高過約束、靜剛度大、工作空間大。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明立體結構示意簡圖；
[0020]圖2為本發(fā)明2-PUS+U二自由度并聯(lián)機構的運動支鏈結構示意簡圖；
[0021]圖3為本發(fā)明具有大工作空間的球面鉸鏈結構示意簡圖；
[0022]圖4為本發(fā)明的固定坐標系示意簡圖。
[0023]圖中，1-仿生機架、2-S型連桿、3-中間動平臺、4-直線導軌移動副、5_主動滑塊、6(6 ; )_虎克鉸、7-從動桿、8-球面副、9(9'、9 ")三條轉動支鏈、10-末端動平臺、11-支撐桿、12-雙耳支架、13-球頭、14-U型撥叉、15-中間支承輥、16-中空輸出桿、17 (17 ;)-銷軸、18-偏置輸出桿。
【具體實施方式】
[0024]在圖1所示的五自由度并串聯(lián)仿生肩關節(jié)示意圖中，2-PUS+U 二自由度并聯(lián)機構中的S型連桿2的一端通過虎克鉸6丨與仿生機架I連接，其另一端與中間動平臺3固連；水平運動支鏈和豎直運動支鏈結構相同，如圖2所示，每條運動支鏈的直線導軌移動副4與仿生機架固連，主動滑塊5設在直線導軌移動副的絲杠上，該主動滑塊通過虎克鉸6與從動桿7的一端連接，該從動桿的另一端通過球面副8與中間動平臺連接，直線導軌移動副為機構的驅(qū)動副，水平運動支鏈的直線導軌移動副與仿生機架水平連接，豎直運動支鏈的直線導軌移動副與仿生機架垂直連接；
[0025]3-RRR三自由度球面并聯(lián)機構中結構相同的三條轉動支鏈9 W、9 "連接中間動平臺3和末端動平臺10，三條轉動支鏈與中間動平臺和末端動平臺的連接點均呈三角形布置，在每條轉動支鏈中，下弧形連桿的一端通過轉動副與中間動平臺連接，該下弧形連桿的另一端通過轉動副與上弧形連桿的一端連接，該上弧形連桿的另一端通過轉動副與末端動平臺連接，這三條支鏈的9個轉動副的軸線匯交于空間一點(3-RRR三自由度球面并聯(lián)機構的轉動中心)，末端動平臺的中心處設有方形通孔；
[0026]如圖3所示，具有大工作空間的球面鉸鏈中的支撐桿11的下端與上述中間動平臺固連，該支撐桿的軸線過中間動平臺中心點與中間動平臺垂直，該支撐桿的上端與球頭13在球心點處對心固定；雙耳支架12的中心處設有圓柱型通孔，通孔軸線與支撐桿軸線重合，并過球頭球心，雙耳支架可繞支撐桿軸線轉動；U型撥叉14為半圓弧形桿，與上述雙耳支架兩端的支耳同寬，其兩端均通過銷軸17、17 '與雙耳支架的支耳內(nèi)側連接，U型撥叉可繞銷軸往復擺動，兩銷軸所在的公共軸線過球頭球心，且與支撐桿軸線垂直；中空輸出桿16中間設有長方形通孔，該通孔軸線垂直于中空輸出桿軸線，中空輸出桿中間的長方形通孔內(nèi)設有中間支承輥15，該中間支承輥與中空輸出桿通過銷軸連接，該中間支承輥的軸線垂直于通孔軸線和中空輸出桿軸線，且可繞其自身軸線自由轉動；上述呈半圓弧形的U型撥叉穿過中空輸出桿中間的長方形通孔，中間支承輥與U型撥叉的圓弧內(nèi)表面接觸，并且兩者軸線平行實現(xiàn)反向滾動支撐；上述中空輸出桿的一端穿過上述末端動平臺中心的方形通孔，其另一端與活動球窩固連，上述球頭置于活動球窩中，球心重合構成球面副，且球心與3-RRR三自由度球面并聯(lián)機構的轉動中心重合。
[0027]所述偏置輸出單元包括上述具有大工作空間的球面鉸鏈中的中空輸出桿和偏置輸出桿，上述穿過末端動平臺中心處方形通孔的中空輸出桿與偏置輸出桿18固連，中空輸出桿軸線與偏置輸出桿軸線相交，夾角為45度。
[0028]如圖4所示，仿生機架的矢狀面、冠狀面和人體的矢狀面、冠狀面分別重合，仿生機架的水平面與人體水平面平行。z軸為仿生機架的冠狀面和矢狀面的交線，向上為正方向；y軸為仿生機架的水平面和矢狀面的交線，向前(人體正面)為正方向軸為仿生機架的水平面和冠狀面的交線，正方向由右手螺旋法則確定，原點為三平面交點。
【主權項】
1.一種五自由度并串聯(lián)仿生肩關節(jié)，它包括2-PUS+U 二自由度并聯(lián)機構、3-RRR三自由度球面并聯(lián)機構、具有大工作空間的球面鉸鏈和偏置輸出單元，其特征在于:所述2-PUS+U二自由度并聯(lián)機構中的S型連桿的一端通過虎克鉸與仿生機架連接，其另一端與中間動平臺固連；水平運動支鏈和豎直運動支鏈結構相同，每條運動支鏈的直線導軌移動副與仿生機架固連，主動滑塊設在直線導軌移動副的絲杠上，該主動滑塊通過虎克鉸與從動桿的一端連接，該從動桿的另一端通過球面副與中間動平臺連接，直線導軌移動副為機構的驅(qū)動副; 所述3-RRR三自由度球面并聯(lián)機構中結構相同的三條轉動支鏈連接中間動平臺和末端動平臺，三條轉動支鏈與中間動平臺和末端動平臺的連接點均呈三角形布置，在每條轉動支鏈中，下弧形連桿的一端通過轉動副與中間動平臺連接，該下弧形連桿的另一端通過轉動副與上弧形連桿的一端連接，該上弧形連桿的另一端通過轉動副與末端動平臺連接，這三條支鏈的9個轉動副的軸線匯交于空間一點，末端動平臺的中心處設有方形通孔； 所述具有大工作空間的球面鉸鏈中的支撐桿的一端與上述中間動平臺固連，該支撐桿的軸線過中間動平臺中心點并且與中間動平臺垂直，雙耳支架可繞支撐桿軸線轉動山型撥叉為半圓弧形桿，與上述雙耳支架兩端的支耳同寬，其兩端均通過銷軸與雙耳支架的支耳內(nèi)側連接，U型撥叉可繞銷軸往復擺動，兩銷軸所在的公共軸線過球頭球心，且與支撐桿軸線垂直；中空輸出桿中間設有長方形通孔，該通孔軸線垂直于中空輸出桿軸線，所述中空輸出桿中間的長方形通孔內(nèi)設有中間支承輥，該中間支承輥與中空輸出桿通過銷軸連接，該中間支承輥的軸線垂直于通孔軸線和中空輸出桿軸線，中空輸出桿可繞其自身軸線自由轉動；上述呈半圓弧形的U型撥叉穿過中空輸出桿中間的方形通孔，中間支承輥與U型撥叉的圓弧內(nèi)表面接觸，并且兩者軸線平行實現(xiàn)反向滾動支撐；中空輸出桿通孔上部留有空間，當中空輸出桿擺動至極限位置時，恰好套在雙耳支架外側，使輸出桿擺動空間更大；所述中空輸出桿的一端與穿過上述末端動平臺中心的方形通孔，該中空輸出桿的另一端與球窩固連，上述球頭置于活動球窩中，球心重合構成球面副，且球心與3-RRR三自由度球面并聯(lián)機構的轉動中心重合； 所述偏置輸出單元包括上述具有大工作空間的球面鉸鏈中的中空輸出桿和偏置輸出桿，上述穿過末端動平臺中心處方形通孔的中空輸出桿與偏置輸出桿固連，中空輸出桿軸線與偏置輸出桿軸線相交，夾角為45度。2.根據(jù)權利要求1所述的五自由度并串聯(lián)仿生肩關節(jié)，其特征在于:所述2-PUS+U二自由度并聯(lián)機構中的水平運動支鏈的直線導軌水平布置，與仿生機架矢狀面的夾角為25度；豎直運動支鏈的直線導軌豎直布置，其對稱平面在仿生機架的冠狀面內(nèi)。
【專利摘要】一種五自由度并串聯(lián)仿生肩關節(jié)，它的2-PUS+U二自由度并聯(lián)機構包括仿生機架、中間動平臺及其之間的S型連桿和兩條結構相同的運動支鏈，每條運動支鏈依次由直線導軌移動副、主動滑塊、虎克鉸、從動桿和球面副組成；3-RRR三自由度球面并聯(lián)機構包括中間動平臺、三條轉動支鏈和末端動平臺；具有大工作空間的球面鉸鏈包括支撐桿、雙耳支架、球頭、U型撥叉、中間支承輥、中空輸出桿及銷軸；偏置輸出單元包括輸出桿和偏置輸出桿。本發(fā)明可實現(xiàn)偏置輸出桿的五自由度運動，在結構、運動和功能上最大限度接近人體肩關節(jié)的實際狀態(tài)。
【IPC分類】B25J17/02
【公開號】CN104908060
【申請?zhí)枴緾N201510299563
【發(fā)明人】周玉林, 楊龍, 褚宏鵬, 孫通帥
【申請人】燕山大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月3日