大工作空間球面兩自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人、精密儀器和設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種球面兩自由度機(jī)器人關(guān)
-K-
T O
技術(shù)背景
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)相對(duì)傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)精度高、剛度大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、包裝機(jī)械、機(jī)器人等領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用。由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)受運(yùn)動(dòng)副工作空間和支鏈干涉等影響，使得并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)空間普遍較小，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(jià)值。
[0003]并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度可分為移動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其中移動(dòng)自由度可通過(guò)增大機(jī)構(gòu)尺寸的辦法增大移動(dòng)工作空間，然而轉(zhuǎn)動(dòng)空間卻不隨機(jī)構(gòu)尺寸的增大而增加。國(guó)外對(duì)大工作空間轉(zhuǎn)動(dòng)類并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究較早，發(fā)明專利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，發(fā)明專利US4686866公開了一種大工作空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并成功應(yīng)用于工業(yè)噴涂機(jī)器人中，發(fā)明專利US6658962B1公開了一種四支鏈大工作空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)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(guó)內(nèi)對(duì)具有大轉(zhuǎn)動(dòng)工作空間的并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究成果較少，其中發(fā)明專利C N1 3 21 7 9 8 6 A和發(fā)明專利CN103433916A對(duì)大工作空間兩轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，并取得了一些成果。但上述大轉(zhuǎn)動(dòng)工作空間的并聯(lián)機(jī)構(gòu)都屬于非球面轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)中心不唯一，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(wèn)題，本發(fā)明提供一種大工作空間球面兩自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)繞定平臺(tái)做球面兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，且該關(guān)節(jié)具有體積小，剛度大，轉(zhuǎn)動(dòng)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(tái)、動(dòng)平臺(tái)，連接動(dòng)、定平臺(tái)的四條運(yùn)動(dòng)支鏈，其有三種連接方式:
[0007]第一種連接方式:四條運(yùn)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)相同，每條運(yùn)動(dòng)支鏈均由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺(tái)通過(guò)下轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過(guò)中間轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，上連桿另一端與動(dòng)平臺(tái)通過(guò)上轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；四條運(yùn)動(dòng)支鏈之間通過(guò)四條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運(yùn)動(dòng)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(dòng)支鏈之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與被連接運(yùn)動(dòng)支鏈中的中間轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，耦合連桿另一端與中心連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，四條耦合連桿與中心連桿連接形成的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線重合;所述機(jī)器人關(guān)節(jié)中所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線匯交于一點(diǎn)，且該點(diǎn)即為機(jī)器人關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。
[0008]第二種連接方式:四條運(yùn)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)相同，每條運(yùn)動(dòng)支鏈均由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺(tái)通過(guò)球面副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過(guò)中間轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，上連桿另一端與動(dòng)平臺(tái)通過(guò)球面副連接；四條運(yùn)動(dòng)支鏈之間通過(guò)四條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運(yùn)動(dòng)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(dòng)支鏈之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與被連接運(yùn)動(dòng)支鏈中的中間轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，耦合連桿另一端與中心連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，四條耦合連桿與中心連桿連接形成的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線重合;所述機(jī)器人關(guān)節(jié)中所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線匯交于一點(diǎn)，且該點(diǎn)即為機(jī)器人關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。
[0009]第三種連接方式:第一運(yùn)動(dòng)支鏈與第二運(yùn)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)相同，兩條運(yùn)動(dòng)支鏈均由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺(tái)通過(guò)球面副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過(guò)中間轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，上連桿另一端與動(dòng)平臺(tái)通過(guò)球面副連接;第三運(yùn)動(dòng)支鏈與第四運(yùn)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)相同，兩條運(yùn)動(dòng)支鏈均由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺(tái)通過(guò)下轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過(guò)中間轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，上連桿另一端與動(dòng)平臺(tái)通過(guò)上轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；四條運(yùn)動(dòng)支鏈之間通過(guò)四條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運(yùn)動(dòng)支鏈與中心連桿之間均由一條親合連桿連接，親合連桿一端與運(yùn)動(dòng)支鏈之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與被連接運(yùn)動(dòng)支鏈中的中間轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，耦合連桿另一端與中心連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，四條耦合連桿與中心連桿連接形成的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線重合;所述機(jī)器人關(guān)節(jié)中所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線匯交于一點(diǎn)，且該點(diǎn)即為機(jī)器人關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011 ] (I)動(dòng)平臺(tái)相對(duì)定平臺(tái)具有球面兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，且運(yùn)動(dòng)解耦，轉(zhuǎn)動(dòng)中心唯一；(2)動(dòng)平臺(tái)相對(duì)定平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)工作空間大；(3)關(guān)節(jié)體積小，剛度大；(4)關(guān)節(jié)的四條運(yùn)動(dòng)支鏈間通過(guò)耦合連桿相互連接，進(jìn)一步提高了機(jī)構(gòu)的受力性能。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖.
[0013]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(jiǎn)圖.
[0014]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖.
[0015]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(jiǎn)圖.
[0016]圖5是本發(fā)明實(shí)施例3立體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖.
[0017]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(jiǎn)圖.
[0018]圖中:1.定平臺(tái)，2.動(dòng)平臺(tái)，(A3，B3，C3，D3).下連桿，(A4，B4，C4，D4).上連桿，(A5，B5，C5，D5).耦合連桿，6.中心連桿ο
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，在所有實(shí)施例中，所述Rij表示一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述Si j表示一個(gè)球面副，其中i，j為自然數(shù)。
[0020]實(shí)施例1
[0021]如圖1、圖2所示是本發(fā)明公開的第I個(gè)實(shí)施例，一種大工作空間球面兩自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，主要包括定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)2，連接動(dòng)、定平臺(tái)的四條運(yùn)動(dòng)支鏈。四條運(yùn)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)相同，其中第一運(yùn)動(dòng)支鏈由下連桿A3和上連桿A4組成，下連桿A3與定平臺(tái)I之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl I耦合連接，下連桿A3與上連桿A4通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl 2耦合連接，上連桿A4與動(dòng)平臺(tái)2之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R15耦合連接;第二運(yùn)動(dòng)支鏈由下連桿B3和上連桿B4組成，下連桿B3與定平臺(tái)I之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R21耦合連接，下連桿B3與上連桿B4通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R22耦合連接，上連桿B4與動(dòng)平臺(tái)2之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R25耦合連接;第三運(yùn)動(dòng)支鏈由下連桿C3和上連桿C4組成，下連桿C3與定平臺(tái)I之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R31耦合連接，下連桿C3與上連桿C4通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R32耦合連接，上連桿C4與動(dòng)平臺(tái)2之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R35耦合連接;第四運(yùn)動(dòng)支鏈由下連桿D3和上連桿D4組成，下連桿D3與定平臺(tái)I之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R41耦合連接，下連桿D3與上連桿D4通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R42耦合連接，上連桿D4與動(dòng)平臺(tái)2之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R45耦合連接。
[0022]四條運(yùn)動(dòng)支鏈之間通過(guò)四條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運(yùn)動(dòng)支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接。其中第一耦合連桿A5—端與第一運(yùn)動(dòng)支鏈通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)畐IJR13耦合連接，另一端與中心連桿6通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R14耦合連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副R13軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl2軸線重合;第二耦合連桿B5—端與第二運(yùn)動(dòng)支鏈通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R23耦合連接，另一端與中心連桿6通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R24耦合連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副R23軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副R22軸線重合;第三耦合連桿C5—端與第三運(yùn)動(dòng)支鏈通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R33耦合連接，另一端與中心連桿6通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R34耦合連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副R33軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副R32軸線重合;第四耦合連桿D5—端與第四運(yùn)動(dòng)支鏈通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R43耦合連接，另一端與中心連桿6通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R44耦合連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副R43軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副R42軸線重合。所述轉(zhuǎn)動(dòng)副R14、R24、R34、R44軸線重合;所述轉(zhuǎn)動(dòng)副R11、轉(zhuǎn)動(dòng)副R12、轉(zhuǎn)動(dòng)副R13、轉(zhuǎn)動(dòng)副R14、轉(zhuǎn)動(dòng)副R15、轉(zhuǎn)動(dòng)副R21、轉(zhuǎn)動(dòng)副R2 2、轉(zhuǎn)動(dòng)副R2 3、轉(zhuǎn)動(dòng)副R24、轉(zhuǎn)動(dòng)副R25、轉(zhuǎn)動(dòng)副R31、轉(zhuǎn)動(dòng)副R32、轉(zhuǎn)動(dòng)副R33、轉(zhuǎn)動(dòng)副R34、轉(zhuǎn)動(dòng)副R35、轉(zhuǎn)動(dòng)副R41、轉(zhuǎn)動(dòng)副R42、轉(zhuǎn)動(dòng)副R43、轉(zhuǎn)動(dòng)副R44、轉(zhuǎn)動(dòng)副R45軸線相交于一點(diǎn)，且該點(diǎn)即為機(jī)器人關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。
[0023]實(shí)施例2
[0024]如圖3、圖4所示是本發(fā)明公開的第2個(gè)實(shí)施例，一種大工作空間球面兩自由度機(jī)器人關(guān)