[实用新型]一种三自由度广义球面并联机构

说明书

本实用新型为一种三自由度广义球面并联机构，包括：动平台、静平台和支链；该并联机构具有两个不重合的旋转球心，分别为定球心和动球心，动平台绕动球心做自由度为1的球面运动，动球心绕定球心做自由度为2的球面运动；三自由度广义球面并联机构支链具有两种类型，分别为：ABAA型支链和ABA型支链，ABA型支链有两条，ABAA型支链有一条；所有支链均由A型连杆和B型连杆组成，A型连杆为球面连杆，其两端孔的轴心线相交于一点，B型连杆为双球心球面连杆，所有B杆定球心重合组成并联机构的定球心，且所有B杆动球心重合组成并联机构的动球心。该机构灵活度与运动精度高。

技术领域

本实用新型涉及机械工程领域，具体涉及一种三自由度广义球面并联机构，能应用于踝关节的康复训练。

背景技术

随着医疗康健领域与机器人领域的不断发展，越来越多的康健机器人进入人们的视野。康健机器人不仅可以帮助关节损伤患者作康复运动，还可以用于运动员的运动训练和和老年人群的关节矫正。现有的康复机器人普遍具有刚度大、承载能力强、灵活度高的优点。然而，针对人体关节运动的复杂性，使用现有的机构已很难提高康复机器人的拟合精度、消除人机交互力，康健机器人的机构设计以遇到了较大的瓶颈。以踝关节康复机器人为例，其大部分构型以灵巧眼机构(三自由度球面并联机构)为基础，该机构具有一个动平台，一个静平台和三条支链，每一条直链均有两个球面连杆与三个转动副构成，且该机构的所有转动副回转中心轴会交与空间一点，将人体踝关节等效为标准球面副，而人体踝关节是人体最为复杂的关节之一，包含有胫骨、腓骨、距骨、舟骨与跟骨等，如果简单的将其简化为标准球面副，则会产生较大的人机交互力。为解决此类问题，提出一种可以充分拟合踝关节运动的新机构是十分有意义的。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种三自由度广义球面并联机构，为新型踝关节康复型机器人设计提供基础理论依据。该机构具有足够的灵活度与运动精度，具有简单、灵巧、多变、适应性强等优点。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种三自由度广义球面并联机构，包括：动平台、静平台和支链；其特征在于，

该并联机构具有两个不重合的旋转球心，分别为定球心和动球心，且两个球心之间的距离为一可调节定值，整体视为动平台绕动球心做自由度为1的球面运动，动球心绕定球心做自由度为2的球面运动；三自由度广义球面并联机构支链具有两种类型，分别为：用于控制动平台绕动球心的运动的ABAA型支链和用于控制动球心绕定球心的运动的ABA型支链，ABA型支链有两条，ABAA型支链有一条；所有支链均由A型连杆和B型连杆组成，A型连杆为球面连杆，其两端孔的轴心线相交于一点，而B型连杆为广义球面连杆，视为双球心球面连杆，即B型连杆具有两个广义球心，分别为B杆定球心与B杆动球心，在此定义B型连杆的两个广义球心所连结成的线段为“双心线段”，“双心线段”的长度为“双心距”，同一并联机构中的所有B型连杆的“双心距”相等，且运动过程所有B型连杆的“双心线段”始终完全重合，即所有B杆定球心重合组成并联机构的定球心，且所有B杆动球心重合组成并联机构的动球心。

上述的三自由度广义球面并联机构的应用，该并联机构应用于踝关节康复机器人中，在基于上述并联机构的踝关节康复机器人构件尺寸设计中，根据患者距骨的参数，确定患者胫骨与距骨之间的平均相对转动球心、和距骨与跟骨之间的平均相对转动球心，并计算两转动球心之间的距离参数，根据此距离参数确定并联机构的“双心距”，实现在运动拟合过程中并联机构动平台与静平台之间的相对运动与人体踝关节运动充分拟合，即并联机构动球心始终与距骨与跟骨的平均相对转动球心重合，并联机构定球心始终与胫骨与距骨的平均相对转动球心重合。相对于传统三自由度并联机构(灵巧眼机构)，广义并联机构对踝关节运动的拟合更为精确、合理，拟合效果有显著的提高。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：