[发明专利]一种各向同性空间二自由度转动并联机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种各向同性空间二自由度转动并联机器人。

背景技术

并联机器人与串联机器人相比，具有刚度大，结构稳定、承载能力大、微动精度高、运动速度快等优点。基于自由度数目的不同，并联机器人又分为六自由度并联机器人和少自由度并联机器人。两者相比，少自由度并联机器人的结构更为简单，制造和控制成本相对较低。在满足与其工作要求的情况下，少自由度并联机器人有其独特优势。因而少自由度转动并联机器人在以用于雷达、医疗器械、导弹发射等需精细姿态调整的领域具有广泛的应用前景。特别是二自由度转动并联机器人在动平台的姿态调整方面有其独特优势，因此可用于肩关节和髋关节等部位作为一种康复医疗机器人。但对于大多数并联机器人，其运动耦合性较强，使得机构在运动学控制方面较为困难，在一定程度上阻碍了并联机器人的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种各向同性空间二自由度转动并联机器人，以解决现有技术中的并联机器人运动耦合性强的问题。

为实现上述目的，本发明各向同性空间二自由度转动并联机器人的技术方案是：一种各向同性空间二自由度转动并联机器人，包括动平台、静平台以及布置在两者间的第一支链、第二支链，第一支链包括主动转杆，主动转杆一端通过转动轴线与主动转杆转动轴线同轴设置的第一支链第一转动副连接于静平台上，主动转杆另一端通过第一支链第二转动副与动平台相连，并通过第一支链第一转动副驱动动平台绕主动转杆转动轴线转动；第二支链包括主动摆臂结构，主动摆臂结构包括并行布置的两悬臂及通过第一球副或第一虎克铰与两悬臂连接的悬臂连杆，两悬臂分别通过第二支链第一转动副设置于静平台上，两悬臂、悬臂连杆及静平台形成平行四边形连杆结构，主动摆臂结构通过伸展-折叠机构驱动动平台绕第一支链第二转动副转动轴线摆动，伸展-折叠机构包括至少两个连杆，相邻两个连杆之间通过转动轴线与第一支链第一转动副轴线平行的第三转动副相连，伸展-折叠机构的所述连杆中包括摆臂连杆，摆臂连杆固定设置于所述悬臂连杆上。

伸展-折叠机构的所述连杆中还包括动平台连杆，动平台连杆通过连接结构与动平台转动连接，连接结构为下述其中一种方式：（1）连接结构为第二虎克铰；（2）连接结构为第二球副；（3）连接结构包括连架杆，连架杆一端通过连架杆第一转动副与动平台相连，另一端通过连架杆第二转动副与动平台连杆相连，连架杆第一转动副的转动轴线与第一支链第二转动副的转动轴线平行；连架杆第二转动副的转动轴线与第三转动副的转动轴线平行。

第二虎克铰或第二球副或连架杆第二转动副与第一支链第二转动副分设于动平台的两侧。

所述悬臂的端部通过第一球副或第一虎克铰与所述悬臂连杆相连，第一支链第二转动副的转动轴线位于两个第二支链第一转动副转动轴线连线的中垂面上，第二虎克铰或第二球副或连架杆第二转动副与第一支链第二转动副之间的距离与所述悬臂的长度相等。

所述静平台包括平面部分和垂直设置于平面部分的竖杆，所述第一支链设于平面部分上，所述第二支链设于所述竖杆上，所述第一支链第二转动副的轴线平行于所述平面部分且垂直于主动转杆的转动轴线。

伸展-折叠机构包括通过所述第三转动副相连的两个所述的连杆。

本发明的有益效果是：本发明所提供的并联机器人中，主动转杆可通过第一支链第二转动副驱动动平台绕第一支链第一转动副的转动轴线进行转动，另外，主动摆臂结构可通过伸展-折叠机构驱动动平台绕第一支链第二转动副进行转动，由于第一支链第一转动副的轴线平行于第三转动副轴线，当主动转杆带动动平台转动时，伸展-折叠机构中相邻连杆可绕第三转动副相对转动实现伸展或折叠以实现长度调整，进而可满足主动摆臂结构与动平台之间的距离变化，使主动摆臂结构不会对动平台绕第一支链第一转动副的转动轴线转动产生干涉。同样的，当主动摆臂结构带动动平台绕第一支链第二转动副轴线转动时，伸展-折叠机构也发生伸展或折叠，补偿第二支链第一转动副与动平台之间的距离变化，由于动平台与主动转杆之间设置的第一支链第二转动副，使得主动转杆不会对动平台绕第一支链第二转动副轴线的转动产生影响。同时，用平行四边形连杆结构驱动动平台摆动，使悬臂连杆的运动为平动，悬臂驱动动平台摆动的动作更加准确和平稳。