[发明专利]一种新型三自由度欠驱动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型三自由度欠驱动机构，尤其是一种基于球面副的内凹形三自由度欠驱动并联机构。

背景技术

     三自由度并联机构是一种很重要的少自由度并联机构，其动平台可以实现三自由度运动。和串联机构相比，并联机构具有结构紧凑、承载能力好、运动精度高﹑机构刚度好等特点。欠驱动机构是指控制出入小于系统自由度的机构, 欠驱动机器人是一种含有欠驱动机构的机器人，由于其具有体积小、重量轻、成本低、能耗低、灵活性高等特点，因此引起学者们的广泛关注，成为机器人领域研究的新热点。比如机器人要能在工作空间中实现任意的位姿至少需要六个自由度，在手腕或腰部往往需要三个自由度，现在工业上应用的机器人多为串联机器人，虽然串联机器人工作空间比较大但是存在一些先天的缺陷，例如刚度比较小，承载能力小，精度低，运动惯量大，在一些要求精密的场合受到了很大限制。再者因为各关节的重量问题，严重影响了末端执行器的承载能力，而驱动单元重量占了各关节重量的一大半。

发明内容

    本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种新型三自由度欠驱动机构。该机构结构简单，可靠，体积小、机构紧凑、刚度好、重量轻，成本低，易于加工，易于装配。该装置适用于并联机器人、微动机器人等。

 为达到上述目的，本发明的构思是：

 本新型三自由度欠驱动机构，含有一个基座、一个动平台、三条结构相同轴对称均匀布置的运动支链，两个驱动动力源和一个位置检测装置。其特征在于：法兰盘用于和其他装置连接，动平台呈内凹形，基座通过三条支链连接动平台，其中有两条支链具有动力源，另一条支链有一个旋转编码器来检测连杆的旋转角度，动平台可以做三自由度的运动。其中条驱动支链电机和减速器连接在一起通过螺栓固定在电机支撑座上,主动连杆一端经过套筒通过平键和减速器输出轴连接在一起另一端和从动连杆通过转动副相连，从动连杆另一端通过球面副和动平台连接杆相连，动平台连接杆通过螺钉和动平台固定在一起，构成第一条支链；另一条驱动支链完全相同，第三条支链编码器支撑座通过螺钉固定在法兰盘上,编码器轴通过联轴器和下连杆连接在一起其余部分和第一条支链完全相同,三个动平台连杆成120°均匀分布,电机支撑座与电机支撑座与编码器支撑座间隔120°。

 根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种新型三自由度欠驱动机构，包括一个基座、一个动平台，三条结构相同轴对称均匀布置的运动支链、两个动力源和一个位置检测装置。其特征在于：三条运动支链分别与动平台活动连接，这样不仅便于加工装配而且运动灵活；动平台朝基座方向下沉，呈内凹形，这可以使结构更加紧凑并增强机构的刚度；所述两个电机的直接驱动两条运动支链，构成三条运动支链为欠驱动机构使动平台作三自由度运动，降低成本并减少了机构的重量；所述位置检测装置与欠驱动的运动支链连接，实现位置检测。

所述基座的结构是：两个电机支撑座和一个旋转编码器支撑座分别通过螺钉固定在一个法兰盘上表面，所述两个电机支撑座和旋转编码器支撑座均间隔120°。

所述动平台与三条运动支链活动链接的结构是：第一、第二和第三三根动平台连杆一端分别通过螺钉固定在动平台下表面，三根动平台连杆成120°周向均匀分布，三根动平台连杆另一端分别通过第一、第二和第三球面副与所述三条支链的连杆连接，使动平台呈内悬置凹形。

所述三条运动支链的结构是：一根第一主动连杆和一根第一从动连杆通过一个第一转动副串联，构成三个支链中第一支链，该第一支链的一端经过一个第一套筒通过平键与一个第一减速器输出轴连接，该第一支链的另一端通过所述第一球面副与第一动平台连杆连接；一根第二主动连杆和一根第二从动连杆通过一个第二转动副串联，构成三条支链中第二支链，该第二支链的一端经过一个第二套筒通过平键与一个第二减速器输出轴连接，该第二支链的另一端通过一个第二球面副与第二动平台连杆连接；第三支链是一根主连杆和一个次连杆通过一个第三转动副串联，该第三支链的一端通过一个联轴器与一个旋转编码器轴连接，该第三支链的另一端通过一个第三球面副与第三动平台连杆连接。

所述两个动力源结构为：第一和第二两个电机分别和第一第二两个减速器连接在一起并分别通过螺栓连接固定在第一和第二两个电机支撑座上，该两个减速器输出轴分别经过第一和第二两个套筒通过平键与第一和第二两个支链中的第一个和第二两个主动连杆连接。

所述位置检测装置结构为：所述旋转编码器通过螺栓连接固定在一个旋转编码器支撑座上，所述旋转编码器轴通过所述联轴器和所述主连杆连接。