[發(fā)明專利]一種運(yùn)動(dòng)模式可變的二自由度并聯(lián)機(jī)械手腕

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410146578.8
• 申請(qǐng)日: 2014-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103909526A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于靖軍;孔憲文;吳鈧;曠靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J17/00
• 分類號(hào): B25J17/00
• 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)明涉及一種運(yùn)動(dòng)模式可變的二自由度并聯(lián)機(jī)械手腕，屬于機(jī)器人和機(jī)械制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于本身剛度大，響應(yīng)速度快，運(yùn)動(dòng)精度高，被廣泛應(yīng)用于飛行器重載模擬設(shè)備、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、傳感器及微操作等領(lǐng)域。在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用中，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣，尤其在機(jī)器人關(guān)節(jié)、空間指向及對(duì)接、負(fù)載模擬仿真、醫(yī)療微創(chuàng)手術(shù)以及人機(jī)交互等領(lǐng)域具有相當(dāng)高的應(yīng)用價(jià)值。如：Clément?Gosselin發(fā)明了球面五桿二自由度并聯(lián)式指向裝置，公開(kāi)號(hào)為US5966991，可以用作機(jī)床的球面刀頭；Farshid?Najafi發(fā)明了具有虛擬轉(zhuǎn)心特性的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(US7204168)，可以用作腹腔外科手術(shù)仿真環(huán)境的力反饋；公開(kāi)號(hào)為US5893296與公開(kāi)號(hào)為WO99/21070中公開(kāi)的一種四支鏈的二自由度并聯(lián)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，被成功用于景觀噴泉等裝置。

目前國(guó)內(nèi)外雖然在二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究工作中取得了一些成果，但還存有如下不足：1)目前的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)單一運(yùn)動(dòng)模式，即同一并聯(lián)機(jī)構(gòu)只能進(jìn)行二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)或二自由度移動(dòng)，不能再二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模式切換；2)目前的二自由度并聯(lián)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)比較難實(shí)現(xiàn)虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)中心。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種運(yùn)動(dòng)模式可變的二自由度并聯(lián)機(jī)械手腕，可以實(shí)現(xiàn)二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)或二自由度移動(dòng)，并且在滿足一定條件是在兩種模式下進(jìn)行切換。

一種運(yùn)動(dòng)模式可變的二自由度并聯(lián)機(jī)械手腕，其特征在于：包括固定基座，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以及三條條運(yùn)動(dòng)支鏈。

所述固定基座為三個(gè)定軸構(gòu)成，三個(gè)定軸的軸線交于一點(diǎn)N，且相鄰定軸軸線間的夾角相等；三個(gè)定軸的另一端為轉(zhuǎn)動(dòng)端，分別與三條運(yùn)動(dòng)支鏈相連形成轉(zhuǎn)動(dòng)副。

所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為三個(gè)動(dòng)軸構(gòu)成，三個(gè)動(dòng)軸軸線交于一點(diǎn)M，且相鄰動(dòng)軸軸線間的夾角相等；三個(gè)動(dòng)軸的另一端為轉(zhuǎn)動(dòng)端，分別與三條運(yùn)動(dòng)支鏈相連形成轉(zhuǎn)動(dòng)副。

其中，固定基座和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)分別位于上下位置，通過(guò)軸向均布的三條運(yùn)動(dòng)支鏈相連。

上述固定基座與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中，令三個(gè)定軸和三個(gè)動(dòng)軸與線段MN間的夾角均為θ，當(dāng)0＜θ＜90°時(shí)，三個(gè)定軸均朝下傾斜；三個(gè)動(dòng)軸均朝上傾斜設(shè)置；此時(shí)，固定基座與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)均為空間結(jié)構(gòu)；當(dāng)θ＝90°時(shí)，三個(gè)定軸在同一平面上；三個(gè)動(dòng)軸在同一平面上；此時(shí)，固定基座與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)均為平面結(jié)構(gòu)。

所述運(yùn)動(dòng)支鏈包括上連桿、中連桿和下連桿；其中，上連桿和下連桿均為弧形桿，兩端均開(kāi)有貫穿桿件內(nèi)外兩側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接孔，且上連桿和下連桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接孔軸線分別與上連桿、下連桿軸線相交且垂直；中連桿兩端外側(cè)設(shè)計(jì)有連接軸，連接軸的軸線垂直于中連桿且相互平行；下連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)副連接孔與中間連桿另一端的連接軸構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；上述下連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)副連接孔與固定基座中的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；下連桿另一端轉(zhuǎn)動(dòng)副連接孔與中連桿另一端連接軸相連，形成轉(zhuǎn)動(dòng)副；上連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)副連接孔與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)軸連接端相連，形成轉(zhuǎn)動(dòng)副；上連桿另一端轉(zhuǎn)動(dòng)副連接孔與中連桿一端的連接軸相連，形成轉(zhuǎn)動(dòng)副。

上述結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)支鏈可具有三種構(gòu)型，具體為：

構(gòu)型A：上連桿與下連桿均位于中連桿同側(cè)；

構(gòu)型B：上連桿位于中連桿左側(cè)，下連桿位于中連桿右側(cè)；

構(gòu)型C：上連桿位于中連桿右側(cè)，下連桿位于中連桿左側(cè)。

上述固定基座和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)同時(shí)采用空間結(jié)構(gòu)或平面結(jié)構(gòu)，分別位于上下位置，通過(guò)上述3種構(gòu)型運(yùn)動(dòng)支鏈相連；且需滿足：

a、下連桿和固定基座間的轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，與下連桿和中連桿間的轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直交于點(diǎn)B；

b、上連桿和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)間的轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，與上連桿和中連桿間的轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直交于點(diǎn)A；

c、上連桿和中連桿間的轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，與下連桿和中連桿間的轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行；

d、三條運(yùn)動(dòng)支鏈與固定基座與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接后，點(diǎn)B與固定基座中心點(diǎn)重合，點(diǎn)A與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)重合。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明運(yùn)動(dòng)模式可變的二自由度并聯(lián)機(jī)械手腕可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)和二自由度平移兩種運(yùn)動(dòng)模式，在一些構(gòu)型下可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模式的靈活切換；

2、本發(fā)明運(yùn)動(dòng)模式可變的二自由度并聯(lián)機(jī)械手腕使用相同支鏈，采用不同安裝形式，可以產(chǎn)生不同機(jī)構(gòu)構(gòu)型，以滿足不同需要；

3、本發(fā)明運(yùn)動(dòng)模式可變的二自由度并聯(lián)機(jī)械手腕在二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)模式下可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)繞固定基座一點(diǎn)的二自由度球面純滾動(dòng)；