[发明专利]多支链耦合两转动机器人关节

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人关节，特别涉及一种多支链耦合两转动机器人关节。

技术背景

并联机构相比传统的串联机构具有无累积误差、精度较高、结构紧凑、刚 度高、承载能力大等优点，此外并联机构的驱动装置可置于定平台上或接近定 平台的位置，从而具有较好的动态响应，完全对称的并联机构还具有较好的各 向同性。但并联机构的工作空间相比串联机构较小，严重制约了并联机构在工 业和机器人等领域的应用，因此研究具有大工作空间的并联机构，具有重要的 理论意义和实际应用价值。

并联机构的自由度可分为移动自由度和转动自由度，其中移动自由度可通 过增大机构尺寸的办法增大移动工作空间，然而转动空间却不随机构尺寸的增 大而增加。国外对大工作空间转动类并联机构研究较早，美国专利US4651589 提出了一种大工作空间三自由度并联机构，并成功应用于雷达追踪设备，美国 专利US4686866公开了一种大工作空间两转动并联机构，并成功应用于工业喷 涂机器人中，美国专利US6658962B1公开了一种四支链大工作空间两转动并联 机构，并将其应用于仿生机器人中，取得了较好的效果。国内对具有大转动工 作空间并联机构研究成果较少，其中发明专利CN103217986A和发明专利 CN103433916A对大工作空间两转动并联机构进行了研究，并取得了一些成果。 但上述具有大转动工作空间的并联机构都属于非球面并联机构，机构的动平台 转动中心不唯一，使得动平台在转动过程中会产生附加的移动，这一性质严重 限制了这类机构在机器人特别是仿生机器人领域的应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多支链耦合两转动机器人关节，可实现 动平台相对定平台做球面两自由度转动，且该关节具有体积小、刚度大、转动 工作空间大等优点，可广泛应用于机器人特别是仿生机器人等领域。

本发明的技术方案具体如下：

本发明主要包括定平台、动平台，连接动、定平台的四条运动支链，其有 三种连接方式：

第一种连接方式：四条运动支链结构相同，每条运动支链均由下连杆、中 连杆和上连杆组成，下连杆一端与定平台通过转动副连接，下连杆另一端与中 连杆一端通过球面副连接，中连杆另一端与上连杆一端通过球面副连接，上连 杆另一端与动平台通过转动副连接；

四条运动支链之间通过四条耦合连杆和一条中心连杆相互连接，每条运动 支链与中心连杆之间均由一条耦合连杆连接，耦合连杆一端与运动支链中的中 连杆固连，耦合连杆另一端与中心连杆通过转动副连接，四条耦合连杆与中心 连杆连接形成的四个转动副的轴线重合，关节中所有转动副的轴线汇交于一点， 且该点即为关节的转动中心。

第二种连接方式：四条运动支链结构相同，每条运动支链均由下连杆、中 连杆和上连杆组成，下连杆一端与定平台通过转动副连接，下连杆另一端与中 连杆一端通过转动副连接，中连杆另一端与上连杆一端通过球面副连接，上连 杆另一端与动平台通过转动副连接；

四条运动支链之间通过四条耦合连杆和一条中心连杆相互连接，每条运动 支链与中心连杆之间均由一条耦合连杆连接，耦合连杆一端与运动支链中的中 连杆固连，耦合连杆另一端与中心连杆通过转动副连接，四条耦合连杆与中心 连杆连接形成的四个转动副的轴线重合，关节中所有转动副的轴线汇交于一点， 且该点即为关节的转动中心。

第三种连接方式：四条运动支链结构相同，每条运动支链均由下连杆、中 连杆和上连杆组成，下连杆一端与定平台通过转动副连接，下连杆另一端与中 连杆一端通过球面副连接，中连杆另一端与上连杆一端通过转动副连接，上连 杆另一端与动平台通过转动副连接；

四条运动支链之间通过四条耦合连杆和一条中心连杆相互连接，每条运动 支链与中心连杆之间均由一条耦合连杆连接，耦合连杆一端与运动支链中的中 连杆固连，耦合连杆另一端与中心连杆通过转动副连接，四条耦合连杆与中心 连杆连接形成的四个转动副的轴线重合，关节中所有转动副的轴线汇交于一点， 且该点即为关节的转动中心。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)动平台相对定平台具有球面两转动自由度，且转动中心唯一；(2)动 平台相对定平台转动工作空间大，转动角度可达±90度；(3)关节体积小，刚 度大；(4)关节的四条运动支链之间相互耦合，大大提高了关节的受力性能。