球面兩自由度并聯(lián)機(jī)器人關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)，特別涉及一種球面兩自由度并聯(lián)機(jī)器人關(guān)節(jié)。
技術(shù)背景
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有無累積誤差、精度較高、結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，此外并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，從而具有較好的動態(tài)響應(yīng)，完全對稱的并聯(lián)機(jī)構(gòu)還具有較好的各向同性。但并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間相比串聯(lián)機(jī)構(gòu)較小，嚴(yán)重制約了并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)和機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用，因此研究具有大工作空間的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。
[0003]并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度可分為移動自由度和轉(zhuǎn)動自由度，其中移動自由度可通過增大機(jī)構(gòu)尺寸的辦法增大移動工作空間，然而轉(zhuǎn)動空間卻不隨機(jī)構(gòu)尺寸的增大而增加。國外對大工作空間轉(zhuǎn)動類并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究較早，美國專利US4651589提出了一種大工作空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并成功應(yīng)用于雷達(dá)追蹤設(shè)備，美國專利US4686866公開了一種大工作空間兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并成功應(yīng)用于工業(yè)噴涂機(jī)器人中，美國專利US6658962B1公開了一種四支鏈大工作空間兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并將其應(yīng)用于仿生機(jī)器人中，取得了較好的效果。國內(nèi)對具有大轉(zhuǎn)動工作空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究成果較少，其中發(fā)明專利CN103217986A和發(fā)明專利CN103433916A對大工作空間兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，并取得了一些成果。但上述具有大轉(zhuǎn)動工作空間的并聯(lián)機(jī)構(gòu)都屬于非球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的動平臺轉(zhuǎn)動中心不唯一，使得動平臺在轉(zhuǎn)動過程中會產(chǎn)生附加的移動，這一性質(zhì)嚴(yán)重限制了這類機(jī)構(gòu)在機(jī)器人特別是仿生機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種球面兩自由度并聯(lián)機(jī)器人關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)動平臺相對定平臺做球面兩自由度轉(zhuǎn)動，且該關(guān)節(jié)具有體積小、剛度大、轉(zhuǎn)動工作空間大等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于機(jī)器人特別是仿生機(jī)器人等領(lǐng)域。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0006]本發(fā)明主要包括定平臺、動平臺，連接動、定平臺的四條運(yùn)動支鏈，其有三種連接方式:
[0007]第一種連接方式:四條運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)相同，每條運(yùn)動支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過轉(zhuǎn)動副連接，下連桿另一端與中連桿一端通過球面副連接，中連桿另一端與上連桿一端通過轉(zhuǎn)動副連接，上連桿另一端與動平臺通過球面副連接；
[0008]四條運(yùn)動支鏈之間通過四條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運(yùn)動支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運(yùn)動支鏈中的中連桿固連，耦合連桿另一端與中心連桿通過轉(zhuǎn)動副連接，四條親合連桿與中心連桿連接形成的四個轉(zhuǎn)動副的軸線重合，關(guān)節(jié)中所有轉(zhuǎn)動副的軸線匯交于一點(diǎn)，且該點(diǎn)即為關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動中心。
[0009]第二種連接方式:四條運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)相同，每條運(yùn)動支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過球面副連接，下連桿另一端與中連桿一端通過轉(zhuǎn)動副連接，中連桿另一端與上連桿一端通過球面副連接，上連桿另一端與動平臺通過轉(zhuǎn)動副連接；
[0010]四條運(yùn)動支鏈之間通過四條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運(yùn)動支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運(yùn)動支鏈中的中連桿固連，耦合連桿另一端與中心連桿通過轉(zhuǎn)動副連接，四條親合連桿與中心連桿連接形成的四個轉(zhuǎn)動副的軸線重合，關(guān)節(jié)中所有轉(zhuǎn)動副的軸線匯交于一點(diǎn)，且該點(diǎn)即為關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動中心。
[0011]第三種連接方式:第一、第四運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)相同，兩條運(yùn)動支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過球面副連接，下連桿另一端與中連桿一端通過轉(zhuǎn)動副連接，中連桿另一端與上連桿一端通過球面副連接，上連桿另一端與動平臺通過轉(zhuǎn)動副連接;第二、第三運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)相同，兩條運(yùn)動支鏈均由下連桿、中連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過轉(zhuǎn)動副連接，下連桿另一端與中連桿一端通過球面副連接，中連桿另一端與上連桿一端通過轉(zhuǎn)動副連接，上連桿另一端與動平臺通過球面副連接；
[0012]四條運(yùn)動支鏈之間通過四條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運(yùn)動支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運(yùn)動支鏈中的中連桿固連，耦合連桿另一端與中心連桿通過轉(zhuǎn)動副連接，四條親合連桿與中心連桿連接形成的四個轉(zhuǎn)動副的軸線重合，關(guān)節(jié)中所有轉(zhuǎn)動副的軸線匯交于一點(diǎn)，且該點(diǎn)即為關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動中心。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)動平臺相對定平臺具有球面兩轉(zhuǎn)動自由度，且動平臺運(yùn)動解耦，轉(zhuǎn)動中心唯一；(2)動平臺相對定平臺轉(zhuǎn)動工作空間大，轉(zhuǎn)動角度可達(dá)± 90度；(3)關(guān)節(jié)體積小，剛度大；
(4)關(guān)節(jié)的四條運(yùn)動支鏈之間相互耦合，大大提高了關(guān)節(jié)的受力性能。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0016]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1偏轉(zhuǎn)狀態(tài)立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0017]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0018]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2偏轉(zhuǎn)狀態(tài)立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0019]圖5是本發(fā)明實(shí)施例3立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0020]圖6是本發(fā)明實(shí)施例3偏轉(zhuǎn)狀態(tài)立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0021]圖中:1.定平臺，2.動平臺，(A3，B3，C3，D3).下連桿，(A4，B4，C4，D4).中連桿，(A5，B5，C5，D5).上連桿，(A6，B6，C6，D6).耦合連桿，7.中心連桿。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，在所有實(shí)施例中，所述Rij表示一個轉(zhuǎn)動副，Si j表示一個球面副，其中i，j為自然數(shù)。
[0023]實(shí)施例1
[0024]如圖1、圖2所示是本發(fā)明公開的第I個實(shí)施例，一種球面兩自由度并聯(lián)機(jī)器人關(guān)節(jié)，主要包括定平臺1、動平臺2，連接動、定平臺的四條運(yùn)動支鏈。四條運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)相同，其中第一運(yùn)動支鏈由下連桿A3、中連桿A4和上連桿A5組成，下連桿A3與定平臺I之間通過轉(zhuǎn)動副Rll連接，下連桿A3與中連桿A4通過球面副S12連接，中連桿A4與上連桿A5通過轉(zhuǎn)動副Rl3連接，上連桿A5與動平臺2之間通過球面副S15連接;第二運(yùn)動支鏈由下連桿B3、中連桿B4和上連桿B5組成，下連桿B3與定平臺I之間通過轉(zhuǎn)動副R21連接，下連桿B3與中連桿B4通過球面副S22連接，中連桿B4與上連桿B5通過轉(zhuǎn)動副R23連接，上連桿B5與動平臺2之間通過球面副S25連接;第三運(yùn)動支鏈由下連桿C3、中連桿C4和上連桿C5組成，下連桿C3與定平臺I之間通過轉(zhuǎn)動副R31連接，下連桿C3與中連桿C4通過球面副S32連接，中連桿C4與上連桿C5通過轉(zhuǎn)動副R33連接，上連桿C5與動平臺2之間通過球面副S35連接;第四運(yùn)動支鏈由下連桿D3、中連桿D4和上連桿D5組成，下連桿D3與定平臺I之間通過轉(zhuǎn)動副R41連接，下連桿D3與中連桿D4通過球面副S42連接，中連桿D4與上連桿D5通過轉(zhuǎn)動副R43連接，上連桿D5與動平臺2之間通過球面副S45連接。
[0025]四條運(yùn)動支鏈之間通過四條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運(yùn)動支鏈與中心連桿7之間均由一條耦合連桿連接。其中第一耦合連桿A6—端與第一運(yùn)動支鏈中的中連桿A4固定連接，耦合連桿A6另一端與中心連桿7通過轉(zhuǎn)動副R14連接;第二耦合連桿B6—端與第二運(yùn)動支鏈中的中連桿B4固定連接，耦合連桿B6另一端與中心連桿7通過轉(zhuǎn)動副R24連接;第三耦合連桿C6—端與第三運(yùn)動支鏈中的中連桿C4固定連接，耦合連桿C6另一端與中心連桿7通過轉(zhuǎn)動副R34連接;第四耦合連桿D6—端與第四運(yùn)動支鏈中的中連桿D4固定連接，耦合連桿D6另一端與中心連桿7通過轉(zhuǎn)動副R44連接;所述轉(zhuǎn)動副R14、轉(zhuǎn)動副R24、轉(zhuǎn)動副R34、轉(zhuǎn)動副R44軸線相互重合。
[0026]所述轉(zhuǎn)動副R11、轉(zhuǎn)動副R13、轉(zhuǎn)動副R14、轉(zhuǎn)動副R21、轉(zhuǎn)動副R23、轉(zhuǎn)動副R24、轉(zhuǎn)動副R31、轉(zhuǎn)動副R33、轉(zhuǎn)動副R34、轉(zhuǎn)動副R41、轉(zhuǎn)動副R43、轉(zhuǎn)動副R44軸線相交于一點(diǎn)，且該點(diǎn)即為關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動中心。
[0027]實(shí)施例2
[0028]如圖3、圖4所示是本發(fā)明公開