多支鏈耦合機器人腕關節的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種機器人關節，特別涉及一種多支鏈耦合機器人腕關節。
技術背景
[0002]并聯機構無累積誤差，精度較高，驅動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕、動態響應好、結構緊湊、剛度高、承載能力大，完全對稱的并聯機構還具有較好的各向同性。但并聯機構的工作空間普遍較小，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，成為了并聯機構領域一個重要的內容。
[0003]并聯機構的自由度可分為移動自由度和轉動自由度，其中移動工作空間可通過增大機構尺寸的辦法增大，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，美國專利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，美國專利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腕關節中，美國專利US7478576B2公開了一種三支鏈大工作空間兩轉動并聯機構，并將其應用于機器人腕關節中。美國專利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肩關節中。國內對具有大轉動工作空間并聯機構研究成果較少，其中發明專利CN103217986A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，機構的轉動中心不唯一，使得動平臺在轉動過程中會產生附加的移動，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機器人腕關節，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、環形導軌，連接動、定平臺的四條運動支鏈，其有四種連接方式:
[0007]第一種連接方式:四條運動支鏈結構相同，每條運動支鏈均由下連桿、滑塊和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過轉動副連接，下連桿另一端與滑塊通過轉動副連接，上連桿一端與動平臺通過轉動副連接，上連桿另一端與滑塊通過轉動副連接；四條運動支鏈中的所有轉動副的軸線匯交于一點O，且點OS卩為關節的轉動中心;每條運動支鏈中的滑塊均與環形導軌通過移動副連接，滑塊只能沿環形導軌做圓周滑動，環形導軌為圓環形，其中心軸線過所述點O。
[0008]第二種連接方式:四條運動支鏈結構相同，每條運動支鏈均由下連桿、滑塊和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過轉動副連接，下連桿另一端與滑塊通過轉動副連接，上連桿一端與動平臺通過球面副連接，上連桿另一端與滑塊通過轉動副連接；四條運動支鏈中的所有轉動副的軸線匯交于一點O，且點OS卩為關節的轉動中心;每條運動支鏈中的滑塊均與環形導軌通過移動副連接，滑塊只能沿環形導軌做圓周滑動，環形導軌為圓環形，其中心軸線過所述點O。
[0009]第三種連接方式:四條運動支鏈結構相同，每條運動支鏈均由下連桿、滑塊和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過球面副連接，下連桿另一端與滑塊通過轉動副連接，上連桿一端與動平臺通過轉動副連接，上連桿另一端與滑塊通過轉動副連接；四條運動支鏈中的所有轉動副的軸線匯交于一點O，且點OS卩為關節的轉動中心;每條運動支鏈中的滑塊均與環形導軌通過移動副連接，滑塊只能沿環形導軌做圓周滑動，環形導軌為圓環形，其中心軸線過所述點O。
[0010]第四種連接方式:四條運動支鏈結構相同，每條運動支鏈均由下連桿、滑塊和上連桿組成，下連桿一端與定平臺通過球面副連接，下連桿另一端與滑塊通過轉動副連接，上連桿一端與動平臺通過球面副連接，上連桿另一端與滑塊通過轉動副連接；四條運動支鏈中的所有轉動副的軸線匯交于一點O，且點OS卩為關節的轉動中心;每條運動支鏈中的滑塊均與環形導軌通過移動副連接，滑塊只能沿環形導軌做圓周滑動，環形導軌為圓環形，其中心軸線過所述點O。
[0011 ]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0012](I)動平臺相對定平臺具有球面兩轉動自由度，且轉動中心唯一；(2)動平臺相對定平臺轉動工作空間大，轉動角度可達±90度；(3)關節體積小，剛度大；(4)關節的四條運動支鏈之間相互耦合，大大提高了關節的受力性能。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明實施例1立體結構示意簡圖.
[0014]圖2是本發明實施例1偏轉狀態立體結構示意簡圖.
[0015]圖3是本發明實施例2立體結構示意簡圖.
[0016]圖4是本發明實施例2偏轉狀態立體結構示意簡圖.
[0017]圖5是本發明實施例3立體結構示意簡圖.
[0018]圖6是本發明實施例3偏轉狀態立體結構示意簡圖.
[0019]圖7是本發明實施例4立體結構示意簡圖.
[0020]圖8是本發明實施例4偏轉狀態立體結構示意簡圖.
[0021]圖中:1.定平臺，2.動平臺，(厶3，83，03，03).下連桿，(厶4，84，04，04).滑塊，(八5，B5，C5，D5).上連桿，6.環形導軌。
【具體實施方式】
[0022]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，s i j表示一個球面副，P i j表示一個移動副，其中i，j為自然數。
[0023]實施例1
[0024]如圖1、圖2所示是本發明公開的第I個實施例，一種多支鏈耦合機器人腕關節，主要包括定平臺1、動平臺2、環形導軌6，連接動、定平臺的四條運動支鏈。四條運動支鏈結構相同，其中第一運動支鏈由下連桿A3、滑塊A4和上連桿A5組成，下連桿A3—端與定平臺I之間通過轉動副R11連接，下連桿A3另一端與滑塊A4通過轉動副R12連接;上連桿A5—端與滑±夬八4通過轉動副R13連接，上連桿A5另一端與動平臺2之間通過轉動副R14連接。第二運動支鏈由下連桿B3、滑塊B4和上連桿B5組成，下連桿B3—端與定平臺I之間通過轉動副R21連接，下連桿B3另一端與滑塊B4通過轉動副R22連接;上連桿B5—端與滑塊B4通過轉動副R23連接，上連桿B5另一端與動平臺2之間通過轉動副R24連接。第三運動支鏈由下連桿C3、滑塊C4和上連桿C5組成，下連桿C3—端與定平臺I之間通過轉動副R31連接，下連桿C3另一端與滑塊C4通過轉動副R32連接;上連桿C5—端與滑塊C4通過轉動副R33連接，上連桿C5另一端與動平臺2之間通過轉動副R34連接。第四運動支鏈由下連桿D3、滑塊D4和上連桿D5組成，下連桿D3—端與定平臺I之間通過轉動副R41連接，下連桿D3另一端與滑塊D4通過轉動副R42連接;上連桿D5—端與滑塊D4通過轉動副R43連接，上連桿D5另一端與動平臺2之間通過轉動副R44連接。
[0025]第一運動支鏈中滑塊A4與環形導軌6通過移動副P15連接，滑塊A4只能沿環形導軌6做圓周滑動;第二運動支鏈中滑塊B4與環形導軌6通過移動副P25連接，滑塊B4只能沿環形導軌6做圓周滑動;第三運動支鏈中滑塊C4與環形導軌6通過移動副P35連接，滑塊C4只能沿環形導軌6做圓周滑動;第四運動支鏈中滑塊D4與環形導軌6通過移動副P45連接，滑塊D4只能沿環形導軌6做圓周滑動。
[0026]所述轉動副R11、轉動副R12、轉動副R13、轉動副R14、轉動副R21、轉動副R22、轉動副R23、轉動副R24、轉動副R31、轉動副R32、轉動副R33、轉動副R34、轉動副R41、轉動副R42、轉動副R43、轉動副R44的軸線匯交于一點0，且點O即為關節的轉動中心。所述環形導軌6為圓環形，其中心軸線過所述點O。
[0027]實施例2
[0028]如圖3、圖4所示是本發明公開的第2個實施例，一種多支鏈耦合機器人腕關節，主要包括定平臺1、動平臺2、環形導軌6，連接動、定平臺的四條運動支鏈。四條運動支鏈結構相同，其中第一運動支鏈由下連桿A3、滑塊A4和上連桿A5組成，下連桿A3—端與定平臺I之間通過轉動副R11連接，下連桿A3另一端與滑塊A4通過轉動副R12連接;上連桿A5—端與滑±夬八4通過轉動副R13連接，上連桿A5另一端與動平臺2之間通過球面副S14連接。第二運動支鏈由下連桿B3、滑塊B4和上連桿B5組成，下連桿B3—端與定平臺I之間通過轉動副R21連接，下連桿B3另一端與滑塊B4通過轉動副R22連接;上連桿B5—端與滑塊B4通過轉動副R23連接，上連桿B5另一端與動平臺2之間通過球面副S24連接。第三運動支鏈由下連桿C3、滑塊C4和上連桿C5組成，下連桿C3—端與定平臺I之間通過轉動副R31連接，下連桿C3另一端與滑塊C4通過轉動副R32連接;上連桿C