[发明专利]球面两自由度机器人腕关节

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人关节，特别涉及一种球面两自由度机器人腕关节。

技术背景

并联机构无累积误差，精度较高，驱动装置可置于定平台上或接近定平台 的位置，这样运动部分重量轻、动态响应好、结构紧凑、刚度高、承载能力大， 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普遍较小， 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，成为了并联机构领域一个重要的内容。

并联机构的自由度可分为移动自由度和转动自由度，其中移动工作空间可 通过增大机构尺寸的办法增大，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 人腕关节中，美国专利US7478576B2公开了一种三支链大工作空间两转动并联 机构，并将其应用于机器人腕关节中。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肩关节中。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。但上述大转动工作空间的并联机构都属于非球面转动并联机构，机构的转 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，本发明提供一种球面两自由度机器人腕关节，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、环形导轨，连接动、定平台的三条运动 支链，其有四种连接方式：

第一种连接方式：三条运动支链结构相同，每条运动支链均由下连杆、滑 块和上连杆组成，下连杆一端与定平台通过转动副连接，下连杆另一端与滑块 通过转动副连接，上连杆一端与动平台通过转动副连接，上连杆另一端与滑块 通过转动副连接；三条运动支链中的所有转动副的轴线汇交于一点O，且点O即 为关节的转动中心；每条运动支链中的滑块均与环形导轨通过移动副连接，滑 块只能沿环形导轨做圆周滑动，环形导轨为圆环形，其中心轴线过所述点O。

第二种连接方式：三条运动支链结构相同，每条运动支链均由下连杆、滑 块和上连杆组成，下连杆一端与定平台通过转动副连接，下连杆另一端与滑块 通过转动副连接，上连杆一端与动平台通过球面副连接，上连杆另一端与滑块 通过转动副连接；三条运动支链中的所有转动副的轴线汇交于一点O，且点O即 为关节的转动中心；每条运动支链中的滑块均与环形导轨通过移动副连接，滑 块只能沿环形导轨做圆周滑动，环形导轨为圆环形，其中心轴线过所述点O。

第三种连接方式：第一、第二运动支链结构相同，两条运动支链均由下连 杆、滑块和上连杆组成，下连杆一端与定平台通过转动副连接，下连杆另一端 与滑块通过转动副连接，上连杆一端与动平台通过转动副连接，上连杆另一端 与滑块通过转动副连接；第三运动支链由下连杆、滑块和上连杆组成，下连杆 一端与定平台通过球面副连接，下连杆另一端与滑块通过转动副连接，上连杆 一端与动平台通过转动副连接，上连杆另一端与滑块通过转动副连接；三条运 动支链中的所有转动副的轴线汇交于一点O，且点O即为关节的转动中心；每条 运动支链中的滑块均与环形导轨通过移动副连接，滑块只能沿环形导轨作圆周 滑动，环形导轨为圆环形，其中心轴线过所述点O。