[发明专利]一种具有三自由度可定点旋转的关节机构

权利要求书

1.一种三自由度可定点旋转的关节机构，其特征在于，包括机架(1)、复合转动副(2)、第一连杆(3)、第一转动副(4)、第二连杆(5)、第二转动副(6)、第三连杆(7)、滑动副套件(8)和第四连杆(9)；

复合转动副(2)的外圈与机架(1)相连，机架(1)处固定有一个全局坐标系xyz，复合转动副(2)固定在坐标系xyz的原点o处，复合转动副(2)的内圈与第一连杆(3)的一端固定相连，第一连杆(3)的另外一端与第一转动副(4)的外圈固定连接，第一转动副(4)的内圈与第二连杆(5)的一端固定连接，第二连杆(5)的另外一端与第二转动副(6)内圈固定相连，第二转动副(6)的外圈与第三连杆(7)的一端固定连接，第三连杆(7)的另外一端与滑动副套件(8)的外圈固定连接，第四连杆(9)与滑动副套件(8)的内圈形成滑动副，第四连杆(9)的一端与原点o为球铰副连接；

复合转动副(2)的中心轴与全局坐标系的y坐标轴保持平行，第一连杆(3)与复合转动副(2)的中心轴之间的夹角为α₁，且第一连杆(3)相对复合转动副(2)可进行定轴转动，第一连杆(3)与复合转动副(2)之间的相对转动角度为θ₁，第二连杆(5)与第一连杆(3)之间的夹角为α₂，且第二连杆(5)相对第一连杆(3)可进行定轴转动，第二连杆(5)与第一连杆(3)之间的相对转动角度为θ₂，第三连杆(7)与第二连杆(5)之间的夹角为α₃，且第三连杆(7)相对第二连杆(5)可进行定轴转动，第三连杆(7)与第二连杆(5)相对转动角度为θ₃，第四连杆(9)与第三连杆(7)在滑动副处相互平行，且滑动副的滑动方向与第三连杆(7)和第四连杆(9)始终保持平行；

所有转动副内外圈均能相对转动，所有的连杆是指起连接作用的物体，不仅限于杆状物体；

第一连杆(3)的长度为d₁，第二连杆(5)的长度为d₂，第三连杆(7)的长度为d₃；

通过将第四连杆(9)绕机架(1)的中心点万向旋转来带动第四连杆(9)上的滑动副套件(8)发生滑动，由于滑动副套件(8)外圈与第三连杆(7)的一端固定连接，因此第三连杆(7)会跟着滑动副套件(8)沿着第四连杆(9)滑动；

第一转动副(4)的外圈会相对内圈发生转动，因此也会使一端固定在第一转动副(4)外圈的第一连杆(3)转动，因为复合转动副(2)具有两个自由度，而第一连杆(3)的另一端固定在复合转动副(2)内圈上，所以复合转动副(2)可以满足第一连杆(3)的所有转动角度，以保证第四连杆(9)能自由旋转；通过改变第四连杆(9)的位置，所述关节机构可以实现三自由度可定点旋转。

2.根据权利要求1所述的一种三自由度可定点旋转的关节机构，其特征在于，

d₁＝r₁sinα₁；

d₂＝r₁cosα₁sinα₂；

d₃＝r₁cosα₁cosα₂sinα₃；

其中，r₁为以原点o为圆心的任意圆的半径。

3.根据权利要求1所述的一种三自由度可定点旋转的关节机构，其特征在于，

α₃＝α₂-α₁；

α₂＞α₁。

4.根据权利要求1所述的一种三自由度可定点旋转的关节机构，其特征在于，复合转动副(2)包括内外两个转动副，两个转动副的中心轴保持重合，上部端面水平对齐，同时，内部转动副的外圈与外部转动副的内圈固定连接，用以保证所述复合转动副(2)具有两个转动自由度，内部转动副的内圈构成复合转动副(2)的内圈，外部转动副的外圈构成复合转动副(2)的外圈。