[發明專利]一種兩自由度并聯關節機構

在審

• 申請號: 201811625585.0
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109514595A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 楊東超;朱衡;常旭;陳懇;孫可平;楊淇耀
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 北京薈英捷創知識產權代理事務所(普通合伙) 11726
• 代理人: 王璐

本發明涉及一種兩自由度并聯關節機構，包括固定裝置、十字鉸結構、第一驅動器和第二驅動器，兩個驅動器均固連于固定裝置，且輸出軸的軸線相垂直。第一驅動器的輸出軸可帶動十字鉸結構連續旋轉，轉角大小取決于兩個驅動器的轉角。第二驅動器的輸出軸軸線的延長線與十字鉸中心相交，十字鉸的輸出軸為動平臺。本發明的兩自由度并聯關節機構，可獲得較大的轉角范圍，動平臺在第一驅動器的驅動下可實現連續旋轉(轉角可無窮大)。十字鉸輸出軸在第二驅動器的驅動下可實現繞另一軸(與前一軸正交)±90度的擺動，轉角大小僅取決于第二驅動器的轉角。動平臺兩個方向的轉動可分別進行，也可同時進行。

技術領域

本發明涉及多自由度關節技術領域，特別涉及一種兩自由度并聯關節機構。

背景技術

兩自由度關節機構指具有兩個轉動自由度，特別是兩軸線垂直相交的關節機構，這種關節機構的原型來自于人體和動物體，例如人體和其他行走類動物的頸關節、踝關節、肩關節、腰關節、髖關節等，兩自由度關節機構在機器人、五軸加工中心、雷達或相機位姿調整器等領域都有大量應用，因此，提升兩自由度關節的各項性能同時簡化兩自由度關節的結構是需要解決的技術問題之一。

相比傳統的串聯式關節機構，并聯式關節機構具有精度高、承載能力強等優勢，現有的兩自由度并聯關節機構均具有兩支鏈，動平臺具有繞兩軸轉動的自由度，如圖1-圖3所示，這些已有的兩自由度并聯關節機構均能實現動平臺具有兩個旋轉自由度，但轉角范圍都較小，難以達到±90度，且關節結構比較復雜，被動副數目較多，難以滿足要求較為苛刻的應用需求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種兩自由度轉動且轉角范圍大、被動副數量少、結構簡單的兩自由度并聯關節機構。

本發明的技術方案是：一種兩自由度并聯關節機構，包括固定裝置、十字鉸結構、第一驅動器、第二驅動器和關節機構輸出軸，第一驅動器的輸出軸和第二驅動器的輸出軸的相對位置通過固定裝置相互固定，其特征在于：第一驅動器的輸出軸通過十字鉸結構帶動關節機構輸出軸繞第一軸線轉動，第二驅動器的輸出軸帶動關節機構輸出軸繞第二軸線轉動。

進一步地、十字鉸結構包括兩個正交設置的第一U型框和第二U型框，以及連接在兩個U型框之間的十字結構，第一U型框和第二U型框上分別連接第一驅動器的輸出軸和關節機構輸出軸。

進一步地，第一驅動器的輸出軸與第一轉動軸相連，驅動第一U型框旋轉，從而帶動第二U型框和關節機構輸出軸圍繞第一軸線轉動，實現第一自由度旋轉運動。

進一步地，第二驅動器的輸出軸與第二轉動軸相連，第二轉動軸通過連桿與關節機構輸出軸連接，連桿與關節機構輸出軸之間通過轉動副(軸承)連接，第二驅動器輸出軸的旋轉帶動連桿以及關節機構輸出軸圍繞第二軸線轉動，實現第二自由度旋轉運動。

進一步地，上述第一軸線與第一驅動器的輸出軸的軸線重合和上述第二軸線與第二驅動器的輸出軸的軸線重合。

進一步地，關節機構輸出軸可繞第一軸線連續旋轉。

進一步地，關節機構輸出軸可繞第二軸線擺動。

進一步地，第一驅動器的輸出軸與第一轉動軸為一體結構，第二驅動器的輸出軸與第二轉動軸為一體結構。

進一步地，連桿為L型。

進一步地，第一驅動器的輸出軸和第二驅動器的輸出軸的交點與十字鉸結構的中心重合。

進一步地，第一轉動軸與關節機構輸出軸同軸設置，并且其軸線通過十字鉸結構的中心。