新型兩轉(zhuǎn)動機器人關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種機器人關(guān)節(jié)，特別涉及一種新型兩轉(zhuǎn)動機器人關(guān)節(jié)。
技術(shù)背景
[0002]并聯(lián)機構(gòu)相比傳統(tǒng)的串聯(lián)機構(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，此外并聯(lián)機構(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，完全對稱的并聯(lián)機構(gòu)還具有較好的各向同性。但并聯(lián)機構(gòu)的工作空間相比串聯(lián)機構(gòu)較小，嚴重制約了并聯(lián)機構(gòu)在工業(yè)和機器人等領(lǐng)域的應用，因此研究具有大工作空間的并聯(lián)機構(gòu)，具有重要的理論意義和實際應用價值。
[0003]并聯(lián)機構(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)機構(gòu)，并成功應用于雷達追蹤設備;美國專利US4686866公開了一種大工作空間兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，并成功應用于工業(yè)噴涂機器人中；美國專利US7478576B2公開了一種三支鏈大工作空間兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)，并將其應用于機器人腕關(guān)節(jié)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)機構(gòu)進行了研究，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)機構(gòu)都屬于非球面并聯(lián)機構(gòu)，機構(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)嚴重限制了這類機構(gòu)在機器人特別是仿生機器人領(lǐng)域的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種新型兩轉(zhuǎn)動機器人關(guān)節(jié)，可實現(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，可廣泛應用于機器人特別是仿生機器人等領(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、定平臺的三條運動支鏈，其有三種連接方式:
[0007]第一種連接方式:三條運動支鏈結(jié)構(gòu)相同，每條運動支鏈均由下連桿、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；
[0008]三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運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，三條耦合連桿與中心連桿連接形成的三個轉(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，且該點即為關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動中心。
[0009]第二種連接方式:三條運動支鏈結(jié)構(gòu)相同，每條運動支鏈均由下連桿、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；
[0010]三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運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，三條耦合連桿與中心連桿連接形成的三個轉(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，且該點即為關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動中心。
[0011 ]第三種連接方式:第一運動支鏈由下連桿、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、第三運動支鏈結(jié)構(gòu)相同，兩條運動支鏈均由下連桿、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]三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運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，三條耦合連桿與中心連桿連接形成的三個轉(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，且該點即為關(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:
[0014](I)動平臺相對定平臺具有球面兩轉(zhuǎn)動自由度，且轉(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± 90度；(3)關(guān)節(jié)體積小，剛度大；(4)關(guān)節(jié)的三條運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)明實施例1立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0016]圖2是本發(fā)明實施例1偏轉(zhuǎn)狀態(tài)立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0017]圖3是本發(fā)明實施例2立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0018]圖4是本發(fā)明實施例3立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0019]圖中:1.定平臺，2.動平臺，(3J，3").下連桿，(4，f，4").中連桿，(5,5'，5").上連桿,(6,6^6").耦合連桿，7.中心連桿。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，在所有實施例中，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)。
[0021]實施例1
[0022]如圖1、圖2所示是本發(fā)明公開的第I個實施例，一種新型兩轉(zhuǎn)動機器人關(guān)節(jié)，主要包括定平臺1、動平臺2，連接動、定平臺的三條運動支鏈。三條運動支鏈結(jié)構(gòu)相同，其中第一運動支鏈由下連桿3、中連桿4和上連桿5組成，下連桿3與定平臺I之間通過球面副SI I連接，下連桿3與中連桿4通過轉(zhuǎn)動副R12連接，中連桿4與上連桿5通過球面副S13連接，上連桿5與動平臺2之間通過轉(zhuǎn)動副R15連接;第二運動支鏈由下連桿3'、中連桿4'和上連桿51且成，下連桿3'與定平臺I之間通過球面副S21連接，下連桿3 ’與中連桿4 ’通過轉(zhuǎn)動副R22連接，中連桿4 '與上連桿5 ’通過球面副S23連接，上連桿5 ’與動平臺2之間通過轉(zhuǎn)動副R25連接;第三運動支鏈由下連桿3"、中連桿4"和上連桿5 "組成，下連桿3 "與定平臺I之間通過球面副S31連接，下連桿3丨丨與中連桿4丨丨通過轉(zhuǎn)動副R32連接，中連桿4丨丨與上連桿5丨丨通過球面副S33連接，上連桿5 "與動平臺2之間通過轉(zhuǎn)動副R35連接。
[0023]三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連桿7之間均由一條耦合連桿連接。其中第一耦合連桿6—端與第一運動支鏈中的中連桿4固定連接，親合連桿6另一端與中心連桿7通過轉(zhuǎn)動副R14連接;第二親合連桿6 1 一端與第二運動支鏈中的中連桿4丨固定連接，耦合連桿6丨另一端與中心連桿7通過轉(zhuǎn)動副R24連接;第三耦合連桿6"—端與第三運動支鏈中的中連桿4"固定連接，耦合連桿6"另一端與中心連桿7通過轉(zhuǎn)動副R34連接;所述轉(zhuǎn)動副R14、轉(zhuǎn)動副R24、轉(zhuǎn)動副R34軸線相互重合。
[0024]所述轉(zhuǎn)動副R12、轉(zhuǎn)動副R14、轉(zhuǎn)動副R15、轉(zhuǎn)動副R22、轉(zhuǎn)動副R24、轉(zhuǎn)動副R25、轉(zhuǎn)動畐