多支鏈耦合球面兩自由度機器人關節的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于機器人、精密儀器和設備領域，特別涉及一種球面兩自由度機器人關
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技術背景
[0002]并聯機構相對傳統的串聯機構具有運動精度高、剛度大、動態響應好等優點，在航空航天、包裝機械、機器人等領域得到了一定的應用。由于并聯機構受運動副工作空間和支鏈干涉等影響，使得并聯機構的運動空間普遍較小，嚴重制約了并聯機構在工業和機器人等領域的應用。因此研究具有大工作空間的并聯機構，具有重要的理論意義和實際應用價值。
[0003]并聯機構的自由度可分為移動自由度和轉動自由度，其中移動自由度可通過增大機構尺寸的辦法增大移動工作空間，然而轉動空間卻不隨機構尺寸的增大而增加。國外對大工作空間轉動類并聯機構研究較早，發明專利US4651589提出了一種大工作空間三自由度并聯機構，并成功應用于雷達追蹤設備，發明專利US4686866公開了一種大工作空間兩轉動并聯機構，并成功應用于工業噴涂機器人中，發明專利US6658962B1公開了一種四支鏈大工作空間兩轉動并聯機構，并將其應用于仿生機器人中，取得了較好的效果。國內對具有大轉動工作空間的并聯機構研究成果較少，其中發明專利C N1 3 21 7 9 8 6 A和發明專利CN103433916A對大工作空間兩轉動并聯機構進行了研究，并取得了一些成果。但上述大轉動工作空間的并聯機構都屬于非球面轉動并聯機構，機構的運動平臺轉動中心不唯一，這一性質嚴重限制了這類機構在機器人特別是仿生機器人領域的應用。
【發明內容】
[0004]為解決上述問題，本發明提供一種多支鏈耦合球面兩自由度機器人關節，可實現動平臺相對定平臺做球面兩自由度轉動，且該關節具有體積小，剛度大，轉動工作空間大等優點，可廣泛應用于機器人特別是仿生機器人等領域。
[0005]本發明的技術方案具體如下:
[0006]本發明主要包括定平臺、動平臺，連接動、定平臺的三條運動支鏈，其有三種連接方式:
[0007]第一種連接方式:三條運動支鏈結構相同，每條運動支鏈均由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過下轉動副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過中間轉動副連接，上連桿另一端與動平臺通過上轉動副連接;三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運動支鏈之間通過轉動副連接，且該轉動副軸線與被連接運動支鏈中的中間轉動副軸線重合，親合連桿另一端與中心連桿通過轉動副連接，三條親合連桿與中心連桿連接形成的三個轉動副的軸線重合;本關節中所有轉動副的軸線匯交于一點，且該點即為關節的轉動中;L.、。
[0008]第二種連接方式:三條運動支鏈結構相同，每條運動支鏈均由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過球面副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過中間轉動副連接，上連桿另一端與動平臺通過球面副連接;三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運動支鏈之間通過轉動副連接，且該轉動副軸線與被連接運動支鏈中的中間轉動副軸線重合，親合連桿另一端與中心連桿通過轉動副連接，三條親合連桿與中心連桿連接形成的三個轉動副的軸線重合;本關節中所有轉動副的軸線匯交于一點，且該點即為關節的轉動中心。
[0009]第三種連接方式:第一運動支鏈由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過球面副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過中間轉動副連接，上連桿另一端與動平臺通過球面副連接;第二運動支鏈與第三運動支鏈結構相同，兩條運動支鏈均由下連桿和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過下轉動副連接，下連桿另一端與上連桿一端通過中間轉動副連接，上連桿另一端與動平臺通過上轉動副連接;三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連桿之間均由一條耦合連桿連接，耦合連桿一端與運動支鏈之間通過轉動副連接，且該轉動副軸線與被連接運動支鏈中的中間轉動副軸線重合，親合連桿另一端與中心連桿通過轉動副連接，三條親合連桿與中心連桿連接形成的三個轉動副的軸線重合;本關節中所有轉動副的軸線匯交于一點，且該點即為關節的轉動中心。
[0010]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0011](I)動平臺相對定平臺具有球面兩轉動自由度，轉動中心唯一；(2)動平臺相對定平臺轉動工作空間大；(3)關節體積小，剛度大；(4)機構三條運動支鏈之間相互耦合，進一步提尚了機構的受力性能。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明實施例1立體結構示意簡圖。
[0013]圖2是本發明實施例1偏轉狀態立體結構示意簡圖。
[0014]圖3是本發明實施例2立體結構示意簡圖。
[0015]圖4是本發明實施例3立體結構示意簡圖。
[0016]圖中:1.定平臺，2.動平臺，(3,3'，3").下連桿，(4，f，4").上連桿，(5，5'，5").耦合連桿，6.中心連桿。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，在所有實施例中，所述Rij表示一個轉動副，Si j表示一個球面副，其中i，j為自然數。
[0018]實施例1
[0019]如圖1，2所示是本發明公開的第I個實施例，一種多支鏈耦合球面兩自由度機器人關節，主要包括定平臺1、動平臺2，連接動、定平臺的三條運動支鏈。三條運動支鏈結構相同，其中第一運動支鏈由下連桿3和上連桿4組成，下連桿3與定平臺I之間通過轉動副Rl I耦合連接，下連桿3與上連桿4通過轉動副R12耦合連接，上連桿4與動平臺2之間通過轉動副R13耦合連接;第二運動支鏈由下連桿Y和上連桿V組成，下連桿Y與定平臺I之間通過轉動副R21耦合連接，下連桿3 '與上連桿4 ’通過轉動副R22耦合連接，上連桿4 ’與動平臺2之間通過轉動副R23耦合連接;第三運動支鏈由下連桿3"和上連桿4"組成，下連桿3"與定平臺I之間通過轉動副R31耦合連接，下連桿3 "與上連桿4"通過轉動副R32耦合連接，上連桿4"與動平臺2之間通過轉動副R33耦合連接。
[0020]三條運動支鏈之間通過三條耦合連桿和一條中心連桿相互連接，每條運動支鏈與中心連桿之間均由一條親合連桿連接。第一親合連桿5—端與第一運動支鏈通過轉動副R14耦合連接，另一端與中心連桿6通過轉動副R15耦合連接，且轉動副R14軸線與轉動副R12軸線重合;第二耦合連桿5' 一端與第二運動支鏈通過轉動副R24耦合連接，另一端與中心連桿6通過轉動副R25耦合連接，且轉動副R24軸線與轉動副R22軸線重合;第三耦合連桿5"—端與第三運動支鏈通過轉動副R34耦合連接，另一端與中心連桿6通過轉動副R35耦合連接，且轉動副R34軸線與轉動副R32軸線重合。所述轉動副R15、轉動副R25、轉動副R35軸線相互重合，所述轉動副R11、轉動副R12、轉動副R13、轉動副R14、轉動副R15、轉動副R21、轉動副R22、轉動副R23、轉動副R24、轉動副R25、轉動副R31、轉動副R32、轉動副R33、轉動副R34、轉動副R35軸線相交于一點，且該點即為關節的轉動中