[发明专利]一种三自由度球面并联机构传动装置

说明书

本发明公开一种三自由度球面并联机构传动装置，包括三个摇臂和用于控制三个摇臂实现独立周转运动的传动机构，所述三个摇臂都布置在传动机构的周向，所述传动机构包括三组复合传动组件，一组复合传动组件对应与一个摇臂连接。每组复合传动组件包括驱动电机、齿轮传动、带轮传动和绕绳传动，齿轮传动将驱动电机的非同轴旋转传输到中心轴的同轴旋转，带轮传动将中心轴的同轴旋转传输到对应的摇臂上，绕绳传动约束摇臂与球关节外圆相切并进行纯滚动。本发明解决了目前驱动机构的运动惯量过大、整体尺寸过大以及结构不够紧凑的问题。

技术领域

本发明涉及机械传动技术领域，特别涉及一种三自由度齿轮传送带绳驱复合球面并联机构传动装置。

背景技术

现代机器人的研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。机器人与人之间的共融协同作业已成为当前机器人研究和发展的重要方向。传统的协作机器人都采用串联方式，但是人手肩关节是一个并联机构，采用串联关节的机器人并不能很好地与人进行相似的运动交互。

常见的并联机构通常不能实现周转运动，只能在一个范围较小的空间内运动，而并联球关节传动机构能实现这种周转运动要求，从而实现大角度范围的运动，并且也和人体肩关节的球面运动相符。但目前应用于并联球关节的传动机构都存在着不少缺陷，通常的并联球关节机构将驱动电机置于运动的摇臂上，在电机驱动摇臂的同时，电机也与之一起运动，此种方式虽然实现起来十分简单便捷，却也增加了传动过程中的运动惯量，在机构运动加速度较大的情况下，会导致机构的整体运动性能降低，同时增加了摇臂的静载荷，使得并联机构负载有所降低。

目前一种解决方案是利用节圆内啮合齿轮传动，使得电机固定在传动装置底部，通过内齿轮啮合传动来驱动并联球关节，这种方法虽然可以使得电机固定以减少转动惯量，但是在满足载荷要求的情况下，会使得模数较大或者齿宽较厚，使得内齿圈体积以及质量较大，在运转过程中同样也会存在较大的转动惯量，且布局齿轮所占空间过大，存在着质量过重以及结构不够紧凑的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三自由度球面并联机构传动装置，该机构使得并联球关节的连杆底部绕着设计球关节半径进行周转运动。

本发明的技术方案为：一种三自由度球面并联机构传动装置，包括三个摇臂和用于控制三个摇臂实现独立周转运动的传动机构，所述三个摇臂都布置在传动机构的周向，所述传动机构包括三组复合传动组件，一组复合传动组件对应与一个摇臂连接。

传动机构还包括中心轴和球关节外圆，每组复合传动组件包括驱动电机、齿轮传动、带轮传动和绕绳传动，齿轮传动将驱动电机的非同轴旋转传输到中心轴的同轴旋转，带轮传动将中心轴的同轴旋转传输到对应的摇臂上，绕绳传动约束摇臂与球关节外圆相切并进行纯滚动。其中，中心轴可用于约束摇臂的周转运动，同时可提供齿轮与带轮的安装空间，将驱动电机输出端的非同轴传动转化为同轴传动；带轮传动分别将三个由齿轮传出的同轴旋转传动到并联球关节的外圆相切的小绕绳轮结构的自转运动，采用带轮能进行远距离传输以减少传动部分的质量；绕绳传动的目的是分别使与球关节外圆相切的绕绳轮能啮合球关节外圆进行纯滚动，采用绕绳传动的方式能够减少结构的质量。

第一组复合传动组件包括第一驱动电机、第一齿轮、第一皮带、第一带轮和第一绕绳轮，设于中心轴上的第一齿轮与第一驱动电机的输出端传动配合，第一皮带的两端分别设置第一带轮，其中一个第一带轮与中心轴上的第一齿轮同轴转动，另一个带轮设于对应的摇臂上并与第一绕绳轮同轴转动，第一绕绳轮上设有第一绕绳；

第二组复合传动组件包括第二驱动电机、第二齿轮、第二皮带、第二带轮和第二绕绳轮，设于中心轴上的第二齿轮与第二驱动电机的输出端传动配合，第二皮带的两端分别设置第二带轮，其中一个第二带轮与中心轴上的第二齿轮同轴转动，另一个带轮设于对应的摇臂上并与第二绕绳轮同轴转动，第二绕绳轮上设有第二绕绳；