[發明專利]三自由度驅動器及驅動方法

有效

• 申請號: 201410453614.5
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104260081A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 劉凱;馬韜;王揚威;顧寶彤;趙東標;陸永華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B25J9/02
• 分類號: B25J9/02;B25J13/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域??

????本發明涉及一種三自由度驅動器及驅動方法，屬機器人領域。??

背景技術

三自由度驅動器在機器人領域應用非常廣泛，不僅可以直接作為機器人本體機構應用，如平面三自由度并聯機器人機構，球面三自由度并聯機器人機構，也有將三自由度驅動器作為機器人肩關節、腕關節使用，或者將若干驅動器串聯起來組成機器人手臂。

目前主流三自由度驅動器多數是由電機驅動，并且常常包含齒輪減速裝置，這些裝置的引入不僅會降低驅動器的精度，而且會增加機械結構各部分的耦合性，使動力學建模及運動控制都變得復雜。同時電機驅動限制了它們的使用場合，例如在水下作業時，這樣的驅動器就很難應用。

????氣動人工肌肉是一種將氣體壓力轉化為機械拉力的裝置，由橡膠管、編織網及兩端的剛性連接件組成，具有結構簡單、柔順性好，輸出力/自重比大等優點，在醫療器械，仿生機器人等領域具有廣闊的應用前景。目前應用人工肌肉的三自由度驅動器多數是單純的并聯機構，盡管相比電機驅動的并聯機構其在結構輕巧、柔順性方面已經體現出很大的優勢，但不可避免的依然存在模型復雜，控制困難等問題，這就為研究一種新型的三自由度驅動器提供了依據。

發明內容

本發明旨在設計一種三自由度驅動器及驅動方法，其具有負載能力強，控制簡便，運動柔順等特點。

該三自由度驅動器依次包括固定平臺、小運動平臺、大運動平臺、操縱器，其中固定平臺與小運動平臺之間通過固定桿連接，固定桿一端與固定平臺固定連接，另一端與小運動平臺通過三自由度結構連接。固定平臺與大運動平臺之間通第一組氣動人工肌肉連接，第一組氣動人工肌肉由至少3根氣動人工肌肉組成，它們沿固定平臺中心線均勻分布；所述氣動人工肌肉一端與固定平臺通過二自由度關節結構連接，另一端與大運動平臺通過三自由度關節結構連接。

大運動平臺具有中心大孔，中心大孔中安裝有大軸承，所述操縱器安裝于大軸承內，且操縱器與上述小運動平臺通過沿兩者中心連線對稱分布的長螺桿固定連接。

所述小運動平臺與大運動平臺之間通過第二組氣動人工肌肉連接，第二組氣動人工肌肉由2根氣動人工肌肉組成，它們與小運動平臺相平行，且彼此相互平行，且沿小運動平臺中心對稱；所述人工肌肉一端與小運動平臺通過三自由度關節結構連接，另一端與大運動平臺通過三自由度關節結構連接。

所述的三自由度驅動器的驅動方法，其特征在于：

安裝于固定平臺和大運動平臺之間的第一組氣動人工肌肉驅動大運動平臺相對于固定平臺產生兩個轉動自由度的運動，大運動平臺同步帶動小運動平臺及操縱器產生上述兩個轉動自由度的運動。

安裝于大運動平臺與小運動平臺之間的第二組氣動人工肌肉驅動小運動平臺相對于大運動平臺產生繞小平臺中心線的旋轉運動，同步帶動操縱器產生上述旋轉運動；即操縱器具有相對固定平臺的三個轉動自由度。

所述第一組氣動人工肌肉與固定平臺的連接位置、與大運動平臺的連接位置均可調整，第二組氣動人工肌肉與小運動平臺的連接位置、與大運動平臺的連接位置均可調整，通過連接位置的調整獲得不同的力矩和轉動范圍。

上述二自由度關節結構可以使萬向節。上述三自由度關節結構為球形關節結構，或萬向節與軸承組成的組合結構。

操縱器上端面設計有多個螺紋孔，可以用于安裝工件或者其它驅動器。

附圖說明

圖1——本發明三自由度驅動器正二側視圖；

圖2——本發明三自由度驅動器正視圖；

圖3——本發明三自由度驅動器之小運動平臺部件俯視圖；

圖4——本發明三自由度驅動器之小運動平臺部件正視圖；

圖5——本發明三自由度驅動器之小運動平臺與操縱器部件裝配正視圖；

圖6——本發明三自由度驅動器之大運動平臺俯視圖；

圖7——本發明三自由度驅動器之小運動平臺與操縱器部件裝配俯視圖；

圖中標號名稱：1——操縱器；2——大運動平臺；3——小運動平臺；4——第一組氣動人工肌肉；5——固定桿；6——固定平臺；7——U型槽；8——圓形蓋板；9——長螺桿；10——U型軸承端蓋；11——第二組氣動人工肌肉；12——大軸承；13——小型沉頭孔；14——中心大孔。

具體實施方式