二(P₂₁)的输入决定了动平台(1)在X轴方向上的位移；

所述动平台(1)在Z轴方向上的位移及绕转动副七(R₁₅)轴线的转动，需要由移动副一(P₁₁)的输入、移动副二(P₂₁)的输入、移动副三(P₃₁)的输入及移动副四(P₄₁)的输入共同决定。

7.一种三支链空间四自由度并联机构，其特征在于：包括静平台(0)、混合支链(I)、简单支链一(Ⅱ)、简单支链二(III)和动平台(1)；

所述混合支链(I)包含分支链一、分支链二和转动副七(R₁₅)，所述分支链一由轴线相互平行且依次串联的移动副一(P₁₁)、转动副一(R₁₂)、转动副二(R₁₃)及转动副三(R₁₄)组成；所述分支链二由轴线相互平行且依次串联的移动副二(P₂₁)、转动副四(R₂₂)、转动副五(R₂₃)及转动副六(R₂₄)组成；所述转动副三(R₁₄)通过与其同轴设置的输出杆(2)与转动副六(R₂₄)连接，所述输出杆(2)上设置有轴线位于铅垂方向上的转动副七(R₁₅)，且转动副三(R₁₄)的轴线和转动副六(R₂₄)的轴线均与转动副七(R₁₅)的轴线垂直；

所述简单支链一(Ⅱ)由移动副三(P₃₁)、转动副八(R₃₂)、转动副九(R₃₃)和球副二(S₃₄)依次串联组成，所述移动副三(P₃₁)的轴线、转动副八(R₃₂)的轴线及转动副九(R₃₃)的轴线相互平行；

所述简单支链二(III)由移动副四(P₄₁)、转动副十二(R₄₂)、转动副十三(R₄₃)和球副一(S₄₄)依次串联组成，所述移动副四(P₄₁)的轴线、转动副十二(R₄₂)的轴线与转动副十三(R₄₃)的轴线相互平行；

所述转动副七(R₁₅)、球副二(S₃₄)及球副一(S₄₄)均与动平台(1)连接；

所述移动副一(P₁₁)、移动副二(P₂₁)、移动副三(P₃₁)及移动副四(P₄₁)均设置在静平台(0)上，所述移动副一(P₁₁)的轴线垂直于移动副二(P₂₁)的轴线，所述移动副三(P₃₁)的轴线平行于移动副一(P₁₁)的轴线，所述移动副四(P₄₁)的轴线平行于移动副二(P₂₁)的轴线。

8.根据权利要求7所述的三支链空间四自由度并联机构，其特征在于：所述移动副一(P₁₁)、移动副二(P₂₁)、移动副三(P₃₁)及移动副四(P₄₁)为驱动副时，动平台(1)可以实现空间三维移动和绕转动副七(R₁₅)轴线一维转动的输出运动；

所述移动副一(P₁₁)的轴线和移动副三(P₃₁)的轴线均与Y轴方向平行，所述移动副二(P₂₁)轴线和移动副四(P₄₁)的轴线均与X轴方向平行，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向彼此垂直；

所述移动副一(P₁₁)的输入决定了动平台(1)在Y轴方向上的位移；

所述移动副二(P₂₁)的输入决定了动平台(1)在X轴方向上的位移；

所述动平台(1)在Z轴方向上的位移及绕转动副七(R₁₅)轴线的转动，需要由移动副一(P₁₁)的输入、移动副二(P₂₁)的输入、移动副三(P₃₁)的输入及移动副四(P₄₁)的输入共同决定。