[發(fā)明專利]一種用于機(jī)器人腕部、肩部的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210457479.2
• 申請(qǐng)日: 2012-11-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102962848A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡磊;于惠勇;彭程
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J17/02
• 分類(lèi)號(hào): B25J17/02
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長(zhǎng)琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及仿人機(jī)器人領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是一種用于機(jī)器人腕部、肩部的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

并聯(lián)機(jī)構(gòu)相對(duì)串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、精度高、慣性小、負(fù)載大及動(dòng)力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)。通常由動(dòng)平臺(tái)和靜平臺(tái)以及連接兩平臺(tái)的連桿機(jī)構(gòu)組成。19世紀(jì)60年代，Gough發(fā)明了一種6-DOF機(jī)構(gòu)，用于輪胎檢測(cè)。之后Stewart對(duì)Gough發(fā)明的這種機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)學(xué)意義上的研究，將其應(yīng)用于飛行模擬器，這種六自由度機(jī)構(gòu)通常被稱為Gough-Stewart平臺(tái)。雖然這種平臺(tái)具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但其工作空間小，姿態(tài)實(shí)現(xiàn)困難，運(yùn)動(dòng)正解，運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，精度標(biāo)定復(fù)雜。為了解決六自由并聯(lián)機(jī)構(gòu)的這些不足，使其具有串聯(lián)機(jī)構(gòu)的大工作空間和靈活性。近年來(lái)，以純平動(dòng)和純轉(zhuǎn)動(dòng)為代表的三自由并聯(lián)結(jié)構(gòu)作為少自由度機(jī)構(gòu)的兩大的方面，得到了更多研究。其中，純轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究較少：經(jīng)典的3-RRR機(jī)構(gòu)為過(guò)約束機(jī)構(gòu)，對(duì)制造和安裝精度要求很高；Di?Gregorio提出3-RUU機(jī)構(gòu)，器實(shí)際上等效與3-RRR機(jī)構(gòu)；Vischer提出Arogs機(jī)構(gòu)，其實(shí)際與3-RRR機(jī)構(gòu)是等效的；Karouia提出3-UPU機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，控制上較為復(fù)雜；河北工業(yè)大學(xué)的劉磊提出了3-RRR+S機(jī)構(gòu)，雖然提高了3-RRR的剛度，但沒(méi)有解決制造和安裝精度的問(wèn)題。目前常規(guī)的機(jī)電系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓精密驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)。在仿人機(jī)器人應(yīng)用方面，已有的構(gòu)型多采用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于精度高，伺服控制實(shí)現(xiàn)容易，但較液壓驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力輸出較低，因而電機(jī)驅(qū)動(dòng)不能夠很好的支撐仿人大小的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種一種用于機(jī)器人腕部、肩部的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，采用液壓缸作為動(dòng)力輸出，在占用小部分體積的同時(shí)，能夠提供較大的動(dòng)力輸出，且該機(jī)構(gòu)能夠在仿人機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用到機(jī)器人腕部、肩部等三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)處。

本發(fā)明三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、液壓缸支鏈與支撐旋轉(zhuǎn)桿件構(gòu)成。其中靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)通過(guò)3套液壓缸支鏈相連，其中，每套液壓缸支鏈包括虎克鉸組件與液壓缸構(gòu)成；液壓缸的缸體端與伸縮端分別通過(guò)一個(gè)具有兩個(gè)垂直方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度虎克鉸組件與靜平臺(tái)和同平臺(tái)相連；令與液壓缸缸體端相連的虎克鉸組件為第一虎克鉸組件；與液壓缸伸縮端相連的虎克鉸組件為第二虎克鉸組件；液壓缸的缸體端與第一虎克鉸組件中一個(gè)連接件固連，第一虎克鉸組件中另一連接件的面連接板與靜平臺(tái)固連；液壓缸的伸縮端與第二虎克鉸組件中一個(gè)連接件固連；第二虎克鉸組件中另一個(gè)連接件與動(dòng)平臺(tái)固連；

靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)間還連接有由上支桿、下支桿、彈簧與銷(xiāo)釘構(gòu)成的支撐旋轉(zhuǎn)桿件；其中，上支桿一端與動(dòng)平臺(tái)中心處固連；下支桿一端與靜平臺(tái)中心處固連；上支桿另一端具有球頭，下支桿另一端具有凹槽，通過(guò)球頭和凹槽面相切配合，使上支桿與下支桿間的球鉸連接。

由于液壓缸伸縮端與缸體端之間可以直動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，以具有凹槽的支撐旋轉(zhuǎn)桿件上端為軸心，可使動(dòng)平臺(tái)具有空間內(nèi)三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源采用液壓缸，提高了機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力體積比，能夠在仿人機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用到腕部、肩部等三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)處；

2、本發(fā)明三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)承載能力大、構(gòu)型簡(jiǎn)單、加工精度要求低；

3、本發(fā)明三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)為模塊化結(jié)構(gòu)單元，對(duì)于不同要的任務(wù)要求，通過(guò)聯(lián)接可以實(shí)現(xiàn)不同構(gòu)型，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中一套液壓缸支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為液壓缸支鏈中虎克鉸組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為虎克鉸組件中連接件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中支撐旋轉(zhuǎn)桿件與靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)間連接方式示意圖；

圖6為通過(guò)三個(gè)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的整個(gè)仿人機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為兩個(gè)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)間的連接方式示意圖。

圖中：

1-靜平臺(tái)????????????2-動(dòng)平臺(tái)????????????3-液壓缸支鏈????4-支撐旋轉(zhuǎn)桿件

301-第一虎克鉸組件??302-第二虎克鉸組件??303-液壓缸??????304-連接件A

305-連接件B?????????306-連接塊??????????307-連接軸??????308-安裝板