[發明專利]一種雙十字鉸三自由度并聯關節機構

在審

• 申請號: 201811625592.0
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109514596A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 楊東超;常旭;孫可平;陳懇;朱衡;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

本發明涉及一種雙十字鉸三自由度并聯關節機構，包括X軸驅動器、Y軸驅動器、Z軸驅動器、固定裝置、雙十字鉸結構、滑環和關節機構輸出軸，X軸驅動器、Y軸驅動器和Z軸驅動器的輸出軸的相對位置通過固定裝置相對固定，關節機構輸出軸繞Z軸轉動時受到滑環的約束，關節機構輸出軸是動平臺。本發明的三自由度并聯關節機構，可獲得較大的轉角范圍，繞X軸、Y軸、Z軸的轉角范圍均接近±90度，且繞Y軸的轉角只與Y軸驅動器的轉角相關。每個方向的轉動可分別進行，也可任意兩個方向同時進行，還可三個方向同時進行。

技術領域

本發明涉及多自由度關節技術領域，特別涉及一種雙十字鉸三自由度并聯關節機構。

背景技術

三自由度關節機構指具有三個轉動自由度的關節機構，在機器人、五軸加工中心、雷達或相機位姿調整器等大量應用中，都廣泛需要用到三自由度關節機構。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，現有的三自由度并聯關節機構均具有3支鏈，動平臺具有繞三軸轉動的自由度，相比兩自由度并聯關節機構并聯機構，三自由度并聯關節機構更加復雜，能夠成功應用的構型也比較少，但應用領域非常廣闊。如圖1所示，為加拿大學者Gosselin提出的Agile eye三轉動自由度的并聯機構，可實現固定在動平臺上的相機快速、靈活的轉動，Agile eye機構盡管比較靈活，但結構復雜，零件數量多且較難加工，體積也不易縮小；每個轉動自由度的轉角都比較小，如想使動平臺有較大角度的轉動，需使三軸聯動，因此難以滿足要求較為苛刻的應用環境。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種三自由度運動部分解耦、轉角范圍大、被動副數量少、結構簡單的三自由度并聯關節機構。

本發明的技術方案是：一種雙十字鉸三自由度并聯關節機構，其特征在于：包括X軸驅動器、Y軸驅動器、Z軸驅動器、固定裝置、雙十字鉸結構、滑環和關節機構輸出軸，X軸驅動器、Y軸驅動器和Z軸驅動器的輸出軸的相對位置通過固定裝置相對固定，關節機構輸出軸繞Z軸轉動時受到滑環的約束，只能在滑槽內滑動，X軸驅動器的輸出軸通過大十字鉸結構帶動關節機構輸出軸繞第一軸線轉動，Y軸驅動器的輸出軸通過滑環帶動關節機構輸出軸繞第二軸線轉動，Z軸驅動器的輸出軸通過小十字鉸結構帶動關節機構輸出軸繞第三軸線轉動。

進一步地，固定裝置為固定板，所述固定板包括U型固定板和L型固定板，U型固定板和L型固定板固定連接，X軸驅動器和Y軸驅動器的輸出軸的相對位置通過U型固定板相對固定，Z軸驅動器和X軸驅動器、Y軸驅動器的輸出軸的相對位置通過U型固定板和L型固定板相對固定。

進一步地，雙十字鉸結構包括大十字鉸結構和小十字鉸結構，大十字鉸結構包括第一U型框、第二U型框和曲柄，第一U型框和第二U型框轉動連接，第二U型框與曲柄轉動連接；小十字鉸結構包括兩個正交設置的第三U型框和第四U型框，以及連接在兩個U型框之間的十字結構；第三U型框與曲柄的一端無轉動連接，曲柄的另一端形成的臂與關節機構輸出軸無轉動連接。

進一步地，X軸驅動器的輸出軸與第一U型框連接，Y軸驅動器的輸出軸與滑環連接，Z軸驅動器的輸出軸與第四U型框連接。

進一步地，X軸驅動器的輸出軸帶動第一U型框、第二U型框、曲柄和關節機構輸出軸繞第一軸線轉動，實現第一自由度的旋轉運動。

進一步地，Y軸驅動器的輸出軸帶動滑環和關節機構輸出軸繞第二軸線轉動，實現第二自由度的旋轉運動。

進一步地，Z軸驅動器的輸出軸帶動第四U型框、第三U型框、曲柄和關節機構輸出軸繞第三軸線轉動，實現第三自由度的旋轉運動。

進一步地，X軸驅動器的輸出軸與關節機構輸出軸可同軸設置，并且其軸線通過十字結構的中心。

進一步地，所述滑環還包括滑槽部，所述關節機構輸出軸包括圓球部，所述圓球部可在所述滑槽部內滑動。