[发明专利]直线驱动实现空间三自由度类球关节转动的立方体杆机构

权利要求书

1.一种直线驱动实现空间三自由度类球关节转动的立方体杆机构，其特征在于：

设坐标系XYZ，坐标原点O，设置于立方体杆结构一角；绕X、Y和Z轴旋转的角度分别为α、β和γ；

所述立方体杆机构包括： X轴第一刚体(a1)、X轴第二刚体(a2)、X轴第三刚体(a3)、X轴第四刚体(a4)、Y轴第一刚体(c1)、Y轴第二刚体(c2)、Y轴第三刚体(c3)、Y轴第四刚体(c4)、Z轴第一刚体(b1)、Z轴第二刚体(b2)、Z轴第三刚体(b3)、Z轴第四刚体(b4)、第一基座(d1)、第二基座(d2)、辅助刚体(e1)、第一伸缩杆(La)、第二伸缩杆(Lb)、第三伸缩杆(Lc)； 

其中X轴第一刚体(a1)、X轴第二刚体(a2)、X轴第三刚体(a3)、X轴第四刚体(a4)的长度相同；Y轴第一刚体(c1)、Y轴第二刚体(c2)、Y轴第三刚体(c3)、Y轴第四刚体(c4) 、辅助刚体(e1)的长度相同；Z轴第一刚体(b1)、Z轴第二刚体(b2)、Z轴第三刚体(b3)、Z轴第四刚体(b4)的长度相同；

其中X轴第一刚体(a1)一端与Z轴第一刚体(b1)一端铰连，铰接点称为XZ1面第一铰接点(a1b1)，该点即为坐标原点O； X轴第四刚体(a4)一端与Z轴第一刚体(b1)另一端铰连，铰接点称为XZ1面第二铰接点(a4b1)；X轴第四刚体(a4)另一端与Z轴第二刚体(b2)一端铰连，铰接点称为XZ1面第三铰接点(a4b2)；X轴第一刚体(a1)另一端与Z轴第二刚体(b2)另一端铰连，铰接点称为XZ1面第四铰接点(a1b2)；以上组成立方体下底面XZ1平行四边形；

其中X轴第二刚体(a2)一端与Z轴第四刚体(b4)一端铰连，铰接点称为XZ2面第一铰接点(a2b4)； X轴第三刚体(a3)一端与Z轴第四刚体(b4)另一端铰连，铰接点称为XZ2面第二铰接点(a3b4)；X轴第三刚体(a3)另一端与Z轴第三刚体(b3)一端铰连，铰接点称为XZ2面第三铰接点(a3b3)；X轴第二刚体(a2)另一端与Z轴第三刚体(b3)另一端铰连，铰接点称为XZ2面第四铰接点(a2b3)；以上组成立方体上顶面XZ2平行四边形；

其中X轴第一刚体(a1)一端与Y轴第一刚体(c1)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为XY1面第一铰接点(a1c1)，具备的二自由度旋转轴分别沿X和Z轴； X轴第二刚体(a2)一端与Y轴第一刚体(c1)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为XY1面第二铰接点(a2c1)，具备的二自由度旋转轴分别沿X和Z轴；X轴第二刚体(a2)一端与Y轴第四刚体(c4)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为XY1面第三铰接点(a2c4)，具备的二自由度旋转轴分别沿X和Z轴；X轴第一刚体(a1)一端与Y轴第四刚体(c4)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为XY1面第四铰接点(a1c4)，具备的二自由度旋转轴分别沿X和Z轴；以上组成立方体前侧面XY1平行四边形；

其中X轴第四刚体(a4)一端与Y轴第二刚体(c2)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为XY2面第一铰接点(a4c2)，具备的二自由度旋转轴分别沿X和Z轴； X轴第三刚体(a3)一端与Y轴第二刚体(c2)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为XY2面第二铰接点(a3c2)，具备的二自由度旋转轴分别沿X和Z轴；X轴第三刚体(a3)一端与Y轴第三刚体(c3)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为XY2面第三铰接点(a3c3)，具备的二自由度旋转轴分别沿X和Z轴；X轴第四刚体(a4)一端与Y轴第三刚体(c3)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为XY2面第四铰接点(a4c3)，具备的二自由度旋转轴分别沿X和Z轴；以上组成立方体后侧面XY2平行四边形；

其中第一伸缩杆(La)与X轴第一刚体(a1)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为X1第一铰接点(a1La)，具备的二自由度旋转轴分别沿X轴第一刚体(a1)与X轴第三刚体(a3)组成平面后的法相轴、X轴；第一伸缩杆(La)与X轴第三刚体(a3)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为X1第二铰接点(a3La)，具备的二自由度旋转轴分别沿X轴第一刚体(a1)与X轴第三刚体(a3)组成平面后的法相轴、X轴；

其中第二伸缩杆(Lb)与Y轴第二刚体(c2)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为Y1第一铰接点(c2Lb)，具备的二自由度旋转轴分别沿Y轴第二刚体(c2)与Y轴第四刚体(c4)组成平面后的法相轴、Y轴；第二伸缩杆(Lb)与Y轴第四刚体(c4)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为Y1第二铰接点(c4Lb)，具备的二自由度旋转轴分别沿Y轴第二刚体(c2)与Y轴第四刚体(c4)组成平面后的法相轴、Y轴；

其中第三伸缩杆(Lc)与Z轴第一刚体(b1)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为Z1第一铰接点(b1Lc)，具备的二自由度旋转轴分别沿Z轴第一刚体(b1)与Z轴第三刚体(b3)组成平面后的法相轴、Z轴；第三伸缩杆(Lc)与Z轴第三刚体(b3)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为Z1第二铰接点(b3Lc)，具备的二自由度旋转轴分别沿Z轴第一刚体(b1)与Z轴第三刚体(b3)组成平面后的法相轴、Z轴；

其中辅助刚体(e1)与Z轴第一刚体(b1)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为YZ1第一铰接点(b1e1)，具备的二自由度旋转轴分别沿X轴、Z轴；辅助刚体(e1)与Z轴第四刚体(b4)一端二自由度十字轴链接，铰接点称为YZ1第二铰接点(b4e1)，具备的二自由度旋转轴分别沿X轴、Z轴；

其中第一基座(d1)一端与X轴第一刚体(a1)固定链接，且第一基座(d1)另一端轴向为Yd1，沿Y轴方向；第二基座(d2)一端与辅助刚体(e1)固定链接、且第二基座(d2)另一端轴向为Yd2，沿Y轴方向）。  

2.根据权利要求1所述的一种直线驱动实现空间三自由度类球关节转动的立方体杆机构，其特征在于：上述第一伸缩杆(La)、第二伸缩杆(Lb)、第三伸缩杆(Lc)为液压缸驱动装置或气压缸驱动装置或丝杠直线移动装置或绳直线驱动装置。