[發明專利]具有冗余驅動的球面二自由度對稱并聯機器人機構

在審

• 申請號: 201710945634.8
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107696014A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 長沙展朔軒興信息科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本項發明屬于機器人和機械制造領域，特別涉及一種具有冗余驅動的球面二自由度對稱并聯機器人機構。

背景技術

并聯機器人機構屬于空間多自由度多環閉鏈機構，和串聯機構相比，并聯機器人機構具有剛度大、承載能力大、累積誤差小、動態特性好、結構緊湊等特點。目前，并聯機器人機構被廣泛應用于虛擬軸機床、微動操作臺、各種運動模擬器和傳感器等領域。

由于冗余驅動可以改善如減少工作空間內的奇異等并聯機器人機構的一些性能，應用較為廣泛。但目前應用的冗余驅動機器人機構大多數是在不改變機器人機構本體結構的前提下，通過在從動運動副上增加驅動而獲得的冗余驅動機構。這種冗余驅動雖然達到了克服工作空間內奇異的目的，但同時增加了運動部件的慣性，而且各個分支驅動分布不對稱。

發明內容

為了克服現有技術存在的上述不足，本發明提供一種具有冗余驅動的球面二自由度并聯機器人機構，該機構不僅可以克服工作空間內的奇異，改善機構的靈巧性和力傳遞的一致性，而且具有結構和驅動分布對稱、剛度和承載力高、容易制造和裝配等優點。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：具有冗余驅動的球面二自由度對稱并聯機器人機構，該機構由純轉動副構成。其結構是復合轉動副通過三個結構相同的分支與定平臺連接，所述定平臺上三個基座轉動副呈正三角形布置。機構中所有轉動副的軸線匯交于一點即球面機構的球心，當選取三個基座轉動副作為機器人機構輸入，復合轉動副作為機構的輸出時，復合轉動副具有沿球面移動的二個自由度，由于機構的輸入有三個，因此稱為具有冗余驅動的球面二自由度對稱并聯機器人機構。該球面機器人機構的轉動中心是機構所有轉動副軸線地匯交點即球面機構的球心。

根據空間機構學原理，這種具有冗余驅動的球面二自由度對稱并聯機器人機構可以理解為球面三自由度3-RRR對稱并聯機器人機構的變異機構，只要把球面三自由度3-RRR對稱并聯機器人機構的三角形動平臺簡化為一個點，從而使其失去一個轉動自由度，就變異為具有冗余驅動的球面二自由度對稱并聯機器人機構。

本發明的有益效果是：該發明結構和驅動分布對稱，各向同性好，剛度和承載力高，機構輸入驅動易于布置。

附圖說明

圖1是具有冗余驅動的球面二自由度對稱并聯機器人機構的結構示意圖；

圖2是具有冗余驅動的球面二自由度對稱并聯機器人機構的一個分支結構示意圖。

在圖1、圖2中，1.復合轉動副，2.第一連桿，3.第二連桿，4.第三連桿，5.第一轉動副，6.第二轉動副，7.第三轉動副，8.第四連桿，9.第五連桿，10.第六連桿，11.第一基座轉動副，12.第二基座轉動副，13.第三基座轉動副，14.正三角形定平臺。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

實施例

在具有冗余驅動的球面二自由度對稱并聯機器人機構中，復合轉動副1作為機構的輸出，正三角形定平臺14與復合轉動副1通過三個結構完全相同的分支相連接。其中，第一連桿2、第二連桿3和第三連桿4的結構相同；第四連桿8、第五連桿9和第六連桿10的結構相同；第一轉動副5、第二轉動副6和第三轉動副7的結構相同；第一基座轉動副11、第二基座轉動副12和第三基座轉動副13的結構相同。在所述機構的一個分支中(見圖2)，復合轉動副1連接第一連桿2、第二連桿3和第三連桿4，第一轉動副5連接第一連桿2和第四連桿8，第一基座轉動副11連接第四連桿8和正三角形定平臺14；第二轉動副6連接第二連桿3和第五連桿9，第二基座轉動副12連接第五連桿9和正三角形定平臺14。第三轉動副7連接第三連桿4和第六連桿10，第三基座轉動副13連接第六連桿10和正三角形定平臺14。所述機構中的復合轉動副1、第一轉動副5、第二轉動副6、第三轉動副7第一基座轉動副11、第二基座轉動副12和第三基座轉動副13的軸線都匯交于一點。

冗余驅動機構是通過增加一個相同的串聯分支形式，從而增加一個驅動來獲得的冗余驅動。該發明工作時，三個驅動輸入同時存在，而輸出僅有兩個自由度，屬于超確定輸入，僅能利用力矩輸入控制。