[发明专利]一种并联机构与四杆机构组合机器人

权利要求书

1.一种并联机构与四杆机构组合机器人，其特征在于，包括：

腰关节(2)，所述腰关节(2)的两侧分别设置互为镜像的上肢关节(1)，下部分别设置互为镜像的下肢关节(3)；

所述腰关节(2)的胸连接件(50)固定连接腰关节上侧板(4)，所述腰关节上侧板(4)可转动连接上侧支柱(7)，所述上侧支柱(7)固定连接腰关节中间板(16)，所述腰关节中间板(16)可转动连接下侧支柱(10)，所述下侧支柱(10)固定连接腰关节下侧板(13)，所述腰关节上侧板(4)、气动肌肉一(5)、气动肌肉三(8)、气动肌肉五(11)、腰关节下侧板(13)依次可转动连接，所述腰关节上侧板(4)、气动肌肉二(6)、气动肌肉四(9)、气动肌肉六(12)、腰关节下侧板(13)依次可转动连接，所述腰关节上侧板(4)、气动肌肉七(14)、气动肌肉八(15)、气动肌肉九(17)、腰关节下侧板(13)依次可转动连接；

所述下肢关节(3)的髋关节连接件五(27)固定连接腰关节下侧板(13)，所述髋关节连接件五(27)固定连接髋关节气动马达三(28)的壳体，所述髋关节气动马达三(28)的转子和蜗杆三(30)固定连接，所述蜗杆三(30)分别同蜗轮三(29)和蜗轮四(31)啮合，所述蜗轮三(29)和蜗轮四(31)分别同髋关节连接件五(27)可转动连接，所述蜗轮四(31)或者蜗轮三(29)分别同髋关节连接件一(20)固定连接，所述髋关节连接件一(20)和髋关节气动马达一(18)的壳体固定连接，所述髋关节气动马达一(18)的转子固定连接蜗杆一(19)，所述蜗杆一(19)和蜗轮一(21)啮合，所述蜗轮一(21)和髋关节连接件一(20)可转动连接，所述蜗轮一(21)和髋关节连接件二(22)固定连接，所述髋关节连接件二(22)和髋关节连接件三(25)固定连接，所述髋关节连接件三(25)固定连接髋关节气动马达二(18-2)的壳体，所述髋关节气动马达二(18-2)的转子固定连接蜗杆二(23)，所述髋关节连接件三(25)和蜗轮二(24)可转动连接，所述蜗轮二(24)和髋关节连接件四(26)固定连接，所述髋关节连接件四(26)和大腿连接件(32)固定连接，所述大腿连接件(32)和小腿连接件(35)可转动连接，所述大腿连接件(32)和摆动气缸(40)的壳体固定连接，所述摆动气缸(40)的转子分别同连杆三(41)、连杆五(43)固定连接，所述连杆三(41)可转动连接连杆四(42)，所述连杆五(43)可转动连接连杆六(44)，所述连杆五(43)和连杆四(42)分别可转动连接小腿连接件(35)，所述小腿连接件(35)和脚中间板(39)可转动连接，所述小腿连接件(35)和脚中间板(39)分别可转动连接小腿气缸一(45)、小腿气缸二(46)的两端，所述脚中间板(39)分别可转动连接脚前侧板(38)、脚后侧板(49)，所述脚后侧板(49)分别固定连接脚气缸一(47)、脚气缸二(48)，所述脚气缸一(47)通过连杆一(36)可转动连接脚前侧板(38)，所述脚气缸二(48)通过连杆二(37)可转动连接脚前侧板(38)；

所述胸连接件(50)分别可转动连接上肢关节(1)的大臂气缸一(51)、大臂气缸二(52)、大臂气缸三(54)，所述大臂气缸一(51)、大臂气缸二(52)、大臂气缸三(54)分别可转动连接大臂中间杆(53)，所述大臂中间杆(53)和胸连接件(50)可转动连接，所述大臂中间杆(53)固定连接肘关节连接件(55)，所述肘关节连接件(55)固定连接小臂连接件(60)，所述肘关节连接件(55)固定连接肘关节气动马达(56)的壳体，所述肘关节气动马达(56)的转子固定连接连杆七(57)、所述连杆七(57)可转动连接连杆八(58)，所述连杆八(58)、螺纹连接杆一(59)、连杆九(61)、腕部连接件(63)依次固定连接，所述连杆九(61)和螺纹连接杆二(62)固定连接，所述螺纹连接杆二(62)和小臂连接件(60)可转动连接，所述腕部连接件(63)固定连接气爪(64)；

一种并联机构与四杆机构组合机器人单下肢机械结构图中，对连杆五43、连杆六44、连杆六44与小腿连接件35可转动连接进行简化，得闭合链扭转的约束方程如下

其中：是点A、B、C、D的扭矩。扭转包括角速度与旋转中心的位置。方程(1)用角速度与旋转中心的位置表示

其中：ω_A、ω_B、ω_C、ω_D表示点A、B、C、D的角速度，(x_A,y_A)、(x_B,y_B)、(x_C,y_C)、(x_D,y_D)表示点A、B、C、D的位置。

四杆机构由主动关节A和被动关节B、C、D组成，则被动关节B、C、D的角速度可以简单地由下式得到

被动关节B、C、D的角速度可以通过反演矩阵来确定。

关节A、B、C、D的角速度可由两个相连连杆表示，如下所示

其中：ω_AB、ω_BC、ω_CD、ω_DA分别表示杆AB、BC、CD、DA的角速度。由于杆DA分别与摆动气缸40、小腿连接件35固定连接，可以看作为固定杆，因此ω_DA＝0，式(4)可以进一步表示为

转动为表示两连杆之间的相对运动。在四杆机构ABCD中，6个扭转包括A、B、C、D四个点的扭转，另外两个扭转处于图10中的E、F点处。E、F点的扭转如下所示：

并且E、F点的角速度可以表示为

ω_E＝ω_A+ω_B＝-ω_C-ω_D＝ω_BC-ω_DA (8)

ω_F＝ω_D+ω_A＝-ω_B-ω_C＝ω_AB-ω_CD (9)

计算机(65)，所述计算机(65)分别连接上肢关节控制系统(66)、腰关节控制系统(67)、下肢关节控制系统(68)。