專利名稱：一種兩自由度機器人肩關(guān)節(jié)機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及機器人領域，特別是涉及一種人形機器人的兩自由度肩關(guān)節(jié)。
技術(shù)背景人形機器人是機器人技術(shù)的高級發(fā)展階段，它綜合體現(xiàn)了高級機器人的機構(gòu)學、 運動和動力學等諸多方面的研究和發(fā)展水平，是一個很復雜的綜合系統(tǒng)。其中，機器人肩關(guān)節(jié)是人形機器人設計中的難點之一。早期的機器人肩關(guān)節(jié)通常采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，存在結(jié)構(gòu)復雜、慣性大等不足。為了克服這些不足之處，許多研究人員提出采用少自由度并聯(lián)機構(gòu)作為人形機器人的肩關(guān)節(jié)，并相繼設計了一些機構(gòu)(如球面3-RRR機構(gòu)、3-UPU、3RUU、3UPR等)， 但是，采用并聯(lián)機構(gòu)的肩關(guān)節(jié)仍存在一些不足，如工藝性差、結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高等。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)存在的上述問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設計合理、工藝性好、承載力強、容易制造的兩自由度機器人肩關(guān)節(jié)機構(gòu)。本實用新型所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。一種兩自由度機器人肩關(guān)節(jié)機構(gòu)，由基座1、運動輸出座2和聯(lián)接上述兩連接座的三條支鏈M1、M2、M3組成。其中，第一條支鏈Ml、第二條支鏈M2結(jié)構(gòu)相同，第一條支鏈Ml 自上而下分別由一個移動副Pl和兩個轉(zhuǎn)動副Rll、R12以及它們之間的連桿Li、L2組成； 第二條支鏈M2自上而下分別由一個移動副P2和兩個轉(zhuǎn)動副R21、R22以及它們之間的連桿 L3、L4組成；第三條支鏈通過一個萬向節(jié)U將基座1和運動輸出座2相聯(lián)接，且萬向節(jié)U的十字軸的軸線I與第一支鏈Ml的轉(zhuǎn)動副R11、R12軸線相平行，萬向節(jié)U的十字軸的軸線II 與第二支鏈M2的轉(zhuǎn)動副R21、R22軸線相平行。連桿Li，L3分別通過移動副P1、P2與基座1相聯(lián)接，移動副P1、P2為機構(gòu)的驅(qū)動副，且移動副Pl的軸線與移動副P2的軸線相平行，移動副Pl的軸線與轉(zhuǎn)動副Rll、R12的軸線相垂直，移動副P2的軸線與轉(zhuǎn)動副R21、R22的軸線相垂直；連桿L2、L4分別通過轉(zhuǎn)動副R11、R21與連桿L1、L3相聯(lián)接；連桿L2、L4分別通過轉(zhuǎn)動副R12、R22與運動輸出座2相聯(lián)接，且轉(zhuǎn)動副R12、R22的軸線與萬向節(jié)U的十字軸軸線I、II共面。所述的一種兩自由度機器人肩關(guān)節(jié)機構(gòu)，基座1與運動輸出座2為相似三角形，且為等腰直角三角形。運動輸出座2可與機械手臂相連，通過兩個電動推桿(電動缸)分別驅(qū)動對應的連桿L1、L2和連桿L3、L4，可實現(xiàn)運動輸出座2的二維轉(zhuǎn)動，可模擬人類肩關(guān)節(jié)的二維轉(zhuǎn)動運動。也可以在運動輸出座2上串接一個轉(zhuǎn)動副，可設計出三維轉(zhuǎn)動輸出的三自由度混聯(lián)肩關(guān)節(jié)機構(gòu)。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施例和圖示，進一步闡述本實用新型。如圖1所示，一種兩自由度機器人肩關(guān)節(jié)機構(gòu)，由基座1、運動輸出座2和聯(lián)接上述兩連接座的三條支鏈M1、M2、M3組成。其中，第一條支鏈Ml、第二條支鏈M2結(jié)構(gòu)相同，第一條支鏈Ml自上而下分別由一個移動副Pl和兩個轉(zhuǎn)動副R11、R12以及它們之間的連桿Li、 L2組成；第二條支鏈M2自上而下分別由一個移動副P2和兩個轉(zhuǎn)動副R21、R22以及它們之間的連桿L3、L4組成；第三條支鏈通過一個萬向節(jié)U將基座1和運動輸出座2相聯(lián)接，且萬向節(jié)U的十字軸的軸線I與第一支鏈Ml的轉(zhuǎn)動副R11、R12軸線相平行，萬向節(jié)U的十字軸的軸線II與第二支鏈M2的轉(zhuǎn)動副R21、R22軸線相平行。連桿Li，L3分別通過移動副P1、P2與基座1相聯(lián)接，移動副P1、P2為機構(gòu)的驅(qū)動副，且移動副Pl的軸線與移動副P2的軸線相平行，移動副Pl的軸線與轉(zhuǎn)動副Rll、R12的軸線相垂直，移動副P2的軸線與轉(zhuǎn)動副R21、R22的軸線相垂直；連桿L2、L4分別通過轉(zhuǎn)動副R11、R21與連桿L1、L3相聯(lián)接；連桿L2、L4分別通過轉(zhuǎn)動副R12、R22與運動輸出座2相聯(lián)接，且保證轉(zhuǎn)動副R12、R22的軸線與萬向節(jié)U的十字軸軸線I、II共面?；?與運動輸出座2為相似三角形，且為等腰直角三角形。使用時，將基座與人形機器人的軀干部分相連，將運動輸出座2與機械手臂相連， 把移動副Pl和P2作為肩關(guān)節(jié)機構(gòu)的驅(qū)動副，通過直線電機或者電動推桿(電動缸)或者高精度伺服液壓缸等能夠?qū)崿F(xiàn)直線往復運動的動力源來分別驅(qū)動對應的連桿Li、L2和連桿L3、L4，當各驅(qū)動副在控制下運動不同的位移時，其余的各轉(zhuǎn)動副則在連桿和運動輸出座 2的拉動下，作相應的運動，實現(xiàn)運動輸出座2的二維轉(zhuǎn)動，模擬人類肩關(guān)節(jié)的二維轉(zhuǎn)動運動。也可以在運動輸出座2上串接一個轉(zhuǎn)動副，可設計出三維轉(zhuǎn)動輸出的三自由度混聯(lián)肩關(guān)節(jié)機構(gòu)。本實用新型機構(gòu)關(guān)節(jié)少，運動副自由度總數(shù)只有8個，使得它可以有效地改善并聯(lián)機構(gòu)因為運動副自由度過度而導致的容易發(fā)生撓曲和扭轉(zhuǎn)變形的問題，且該肩關(guān)節(jié)機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、承載能力強、響應速度快和工藝性好等優(yōu)點，適合作人形機器人的肩關(guān)節(jié)機構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種兩自由度機器人肩關(guān)節(jié)機構(gòu)，由基座(1)、運動輸出座( 和聯(lián)接上述兩連接座的三條支鏈(Ml，M2，M3)組成，其特征在于第一條支鏈(Ml)、第二條支鏈(M2)結(jié)構(gòu)相同， 所述的第一條支鏈(Ml)自上而下分別由一個移動副(Pl)和兩個轉(zhuǎn)動副(Rll，R12)以及它們之間的連桿(Li，L2)組成；所述的第二條支鏈(Μ》自上而下分別由一個移動副(P2) 和兩個轉(zhuǎn)動副(R21，R22)以及它們之間的連桿(L3，L4)組成；第三條支鏈通過一個萬向節(jié) (U)將基座(1)和運動輸出座( 相聯(lián)接，且萬向節(jié)(U)的十字軸的軸線(I)與第一支鏈 (Ml)的轉(zhuǎn)動副(Rl 1, R12)軸線相平行，萬向節(jié)(U)的十字軸的軸線(II)與第二支鏈(M2) 的轉(zhuǎn)動副(R21，R22)軸線相平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩自由度機器人肩關(guān)節(jié)機構(gòu)，其特征在于連桿(L1，L3) 分別通過移動副(Pl，P2)與基座(1)相聯(lián)接，移動副(Pl，P2)為機構(gòu)的驅(qū)動副，且移動副 (Pl)的軸線與移動副(P2)的軸線相平行，移動副(Pl)的軸線與轉(zhuǎn)動副(R1LR12)的軸線相垂直，移動副(P》的軸線與轉(zhuǎn)動副(R21，R2》的軸線相垂直；所述的連桿(L2，L4)分別通過轉(zhuǎn)動副(R1LR21)與連桿(L1,L3)相聯(lián)接；所述的連桿(L2，L4)分別通過轉(zhuǎn)動副(R12， R22)與運動輸出座(2)相聯(lián)接，且轉(zhuǎn)動副(R12，R22)的軸線與萬向節(jié)⑶的十字軸軸線(I， II)共面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種兩自由度機器人肩關(guān)節(jié)機構(gòu)，其特征在于所述的基座(1)與運動輸出座O)為相似三角形，且為等腰直角三角形。
專利摘要本實用新型涉及一種兩自由度機器人肩關(guān)節(jié)機構(gòu)，由基座、運動輸出座和聯(lián)接上述兩連接座的三條支鏈組成。其中，第一、二條支鏈結(jié)構(gòu)相同，自上而下分別由一個移動副和兩個轉(zhuǎn)動副以及它們之間的連桿組成；第三條支鏈通過一個萬向節(jié)將基座和運動輸出座相聯(lián)接，且萬向節(jié)的十字軸的兩軸線分別與第一、二支鏈的轉(zhuǎn)動副軸線相平行。本實用新型的運動輸出座可與機械手臂相連，實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)動的運動輸出，機構(gòu)關(guān)節(jié)少，運動副自由度總數(shù)只有8個，使得它可以有效地改善并聯(lián)機構(gòu)因為運動副自由度過度而導致的容易發(fā)生撓曲和扭轉(zhuǎn)變形的問題。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、承載能力強、響應速度快和工藝性好等優(yōu)點，適合作人形機器人的肩關(guān)節(jié)機構(gòu)。
文檔編號B25J9/08GK201960564SQ20112006869
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者沈豫浙, 王成軍 申請人:安徽理工大學