[發(fā)明專利]一種三自由度球面并聯(lián)機構(gòu)傳動裝置

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• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110202550A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃沿江;陳彥霖;張憲民;張洪川;蘇恩澤;宋百哲
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 謝靜娜

本發(fā)明公開一種三自由度球面并聯(lián)機構(gòu)傳動裝置，包括三個搖臂和用于控制三個搖臂實現(xiàn)獨立周轉(zhuǎn)運動的傳動機構(gòu)，所述三個搖臂都布置在傳動機構(gòu)的周向，所述傳動機構(gòu)包括三組復合傳動組件，一組復合傳動組件對應與一個搖臂連接。每組復合傳動組件包括驅(qū)動電機、齒輪傳動、帶輪傳動和繞繩傳動，齒輪傳動將驅(qū)動電機的非同軸旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)街行妮S的同軸旋轉(zhuǎn)，帶輪傳動將中心軸的同軸旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)綄膿u臂上，繞繩傳動約束搖臂與球關(guān)節(jié)外圓相切并進行純滾動。本發(fā)明解決了目前驅(qū)動機構(gòu)的運動慣量過大、整體尺寸過大以及結(jié)構(gòu)不夠緊湊的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機械傳動技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三自由度齒輪傳送帶繩驅(qū)復合球面并聯(lián)機構(gòu)傳動裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)代機器人的研發(fā)、制造、應用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標志。機器人與人之間的共融協(xié)同作業(yè)已成為當前機器人研究和發(fā)展的重要方向。傳統(tǒng)的協(xié)作機器人都采用串聯(lián)方式，但是人手肩關(guān)節(jié)是一個并聯(lián)機構(gòu)，采用串聯(lián)關(guān)節(jié)的機器人并不能很好地與人進行相似的運動交互。

常見的并聯(lián)機構(gòu)通常不能實現(xiàn)周轉(zhuǎn)運動，只能在一個范圍較小的空間內(nèi)運動，而并聯(lián)球關(guān)節(jié)傳動機構(gòu)能實現(xiàn)這種周轉(zhuǎn)運動要求，從而實現(xiàn)大角度范圍的運動，并且也和人體肩關(guān)節(jié)的球面運動相符。但目前應用于并聯(lián)球關(guān)節(jié)的傳動機構(gòu)都存在著不少缺陷，通常的并聯(lián)球關(guān)節(jié)機構(gòu)將驅(qū)動電機置于運動的搖臂上，在電機驅(qū)動搖臂的同時，電機也與之一起運動，此種方式雖然實現(xiàn)起來十分簡單便捷，卻也增加了傳動過程中的運動慣量，在機構(gòu)運動加速度較大的情況下，會導致機構(gòu)的整體運動性能降低，同時增加了搖臂的靜載荷，使得并聯(lián)機構(gòu)負載有所降低。

目前一種解決方案是利用節(jié)圓內(nèi)嚙合齒輪傳動，使得電機固定在傳動裝置底部，通過內(nèi)齒輪嚙合傳動來驅(qū)動并聯(lián)球關(guān)節(jié)，這種方法雖然可以使得電機固定以減少轉(zhuǎn)動慣量，但是在滿足載荷要求的情況下，會使得模數(shù)較大或者齒寬較厚，使得內(nèi)齒圈體積以及質(zhì)量較大，在運轉(zhuǎn)過程中同樣也會存在較大的轉(zhuǎn)動慣量，且布局齒輪所占空間過大，存在著質(zhì)量過重以及結(jié)構(gòu)不夠緊湊的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三自由度球面并聯(lián)機構(gòu)傳動裝置，該機構(gòu)使得并聯(lián)球關(guān)節(jié)的連桿底部繞著設(shè)計球關(guān)節(jié)半徑進行周轉(zhuǎn)運動。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種三自由度球面并聯(lián)機構(gòu)傳動裝置，包括三個搖臂和用于控制三個搖臂實現(xiàn)獨立周轉(zhuǎn)運動的傳動機構(gòu)，所述三個搖臂都布置在傳動機構(gòu)的周向，所述傳動機構(gòu)包括三組復合傳動組件，一組復合傳動組件對應與一個搖臂連接。

傳動機構(gòu)還包括中心軸和球關(guān)節(jié)外圓，每組復合傳動組件包括驅(qū)動電機、齒輪傳動、帶輪傳動和繞繩傳動，齒輪傳動將驅(qū)動電機的非同軸旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)街行妮S的同軸旋轉(zhuǎn)，帶輪傳動將中心軸的同軸旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)綄膿u臂上，繞繩傳動約束搖臂與球關(guān)節(jié)外圓相切并進行純滾動。其中，中心軸可用于約束搖臂的周轉(zhuǎn)運動，同時可提供齒輪與帶輪的安裝空間，將驅(qū)動電機輸出端的非同軸傳動轉(zhuǎn)化為同軸傳動；帶輪傳動分別將三個由齒輪傳出的同軸旋轉(zhuǎn)傳動到并聯(lián)球關(guān)節(jié)的外圓相切的小繞繩輪結(jié)構(gòu)的自轉(zhuǎn)運動，采用帶輪能進行遠距離傳輸以減少傳動部分的質(zhì)量；繞繩傳動的目的是分別使與球關(guān)節(jié)外圓相切的繞繩輪能嚙合球關(guān)節(jié)外圓進行純滾動，采用繞繩傳動的方式能夠減少結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

第一組復合傳動組件包括第一驅(qū)動電機、第一齒輪、第一皮帶、第一帶輪和第一繞繩輪，設(shè)于中心軸上的第一齒輪與第一驅(qū)動電機的輸出端傳動配合，第一皮帶的兩端分別設(shè)置第一帶輪，其中一個第一帶輪與中心軸上的第一齒輪同軸轉(zhuǎn)動，另一個帶輪設(shè)于對應的搖臂上并與第一繞繩輪同軸轉(zhuǎn)動，第一繞繩輪上設(shè)有第一繞繩；

第二組復合傳動組件包括第二驅(qū)動電機、第二齒輪、第二皮帶、第二帶輪和第二繞繩輪，設(shè)于中心軸上的第二齒輪與第二驅(qū)動電機的輸出端傳動配合，第二皮帶的兩端分別設(shè)置第二帶輪，其中一個第二帶輪與中心軸上的第二齒輪同軸轉(zhuǎn)動，另一個帶輪設(shè)于對應的搖臂上并與第二繞繩輪同軸轉(zhuǎn)動，第二繞繩輪上設(shè)有第二繞繩；