基于非完整約束的新型欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手腕裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人手腕裝置，特別是一種基于非完整約束的新型欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手腕裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是指控制出入小于系統(tǒng)自由度的機(jī)構(gòu)，欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人是一種含有欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人，由于其具有體積小、重量輕、成本低、能耗低、靈活性高等特點(diǎn)，因此引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注，成為機(jī)器人領(lǐng)域研究的新熱點(diǎn)。欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人分別以空間機(jī)器人、水下機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人、行走機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人、伺服機(jī)器人和柔性機(jī)器人等多種形式出現(xiàn)在各行各業(yè)。
[0003]并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以定義為動(dòng)平臺和定平臺通過至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有無累積誤差，精度較高；驅(qū)動(dòng)裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運(yùn)動(dòng)部分重量輕，速度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度尚，承載能力大，完全對稱的并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有$父好的各向同性。
[0004]與人類相似，機(jī)器人的功能要通過機(jī)械臂操作來實(shí)現(xiàn)，而手腕是聯(lián)系手臂和手爪的重要裝置，其設(shè)計(jì)的是機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)有的機(jī)器人手腕一般為三個(gè)自由度，均使用三個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度。由于一個(gè)自由度需要由一個(gè)動(dòng)力源(如電機(jī)等)來支持，而動(dòng)力源的質(zhì)量往往占關(guān)節(jié)總質(zhì)量的大部分，所以這類裝置顯著的不足之處在于:該裝置采用完全驅(qū)動(dòng)的方式，致使機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較大，質(zhì)量較大，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對上述有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于非完整約束的新型欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手腕裝置。該裝置帶有兩個(gè)動(dòng)力源，而且其動(dòng)平臺具有三個(gè)自由度，結(jié)構(gòu)簡單，可靠，體積小、重量輕，成本低，易于加工，易于維護(hù)。該裝置可以作為機(jī)器人手腕或多個(gè)串聯(lián)形成機(jī)器人手臂。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:
本發(fā)明的基于非完整約束的新型欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手腕裝置，含有靜平臺、動(dòng)平臺、連接它們的分支機(jī)構(gòu)鏈機(jī)構(gòu)和中間約束裝置。靜平臺通過兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈連接動(dòng)平臺，兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈都具有驅(qū)動(dòng)源，中間約束裝置形成一個(gè)非完整約束，從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)平臺的三自由度運(yùn)動(dòng)。
[0007]根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種基于非完整約束的新型欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手腕裝置，包括一個(gè)靜平臺、一個(gè)動(dòng)平臺、兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源和一個(gè)中間約束裝置，所述靜平臺通過所述兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈連接所述動(dòng)平臺，所述兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈傳動(dòng)，中間約束裝置形成一個(gè)非完整約束，從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)平臺的三自由度運(yùn)動(dòng)。
[0008]上述中間約束裝置的結(jié)構(gòu)是:一根連桿一端固定在圓板的下表面，另一端與球形連接件的內(nèi)表面固定連接;所述球形連接件的內(nèi)表面與球軸承的外圈固定連接，所述球軸承與所述連桿不接觸;細(xì)桿的一端與所述球軸承的內(nèi)圈固定連接;滾輪與上述球形連接件的外表面滾動(dòng)接觸，即滾輪與所述球形連接件不能滑動(dòng)接觸，只能緊貼著所述球形連接件滾動(dòng)，球形連接件和滾輪之間無間隙，過球形連接件的球心和滾輪的滾輪中心軸形成一個(gè)平面，在所述動(dòng)平臺旋轉(zhuǎn)的過程中，所述球形連接件會跟隨動(dòng)平臺一起旋轉(zhuǎn)，滾輪與球形連接件接觸點(diǎn)處的速度方向就與上述平面垂直，非完整速度約束的形成，是因?yàn)榻?jīng)過所述球形連接件的球心的任意直線都可作為所述球形連接件的旋轉(zhuǎn)軸，所述球形連接件可以繞著這根旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn);滾輪與支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接;支架固定在所述基座上表面。
[0009]上述靜平臺的結(jié)構(gòu)是:第一電機(jī)固定架固定在基座上表面，另一端連接所述的兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈中的一個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈;第二電機(jī)固定架也固定在基座上表面，另一端連接所述的兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈中的另一個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈，第二電機(jī)固定架與所述第一電機(jī)固定架成對稱分布。
[0010]上述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源為兩個(gè)電機(jī)，第一電機(jī)和第二電機(jī)分別固定在所述的第一電機(jī)固定架下表面和第二電機(jī)固定架下表面，第一電機(jī)和第二電機(jī)的輸出端分別與所述的兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈連接，兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述的兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈運(yùn)動(dòng)，從而同時(shí)帶動(dòng)所述的動(dòng)平臺運(yùn)動(dòng)。
[0011]上述兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈的結(jié)構(gòu)是:一根第一上連桿和一根第一下連桿構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副后串聯(lián)，構(gòu)成兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈中的一個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈，該分支機(jī)構(gòu)鏈的一端與所述第一電機(jī)的輸出端固定連接，該分支機(jī)構(gòu)鏈的另一端與動(dòng)平臺相連，構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副;一根第二上連桿和一根第二下連桿構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副后串聯(lián)，構(gòu)成兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈中的另一個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈，該分支機(jī)構(gòu)鏈的一端與所述第二電機(jī)的輸出端固定連接，該分支機(jī)構(gòu)鏈的另一端與動(dòng)平臺相連，構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副。
[0012]上述動(dòng)平臺的結(jié)構(gòu)是:第一動(dòng)平臺連桿一端固定在所述圓板下表面，第一動(dòng)平臺連桿另一端與所述第一上連桿構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；第二動(dòng)平臺連桿一端固定在所述圓板下表面，第二動(dòng)平臺連桿另一端與所述第二上連桿構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副;第一動(dòng)平臺連桿與第二動(dòng)平臺連桿成對稱分布。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn): 本發(fā)明采用兩個(gè)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作三自由度運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力源少，以手腕的體積也小，重量輕，成本低，僅需要較低的控制系統(tǒng)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，可作為機(jī)器人的關(guān)節(jié)，用以實(shí)現(xiàn)較少的動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)較多的手臂關(guān)節(jié)自由度。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的一種基于非完整約束的新型欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手腕裝置實(shí)施例的前視圖。
[0015]圖2是圖1的俯視圖。
[0016]圖3是圖1的A-A剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下: 參見圖1、圖2、圖3，一種基于非完整約束的新型欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手腕裝置，包括一個(gè)靜平臺、一個(gè)動(dòng)平臺、兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源和一個(gè)中間約束裝置，所述靜平臺通過所述兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈連接所述動(dòng)平臺，所述兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈分別在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)鏈傳動(dòng)，中間約束裝置形成一個(gè)非完整約束，從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)平臺的三自由度運(yùn)動(dòng)。
[0018]所述中間約束裝置的結(jié)構(gòu)是:一根連桿10—端固定在圓板7的下表面，另一端與球形連接件11的內(nèi)表面固定連接;所述球形連接件11的內(nèi)表面與球軸承17的外圈固定連接，所述球軸承17與所述連桿10不接觸;細(xì)桿12的一端與所述球軸承17的內(nèi)圈固定連接;滾輪18與上述球形連接件11的外表面滾動(dòng)接觸，即滾輪18與所述