[发明专利]一种斜切面圆柱连接的三维机械关节、机械臂和控制方法

权利要求书

1.一种斜切面圆柱连接的三维机械关节，包括第一可旋转结构(1)和第二可旋转结构(2)，其特征在于，所述三维机械关节还包括倾斜连接部(3)，该倾斜连接部(3)包括第一斜切面圆柱(31)和第二斜切面圆柱(32)，所述第一斜切面圆柱(31)包括相互倾斜连接的第一圆柱部(311)和第一旋转连接部(312)，所述第二斜切面圆柱(32)包括相互倾斜连接的第二圆柱部(321)和第二旋转连接部(322)，所述第一圆柱部(311)转动连接所述第二圆柱部(321)；

所述第一可旋转结构(1)的旋转输出端连接所述第一旋转连接部(312)，所述第二可旋转结构(2)的旋转输出端连接所述第二旋转连接部(322)。

2.根据权利要求1所述的一种斜切面圆柱连接的三维机械关节，其特征在于，所述第一可旋转结构(1)包括第一电机(11)，该第一电机(11)的旋转输出端连接所述第一旋转连接部(312)；所述第二可旋转结构(2)包括第二电机(21)，该第二电机(21)的旋转输出端连接所述第二旋转连接部(322)。

3.根据权利要求2所述的一种斜切面圆柱连接的三维机械关节，其特征在于，所述第一可旋转结构(1)还包括第一电机外壳(12)，所述第一电机(11)固定安装在所述第一电机外壳(12)内部；

所述第二可旋转结构(2)还包括第二电机外壳(22)，所述第二电机(21)固定安装在所述第二电机外壳(22)内部；

所述三维机械关节还包括连接环(4)，所述第一电机外壳(12)和第二电机外壳(22)均通过连接耳转动连接所述连接环(4)。

4.根据权利要求3所述的一种斜切面圆柱连接的三维机械关节，其特征在于，所述第一电机外壳(12)设有两个位置相对的连接耳，所述第二电机外壳(22)设有两个位置相对的连接耳，四个所述连接耳均匀连接在所述连接环(4)的外侧四周。

5.根据权利要求2所述的一种斜切面圆柱连接的三维机械关节，其特征在于，所述第一电机(11)的旋转输出端通过键连接、焊接或者一体化连接所述第一旋转连接部(312)，所述第二电机(21)的旋转输出端通过键连接、焊接或者一体化连接所述第二旋转连接部(322)。

6.根据权利要求1所述的一种斜切面圆柱连接的三维机械关节，其特征在于，所述第一圆柱部(311)设有凹槽，所述第二圆柱部(321)的形状和大小与所述凹槽相配合，所述第二圆柱部(321)通过所述凹槽转动连接所述第一圆柱部(311)。

7.根据权利要求1所述的一种斜切面圆柱连接的三维机械关节，其特征在于，所述第一圆柱部(311)通过滚动轴承或滑动轴承转动连接所述第二圆柱部(321)。

8.一种如权利要求1所述的一种斜切面圆柱连接的三维机械关节的控制方法，所述第二可旋转结构(2)连接有被控制件，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

以所述第一旋转连接部(312)的轴线为Z轴，以所述第二圆柱部(321)的自转中心为原点，建立空间坐标系A；

以所述第一圆柱部(311)的倾斜平面的法线为Z轴，以所述第二圆柱部(321)的自转中心为原点，建立空间坐标系B；

以所述第二旋转连接部(322)的轴线为Z轴，以所述第二圆柱部(321)的自转中心为原点，建立空间坐标系C；

获取所述被控制件在所述空间坐标系C中的坐标，通过坐标系变换，计算得到所述被控制件在所述空间坐标系A中的坐标，从而制定所述三维机械关节的控制方案。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述坐标系变换的计算表达式为：

式中，^cP为被控制件P在空间坐标系C中的坐标，为从空间坐标系B中转换到空间坐标系A的变换，为从空间坐标系C中转换到空间坐标系B的变换，为第一可旋转结构的旋转角度，为第二可旋转结构的旋转角度，θ₁为第一圆柱部和第一旋转连接部的倾角，θ₂为第二圆柱部和第二旋转连接部的倾角。

10.一种机械臂，其特征在于，包括多个依次串联的，如权利要求1所述的一种斜切面圆柱连接的三维机械关节(5)。