[發明專利]大工作空間球面兩自由度機器人關節

在審

• 申請號: 201610171452.5
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105563516A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 褚宏鵬;周玉林;孫通帥
• 申請（專利權）人: 褚宏鵬
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于機器人、精密儀器和設備領域，特別涉及一種球面兩自由度機 器人關節。

技術背景

并聯機構相對傳統的串聯機構具有運動精度高、剛度大、動態響應好等優 點，在航空航天、包裝機械、機器人等領域得到了一定的應用。由于并聯機構 受運動副工作空間和支鏈干涉等影響，使得并聯機構的運動空間普遍較小，嚴 重制約了并聯機構在工業和機器人等領域的應用。因此研究具有大工作空間的 并聯機構，具有重要的理論意義和實際應用價值。

并聯機構的自由度可分為移動自由度和轉動自由度，其中移動自由度可通 過增大機構尺寸的辦法增大移動工作空間，然而轉動空間卻不隨機構尺寸的增 大而增加。國外對大工作空間轉動類并聯機構研究較早，發明專利US4651589 提出了一種大工作空間三自由度并聯機構，并成功應用于雷達追蹤設備，發明 專利US4686866公開了一種大工作空間兩轉動并聯機構，并成功應用于工業噴 涂機器人中，發明專利US6658962B1公開了一種四支鏈大工作空間兩轉動并聯 機構，并將其應用于仿生機器人中，取得了較好的效果。國內對具有大轉動工 作空間的并聯機構研究成果較少，其中發明專利CN103217986A和發明專利 CN103433916A對大工作空間兩轉動并聯機構進行了研究，并取得了一些成果。 但上述大轉動工作空間的并聯機構都屬于非球面轉動并聯機構，機構的運動平 臺轉動中心不唯一，這一性質嚴重限制了這類機構在機器人特別是仿生機器人 領域的應用。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種大工作空間球面兩自由度機器人關節， 可實現動平臺繞定平臺做球面兩自由度轉動，且該關節具有體積小，剛度大， 轉動工作空間大等優點，可廣泛應用于機器人特別是仿生機器人等領域。

本發明的技術方案具體如下：

本發明主要包括定平臺、動平臺，連接動、定平臺的四條運動支鏈，其有 三種連接方式：

第一種連接方式：四條運動支鏈結構相同，每條運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動副連接，下連桿另一端與上連桿一 端通過中間轉動副連接，上連桿另一端與動平臺通過上轉動副連接；四條運動 支鏈之間通過四條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連 桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運動支鏈之間通過轉動副連接， 且該轉動副軸線與被連接運動支鏈中的中間轉動副軸線重合，耦合連桿另一端 與中心連桿通過轉動副連接，四條耦合連桿與中心連桿連接形成的四個轉動副 的軸線重合；所述機器人關節中所有轉動副的軸線匯交于一點，且該點即為機 器人關節的轉動中心。

第二種連接方式：四條運動支鏈結構相同，每條運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 通過中間轉動副連接，上連桿另一端與動平臺通過球面副連接；四條運動支鏈 之間通過四條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連桿之 間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運動支鏈之間通過轉動副連接，且 該轉動副軸線與被連接運動支鏈中的中間轉動副軸線重合，耦合連桿另一端與 中心連桿通過轉動副連接，四條耦合連桿與中心連桿連接形成的四個轉動副的 軸線重合；所述機器人關節中所有轉動副的軸線匯交于一點，且該點即為機器 人關節的轉動中心。

第三種連接方式：第一運動支鏈與第二運動支鏈結構相同，兩條運動支鏈 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動副連接，上連桿另一端與動平臺通過球面副連接； 第三運動支鏈與第四運動支鏈結構相同，兩條運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動副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過 中間轉動副連接，上連桿另一端與動平臺通過上轉動副連接；四條運動支鏈之 間通過四條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連桿之間 均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運動支鏈之間通過轉動副連接，且該 轉動副軸線與被連接運動支鏈中的中間轉動副軸線重合，耦合連桿另一端與中 心連桿通過轉動副連接，四條耦合連桿與中心連桿連接形成的四個轉動副的軸 線重合；所述機器人關節中所有轉動副的軸線匯交于一點，且該點即為機器人 關節的轉動中心。

本發明與現有技術相比具有如下優點：