一種新型兩自由度并聯(lián)機(jī)器人關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人、精密儀器和設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種新型兩自由度并聯(lián)機(jī)器人關(guān)節(jié)。
技術(shù)背景
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)相對傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動精度高、剛度大、動態(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)，成為了并聯(lián)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域一個重要的內(nèi)容。
[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，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，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)明提供一種新型兩自由度并聯(lián)機(jī)器人關(guān)節(jié)，可實現(xiàn)動平臺繞定平臺做球面兩自由度轉(zhuǎn)動，且該并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有體積小、剛度大、精度高、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、定平臺的三條運(yùn)動支鏈，其有三種連接方式:
[0007]第一種連接方式:三條運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)相同，每條運(yùn)動支鏈均由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過下轉(zhuǎn)動副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過中間轉(zhuǎn)動副連接，上連桿另一端與動平臺通過球面副連接;三條運(yùn)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(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)動支鏈之間通過轉(zhuǎn)動副連接，且該轉(zhuǎn)動副軸線與被連接運(yùn)動支鏈中的中間轉(zhuǎn)動副軸線重合，親合連桿另一端與中心連桿通過轉(zhuǎn)動副連接，三條親合連桿與中心連桿連接形成的三個轉(zhuǎn)動副的軸線重合;本關(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。
[0008]第二種連接方式:三條運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)相同，每條運(yùn)動支鏈均由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過球面副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過中間轉(zhuǎn)動副連接，上連桿另一端與動平臺通過上轉(zhuǎn)動副連接;三條運(yùn)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(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)動支鏈之間通過轉(zhuǎn)動副連接，且該轉(zhuǎn)動副軸線與被連接運(yùn)動支鏈中的中間轉(zhuǎn)動副軸線重合，親合連桿另一端與中心連桿通過轉(zhuǎn)動副連接，三條親合連桿與中心連桿連接形成的三個轉(zhuǎn)動副的軸線重合;本關(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]第三種連接方式:第一運(yùn)動支鏈與第二運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)相同，兩條運(yùn)動支鏈均由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過下轉(zhuǎn)動副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過中間轉(zhuǎn)動副連接，上連桿另一端與動平臺通過球面副連接;第三運(yùn)動支鏈由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過球面副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過中間轉(zhuǎn)動副連接，上連桿另一端與動平臺通過上轉(zhuǎn)動副連接;三條運(yùn)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(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)動支鏈之間通過轉(zhuǎn)動副連接，且該轉(zhuǎn)動副軸線與被連接運(yùn)動支鏈中的中間轉(zhuǎn)動副軸線重合，親合連桿另一端與中心連桿通過轉(zhuǎn)動副連接，三條親合連桿與中心連桿連接形成的三個轉(zhuǎn)動副的軸線重合;本關(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。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011](I)動平臺相對定平臺具有球面兩轉(zhuǎn)動自由度，轉(zhuǎn)動中心唯一；(2)動平臺相對定平臺轉(zhuǎn)動工作空間大；(3)關(guān)節(jié)體積小，剛度大；(4)三條運(yùn)動支鏈之間相互耦合，進(jìn)一步提高了關(guān)節(jié)的受力性能；(5)在運(yùn)動支鏈中適當(dāng)引入球面副，減少關(guān)節(jié)中各運(yùn)動副之間的約束，使關(guān)節(jié)易于加工和裝配。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施例1立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0013]圖2是本發(fā)明實施例2立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0014]圖3是本發(fā)明實施例3立體結(jié)構(gòu)示意簡圖.
[0015]圖中:1.定平臺，2.動平臺，(3,3'，3").下連桿，(4，f，4").上連桿，(5，5'，5").耦合連桿，6.中心連桿。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)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)。
[0017]實施例1
[0018]如圖1所示是本發(fā)明公開的第I個實施例，一種新型兩自由度并聯(lián)機(jī)器人關(guān)節(jié)，主要包括定平臺1、動平臺2，連接動、定平臺的三條運(yùn)動支鏈。三條運(yùn)動支鏈結(jié)構(gòu)相同，其中第一運(yùn)動支鏈由下連桿3和上連桿4組成，下連桿3與定平臺I之間通過轉(zhuǎn)動副Rl I耦合連接，下連桿3與上連桿4通過轉(zhuǎn)動副R12耦合連接，上連桿4與動平臺2之間通過球面副S13耦合連接;第二運(yùn)動支鏈由下連桿Y和上連桿V組成，下連桿Y與定平臺I之間通過轉(zhuǎn)動副R21耦合連接，下連桿3'與上連桿4'通過轉(zhuǎn)動副R22耦合連接，上連桿4'與動平臺2之間通過球面副S23耦合連接;第三運(yùn)動支鏈由下連桿3丨丨和上連桿4 "組成，下連桿3 "與定平臺I之間通過轉(zhuǎn)動副R31耦合連接，下連桿3丨丨與上連桿4"通過轉(zhuǎn)動副R32耦合連接，上連桿4"與動平臺2之間通過球面副S33耦合連接。
[0019]三條運(yùn)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(yùn)動支鏈與中心連桿之間均由一條親合連桿連接。第一親合連桿5—端與第一運(yùn)動支鏈通過轉(zhuǎn)動副R14耦合連接，另一端與中心連桿6通過轉(zhuǎn)動副R15耦合連接，且轉(zhuǎn)動副R14軸線與轉(zhuǎn)動副R12軸線重合;第二耦合連桿5' 一端與第二運(yùn)動支鏈通過轉(zhuǎn)動副R24耦合連接，另一端與中心連桿6通過轉(zhuǎn)動副R25耦合連接，且轉(zhuǎn)動副R24軸線與轉(zhuǎn)動副R22軸線重合;第三耦合連桿5"—端與第三運(yùn)動支鏈通過轉(zhuǎn)動副R34耦合連接，另一端與中心連桿6通過轉(zhuǎn)動副R35耦合連接，且轉(zhuǎn)動副R34軸線與轉(zhuǎn)動副R32軸線重合。所述轉(zhuǎn)動副R15、轉(zhuǎn)動副R25、轉(zhuǎn)動副R35軸線相互重合，所述轉(zhuǎn)動副R11、轉(zhuǎn)動副R12、轉(zhuǎn)動副R14、轉(zhuǎn)動副R15、轉(zhuǎn)動副R21、轉(zhuǎn)動副R22、轉(zhuǎn)動副R24、轉(zhuǎn)動副R25、轉(zhuǎn)動副R31、轉(zhuǎn)動副R32、轉(zhuǎn)動副R34、轉(zhuǎn)動副R35軸線相交于一點(diǎn)，且該點(diǎn)即為關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動中心。