【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械耦合，具体领域为一种驱动器空间垂直分布的对称驱动冗余并联机构。
技术介绍
1、并联机构是一种具有多个并联执行器（运动链）的机械耦合系统，其中多个运动链分支共享至少一个共同的关节点。这些分支同时或相互作用，使整个系统的运动变得更为复杂。并联机构有许多优点及应用价值，它具有机构刚度高、承载能力强、末端质量轻、惯性小和位置误差不累积等特点，在应用上与串联机构呈互补关系，因此广泛应用于工业制造、航空航天、医疗设备等领域。
2、少自由度并联机构是自由度少于6的并联机构，可应用于许多适于并联机构操作，但不需要6个自由度的工作任务。与6自由度并联机构相比，少自由度并联机构具有驱动件减少、构件少、控制简单方便、制造容易、价格低廉等优点，少自由度并联机构比 6自由度并联机构具有更复杂的运动特性，由于动平台的移动和转动受到约束而表现出很多特殊的性质。
3、两转一移（2r1t）并联机构是少自由度并联机构中的一种重要构型，其具有的两个转动自由度和一个移动自由度，通常被用于一些需要精确定位和定向的应用，如高端机床、太空应用、医疗手术机器人等。两个转动自由度通常由两个转动关节或关节组成，允许机构在两个轴上进行转动运动。这两个转动关节可以提供机构在平面内的定向能力。一个移动自由度机构通常包含至少一个移动关节，使得整个机构能够在一个方向上进行移动运动。这个移动自由度通常与转动自由度的旋转中心相垂直，从而使机构能够在三维空间中执行复杂的运动。
4、两转一移（2r1t）并联机构中应用较为成功的案例之一就是tri
5、现有的3-prs少自由度并联机构基本都由p副移动副驱动，其p副分布形式主要分为三类。第一类3-prs机构p副分布形式是sprint z3并联主轴头的构型，三个p副轴线互相平行，在空间中呈等边三角分布。第二类为三个p副轴线共面，并在此平面内中心对称分布。第三类为三个p副轴线既不平行，也不共面，在空间中呈一定角度中心对称排列。
6、上述的3-prs并联机构的驱动副分布形式具有的一些潜在的缺点如下：
7、（1）工作空间较小：自由度数量较少，可能存在某些特定位置或姿态下的运动学奇异性，机构的工作空间将受到限制，特别是在需要执行复杂、多方向运动的任务中，在奇异点上或者接近奇异点都可能导致机构刚度下降或丧失自由度，无法满足某些特定应用的工作空间要求。
8、（2）约束特性较差：机构的动平台具有两转一移三个自由度，完成机构的特定运动，对外部传递力和运动。动平台剩下的一转两移自由度则被机构的刚性结构所约束，使得机构在这些自由度方向上能抵抗外部负载与冲击。当三个p副轴线共面时，机构可能具有较好的运动/力传递特性，但是其约束特性较差，无法较好的抵抗外部负载与冲击，在运动过程中可能存在着振动的问题。
9、（3）特定方向刚度较差：3-prs并联机构存在着三个分支，当三个分支不呈对称分布时，常常会导致机构在某一特定方向上的刚度较差。机构的刚度特性在各个方向上差异较大，存在着机构整体刚度不均衡的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种驱动器空间垂直分布的对称驱动冗余并联机构，其4个分支都为prs分支，4个p副驱动轴线不处于同一平面内，而是在空间中垂直分布，且关于动平台的x轴和y轴对称。这种分布形式可以解决两转一移少自由度机构特定方向刚度较差的问题，使得机构在各个方向上均具有较好的刚度性能，能够更好地适应复杂的工作环境。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种驱动器空间垂直分布的对称驱动冗余并联机构，包括分支一、分支二、分支三、分支四、电主轴、刀具和动平台，
3、所述的分支一、分支二、分支三和分支四均为prs分支，所述分支一和分支四的p副驱动轴线共线设置，且位于xy平面内，所述分支二和分支三的p副驱动轴线平行设置，且位于yz平面内，
4、分支一、分支四的p副驱动轴线垂直于分支二和分支三的p副驱动轴线构成的平面；
5、分支一、分支二、分支三和分支四的驱动端与动平台均匀分布连接，电主轴安装在动平台上，刀具安装在电主轴的转动端上。
6、优选的，所述分支一包括线性滑台模组、r副支架、转动轴、圆柱滚子轴承、连杆、球铰头和球铰座，线性滑台模组固定安装在外部定平台上，r副支架与线性滑台模组连接，转动轴安装在r副支架上，圆柱滚子轴承设置在转动轴上，连杆的一端通过圆柱滚子轴承与转轴转动连接，连杆的另一端安装有球铰头，球铰头与球铰座配合形成完整的s副，球铰座再通过螺栓连接到动平台上。
7、优选的，所述分支一、分支二、分支三和分支四为相同结构，且分支一和分支四的连杆长度大于分支二和分支三的连杆长度，分支一和分支四的连杆为相同的长连杆，分支二和分支三的连杆为相同的短连杆。
8、优选的，4个球铰座在动平台上呈中心对称分布。
9、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
10、1、具有较好的各向刚度。该并联机构各个分支的驱动器在空间中垂直对称分布，这种高度对称的分支分布形式使得机构具有较好的各向刚度，避免在某一特定方向上刚度较差，使机构整体刚度性能各向均衡。
11、2、奇异位形较少。该并联机构为驱动冗余并联机构，驱动数量等于分支数，大于动平台输出自由度数，存在着一个冗余分支。非驱动冗余机构经过某些奇异位形时，会发生刚度急剧下降或者失去自由度的情况，而驱动冗余机构的驱动冗余分支则可以维持着机构的刚度不变或提供冗余自由度，使得机构在该点不发生奇异。因此本专利技术提出的对称驱动冗余并联机构具有奇异位形较少的优点。
12、3、较大的可达工作空间。该机构的驱动冗余特性可以避免奇异点，机构存在的奇异位形较少，因此其可达工作空间较大，能够更灵活地应对不同形状和尺寸的工件，以及适应复杂的工作环境。
13、4、大输出力和扭矩：四个驱动器的驱动力在空间中也是垂直对称分布，张成了三维力系空间，使得机构在各个方向上的力传递特性较好。同时因为其驱动冗余的结构，多了一个驱动器，动平台对外输出的力和扭矩也相应的增大。
14、5、力分配能力。驱动冗余的结构使其可以通过驱动力优化，选择如何分配和利用多余的驱动力，以实现最优性能。同时也能提高运动平滑性，多个驱动元件的协同工作可以实现更平滑、更自然的运动。
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1.一种驱动器空间垂直分布的对称驱动冗余并联机构，其特征在于：包括分支一、分支二、分支三、分支四、电主轴、刀具和动平台，
2.根据权利要求1所述的一种驱动器空间垂直分布的对称驱动冗余并联机构，其特征在于：所述分支一包括线性滑台模组、R副支架、转动轴、圆柱滚子轴承、连杆、球铰头和球铰座，线性滑台模组固定安装在外部定平台上，R副支架与线性滑台模组连接，转动轴安装在R副支架上，圆柱滚子轴承设置在转动轴上，连杆的一端通过圆柱滚子轴承与转轴转动连接，连杆的另一端安装有球铰头，球铰头与球铰座配合形成完整的S副，球铰座再通过螺栓连接到动平台上。
3.根据权利要求2所述的一种驱动器空间垂直分布的对称驱动冗余并联机构，其特征在于：所述分支一、分支二、分支三和分支四为相同结构，且分支一和分支四的连杆长度大于分支二和分支三的连杆长度，分支一和分支四的连杆为相同的长连杆，分支二和分支三的连杆为相同的短连杆。
4.根据权利要求2或3所述的一种驱动器空间垂直分布的对称驱动冗余并联机构，其特征在于：4个球铰座在动平台上呈中心对称分布。
【技术特征摘要】
1.一种驱动器空间垂直分布的对称驱动冗余并联机构，其特征在于：包括分支一、分支二、分支三、分支四、电主轴、刀具和动平台，
2.根据权利要求1所述的一种驱动器空间垂直分布的对称驱动冗余并联机构，其特征在于：所述分支一包括线性滑台模组、r副支架、转动轴、圆柱滚子轴承、连杆、球铰头和球铰座，线性滑台模组固定安装在外部定平台上，r副支架与线性滑台模组连接，转动轴安装在r副支架上，圆柱滚子轴承设置在转动轴上，连杆的一端通过圆柱滚子轴承与转轴转动连接，连杆的另一端安装有球铰...
【专利技术属性】
技术研发人员：张海峰，李秦川，李立聪，叶伟，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：
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