[發明專利]一種各向同性空間二自由度轉動并聯機器人

在審

• 申請號: 201710224771.2
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN106826775A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張彥斌;荊獻領;鄧利蓉;李向攀;韓建海;曹雪梅;劉延斌;張占立
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司41119
• 代理人: 徐小磊

技術領域

本發明涉及一種各向同性空間二自由度轉動并聯機器人。

背景技術

并聯機器人與串聯機器人相比，具有剛度大，結構穩定、承載能力大、微動精度高、運動速度快等優點。基于自由度數目的不同，并聯機器人又分為六自由度并聯機器人和少自由度并聯機器人。兩者相比，少自由度并聯機器人的結構更為簡單，制造和控制成本相對較低。在滿足與其工作要求的情況下，少自由度并聯機器人有其獨特優勢。因而少自由度轉動并聯機器人在以用于雷達、醫療器械、導彈發射等需精細姿態調整的領域具有廣泛的應用前景。特別是二自由度轉動并聯機器人在動平臺的姿態調整方面有其獨特優勢，因此可用于肩關節和髖關節等部位作為一種康復醫療機器人。但對于大多數并聯機器人，其運動耦合性較強，使得機構在運動學控制方面較為困難，在一定程度上阻礙了并聯機器人的推廣應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種各向同性空間二自由度轉動并聯機器人，以解決現有技術中的并聯機器人運動耦合性強的問題。

為實現上述目的，本發明各向同性空間二自由度轉動并聯機器人的技術方案是：一種各向同性空間二自由度轉動并聯機器人，包括動平臺、靜平臺以及布置在兩者間的第一支鏈、第二支鏈，第一支鏈包括主動轉桿，主動轉桿一端通過轉動軸線與主動轉桿轉動軸線同軸設置的第一支鏈第一轉動副連接于靜平臺上，主動轉桿另一端通過第一支鏈第二轉動副與動平臺相連，并通過第一支鏈第一轉動副驅動動平臺繞主動轉桿轉動軸線轉動；第二支鏈包括主動擺臂結構，主動擺臂結構包括并行布置的兩懸臂及通過第一球副或第一虎克鉸與兩懸臂連接的懸臂連桿，兩懸臂分別通過第二支鏈第一轉動副設置于靜平臺上，兩懸臂、懸臂連桿及靜平臺形成平行四邊形連桿結構，主動擺臂結構通過伸展-折疊機構驅動動平臺繞第一支鏈第二轉動副轉動軸線擺動，伸展-折疊機構包括至少兩個連桿，相鄰兩個連桿之間通過轉動軸線與第一支鏈第一轉動副軸線平行的第三轉動副相連，伸展-折疊機構的所述連桿中包括擺臂連桿，擺臂連桿固定設置于所述懸臂連桿上。

伸展-折疊機構的所述連桿中還包括動平臺連桿，動平臺連桿通過連接結構與動平臺轉動連接，連接結構為下述其中一種方式：（1）連接結構為第二虎克鉸；（2）連接結構為第二球副；（3）連接結構包括連架桿，連架桿一端通過連架桿第一轉動副與動平臺相連，另一端通過連架桿第二轉動副與動平臺連桿相連，連架桿第一轉動副的轉動軸線與第一支鏈第二轉動副的轉動軸線平行；連架桿第二轉動副的轉動軸線與第三轉動副的轉動軸線平行。

第二虎克鉸或第二球副或連架桿第二轉動副與第一支鏈第二轉動副分設于動平臺的兩側。

所述懸臂的端部通過第一球副或第一虎克鉸與所述懸臂連桿相連，第一支鏈第二轉動副的轉動軸線位于兩個第二支鏈第一轉動副轉動軸線連線的中垂面上，第二虎克鉸或第二球副或連架桿第二轉動副與第一支鏈第二轉動副之間的距離與所述懸臂的長度相等。

所述靜平臺包括平面部分和垂直設置于平面部分的豎桿，所述第一支鏈設于平面部分上，所述第二支鏈設于所述豎桿上，所述第一支鏈第二轉動副的軸線平行于所述平面部分且垂直于主動轉桿的轉動軸線。

伸展-折疊機構包括通過所述第三轉動副相連的兩個所述的連桿。

本發明的有益效果是：本發明所提供的并聯機器人中，主動轉桿可通過第一支鏈第二轉動副驅動動平臺繞第一支鏈第一轉動副的轉動軸線進行轉動，另外，主動擺臂結構可通過伸展-折疊機構驅動動平臺繞第一支鏈第二轉動副進行轉動，由于第一支鏈第一轉動副的軸線平行于第三轉動副軸線，當主動轉桿帶動動平臺轉動時，伸展-折疊機構中相鄰連桿可繞第三轉動副相對轉動實現伸展或折疊以實現長度調整，進而可滿足主動擺臂結構與動平臺之間的距離變化，使主動擺臂結構不會對動平臺繞第一支鏈第一轉動副的轉動軸線轉動產生干涉。同樣的，當主動擺臂結構帶動動平臺繞第一支鏈第二轉動副軸線轉動時，伸展-折疊機構也發生伸展或折疊，補償第二支鏈第一轉動副與動平臺之間的距離變化，由于動平臺與主動轉桿之間設置的第一支鏈第二轉動副，使得主動轉桿不會對動平臺繞第一支鏈第二轉動副軸線的轉動產生影響。同時，用平行四邊形連桿結構驅動動平臺擺動，使懸臂連桿的運動為平動，懸臂驅動動平臺擺動的動作更加準確和平穩。