[发明专利]多支链耦合球面两转动并联机器人关节

说明书

技术领域

本发明属于机器人、精密仪器和设备领域，特别涉及一种球面两转动并联 机器人关节。

技术背景

并联机构相对传统的串联机构具有运动精度高、刚度大、动态响应好等优 点，在航空航天、包装机械、机器人等领域得到了一定的应用。由于并联机构 受运动副工作空间和支链干涉等影响，使得并联机构的运动空间普遍较小，严 重制约了并联机构在工业和机器人等领域的应用。因此研究具有大工作空间的 并联机构，具有重要的理论意义和实际应用价值。

并联机构的自由度可分为移动自由度和转动自由度，其中移动自由度可通 过增大机构尺寸的办法增大移动工作空间，然而转动空间却不随机构尺寸的增 大而增加。国外对大工作空间转动类并联机构研究较早，发明专利US4651589 提出了一种大工作空间三自由度并联机构，并成功应用于雷达追踪设备，发明 专利US4686866公开了一种大工作空间两转动并联机构，并成功应用于工业喷 涂机器人中，发明专利US6658962B1公开了一种四支链大工作空间两转动并联 机构，并将其应用于仿生机器人中，取得了较好的效果。国内对具有大转动工 作空间的并联机构研究成果较少，其中发明专利CN103217986A和发明专利 CN103433916A对大工作空间两转动并联机构进行了研究，并取得了一些成果。 但上述大转动工作空间的并联机构都属于非球面转动并联机构，机构的运动平 台转动中心不唯一，这一性质严重限制了这类机构在机器人特别是仿生机器人 领域的应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多支链耦合球面两转动并联机器人关节， 可实现动平台相对定平台做球面两自由度转动，且该关节具有体积小、刚度大、 转动工作空间大等优点，可广泛应用于机器人特别是仿生机器人等领域。

本发明的技术方案具体如下：

本发明主要包括定平台、动平台，连接动、定平台的四条运动支链，其有 三种连接方式：

第一种连接方式：四条运动支链结构相同，每条运动支链均由下连杆和上 连杆组成，下连杆一端与定平台通过下转动副连接，下连杆另一端与上连杆一 端通过中间转动副连接，上连杆另一端与动平台通过球面副连接；四条运动支 链之间通过四条耦合连杆和一条中心连杆相互连接，每条运动支链与中心连杆 之间均由一条耦合连杆连接，耦合连杆一端与运动支链之间通过转动副连接， 且该转动副轴线与被连接运动支链中的中间转动副轴线重合，耦合连杆另一端 与中心连杆通过转动副连接，四条耦合连杆与中心连杆连接形成的四个转动副 的轴线重合；所述机器人关节中所有转动副的轴线汇交于一点，且该点即为机 器人关节的转动中心。

第二种连接方式：四条运动支链结构相同，每条运动支链均由下连杆和上 连杆组成，下连杆一端与定平台通过球面副连接，下连杆另一端与上连杆一端 通过中间转动副连接，上连杆另一端与动平台通过上转动副连接；四条运动支 链之间通过四条耦合连杆和一条中心连杆相互连接，每条运动支链与中心连杆 之间均由一条耦合连杆连接，耦合连杆一端与运动支链之间通过转动副连接， 且该转动副轴线与被连接运动支链中的中间转动副轴线重合，耦合连杆另一端 与中心连杆通过转动副连接，四条耦合连杆与中心连杆连接形成的四个转动副 的轴线重合；所述机器人关节中所有转动副的轴线汇交于一点，且该点即为机 器人关节的转动中心。

第三种连接方式：第一运动支链与第二运动支链结构相同，两条运动支链 均由下连杆和上连杆组成，下连杆一端与定平台通过下转动副连接，下连杆另 一端与上连杆一端通过中间转动副连接，上连杆另一端与动平台通过球面副连 接；第三运动支链与第四运动支链结构相同，两条运动支链均由下连杆和上连 杆组成，下连杆一端与定平台通过球面副连接，下连杆另一端与上连杆一端通 过中间转动副连接，上连杆另一端与动平台通过上转动副连接；四条运动支链 之间通过四条耦合连杆和一条中心连杆相互连接，每条运动支链与中心连杆之 间均由一条耦合连杆连接，耦合连杆一端与运动支链之间通过转动副连接，且 该转动副轴线与被连接运动支链中的中间转动副轴线重合，耦合连杆另一端与 中心连杆通过转动副连接，四条耦合连杆与中心连杆连接形成的四个转动副的 轴线重合；所述机器人关节中所有转动副的轴线汇交于一点，且该点即为机器 人关节的转动中心。

本发明与现有技术相比具有如下优点：