CN100382932C - 一种串并联主动等效球铰机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串并联主动等效球铰机构，由支撑组件(1)、连接组件(2)和驱动组件(3)构成，是能实现绕空间三坐标轴独立主动旋转的姿态调整机构。它由两套丝杠螺母驱动机构、前连接板(101)、U形座(103)、三个十字万向联轴器构成了绕X轴、Y轴旋转的并联驱动机构；由Z轴电机(303)、后连接板(102)、连接轴(107)和U形座(103)构成绕Z轴旋转的串联机构。三个旋转轴X、Y、Z两两垂直，且交于一点。该机构具有输出力矩大、结构紧凑、易于安装的特点。

Description

一种串并联主动等效球铰机构
技术领域
本发明涉及一种串并联主动等效球铰机构，是能实现绕空间三坐标轴主动旋转的姿态调整机构。
背景技术
主动等效球铰机构因为能够实现绕空间三坐标轴的旋转，它在机器人、自动对接装置、医疗设备等领域有着广泛的应用。目前，现有的主动等效球铰机构一般采用三个独立的旋转机构串联构成，其特点是各轴旋转相互解耦，控制简单。但是，对于采用单纯串联方式构成的等效球铰机构，它的每一个自由度都采用直接驱动方式，所以，其驱动力矩有限；若要实现大的驱动力矩，则需要采用大减速比的减速器或大功率驱动器，从而造成机构体积庞大，重量激增，不利于安装使用。
发明内容
本发明利用并联机构刚性好，输出力矩大的特点，将并联机构运用在等效球铰机构的设计中，提出了一种串并联主动等效球铰机构。采用串、并组合等效球铰机构实现了机构结构的小型化，结构紧凑、输出力矩大，适用于小型机器人和小型三自由度旋转平台。
本发明是一种串并联主动等效球铰机构，包括支撑组件、连接组件和驱动组件，连接组件的左右两个滚珠丝杠螺母机构并联。
所述支撑组件的U形座安装在前连接板下方；前连接板的中心位置设有支杆，前连接板上开设有台阶孔A、台阶孔B、台阶孔C和台阶孔D，在台阶孔A底部安装有左档圈，在台阶孔A和左档圈之间安装有左球轴承，在台阶孔B底部安装有右档圈，在台阶孔B和右档圈之间安装有右球轴承；后连接板的中心位置设有连接轴，连接轴的一端与Z轴电机的输出轴连接，另一端与支杆一端固连；U形座上设有右凸柱和左凸柱，右凸柱上安装有右丝杠带轮，左凸柱上安装有左丝杠带轮。
所述连接组件的右滚珠丝杠一端穿过前连接板的台阶孔B后与右球轴承连接，右球轴承与右丝杠带轮柔性连接，右滚珠丝杠另一端套接在右丝杠螺母内，右丝杠螺母安装在右丝杠套筒内，右丝杠套筒另一端连接十字万向联轴器B；左滚珠丝杠一端穿过前连接板的台阶孔A后与左球轴承连接，左球轴承与左丝杠带轮柔性连接，左滚珠丝杠另一端套接在左丝杠螺母内，左丝杠螺母安装在左丝杠套筒内，左丝杠套筒另一端连接十字万向联轴器A；十字万向联轴器C与支撑组件的支杆一端连接，十字万向联轴器A、十字万向联轴器B和十字万向联轴器C的另一端固定在驱动板的底部。
所述驱动组件的Z轴电机安装在支撑组件的后连接板上，Z轴电机的输出轴与连接轴的一端连接；右电机安装在前连接板的台阶孔D内，右电机的输出轴穿过台阶孔D后与右电机带轮连接，右电机带轮上套接有右皮带，右皮带另一端套接在连接组件的右丝杠带轮上；左电机安装在前连接板的台阶孔C内，左电机的输出轴穿过台阶孔C后与左电机带轮连接，左电机带轮上套接有左皮带，左皮带另一端套接在连接组件的左丝杠带轮上。
本发明串并联主动等效球铰机构的优点在于：结构紧凑，具备三自由度的空间姿态调节能力，工作空间大，在同样的输出力矩条件下，所需驱动电机的输出力矩小，易于安装使用。
附图说明
图1是本发明串并联主动等效球铰机构的结构图。
图1A是图1的后视图。
图2是支撑组件的结构图。
图2A是支撑组件的爆炸视图。
图2B是U形座的结构图。
图3是连接组件的结构图。
图3A是丝杠与丝杠螺母的装配示意图。
图4是驱动组件的结构图。
图中：    1.支撑组件     101.前连接板   111.台阶孔A     112.台阶孔B113.台阶孔C   114.台阶孔D    102.后连接板   103.U形座       131.右凸柱132.左凸柱    104.支杆       105.左档圈     106.右档圈      107.连接轴2.连接组件    201.右丝杠套筒 202.左丝杠套筒 203.左丝杠螺母  204.右丝杠螺母205.左球轴承  206.右球轴承   207.左丝杠带轮                 208.右丝杠带轮209.十字万向联轴器A          210.十字万向联轴器B211.十字万向联轴器C                         212.驱动板      213.左滚珠丝杠214.右滚珠丝杠               3.驱动组件     301.右电机      302.左电机303.Z轴电机   304.左皮带     305.右皮带     306.左电机带轮  307.右电机带轮
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参见图1、图1A所示，本发明是一种串并联主动等效球铰机构，由支撑组件1、连接组件2和驱动组件3构成，通过三个十字万向联轴器(十字万向联轴器A 209、十字万向联轴器B 210和十字万向联轴器C 211)连接驱动板212和支撑组件1的前连接板101，实现了驱动板212与前连接板101之间的两个相互垂直的转动自由度；在前连接板101与后连接板102之间串联一个旋转自由度，该自由度转轴与前两个转动自由度垂直且交于一点，从而实现一个绕空间三个坐标轴独立转动的等效球铰机构。
参见图2、图2A、图2B所示，所述支撑组件1的U形座103安装在前连接板101下方；前连接板101的中心位置设有支杆104，前连接板101上开设有四个台阶孔，即台阶孔A 111、台阶孔B 112、台阶孔C 113和台阶孔D 114，在台阶孔A 111底部安装有左档圈105，在台阶孔A 111和左档圈105之间安装有左球轴承205，在台阶孔B 112底部安装有右档圈106，在台阶孔B112和右档圈106之间安装有右球轴承206；后连接板102的中心位置设有连接轴107，连接轴107的一端与Z轴电机303(直流电机)的输出轴连接，另一端与支杆104一端固连；U形座103上设有右凸柱131和左凸柱132，右凸柱131上安装有右丝杠带轮208，左凸柱132上安装有左丝杠带轮207。
参见图3、图3A所示，所述连接组件2的右滚珠丝杠214一端穿过前连接板101的台阶孔B 112后与右球轴承206连接，右球轴承206与右丝杠带轮208柔性连接，右滚珠丝杠214另一端套接在右丝杠螺母204内，右丝杠螺母204安装在右丝杠套筒201内，右丝杠套筒201另一端连接十字万向联轴器B210；左滚珠丝杠213一端穿过前连接板101的台阶孔A 111后与左球轴承205连接，左球轴承205与左丝杠带轮207柔性连接，左滚珠丝杠213另一端套接在左丝杠螺母203内，左丝杠螺母203安装在左丝杠套筒202内，左丝杠套筒202另一端连接十字万向联轴器A 209；十字万向联轴器C 211与支撑组件1的支杆104一端连接，十字万向联轴器A 209、十字万向联轴器B 210和十字万向联轴器C 211的另一端固定在驱动板212的底部。
参见图4所示，所述驱动组件3的Z轴电机303安装在支撑组件1的后连接板102上，Z轴电机303(直流电机)的输出轴与连接轴107的一端连接；右电机301(直流电机)安装在前连接板101的台阶孔D 114内，右电机301的输出轴穿过台阶孔D 114后与右电机带轮307连接，右电机带轮307上套接有右皮带305，右皮带305另一端套接在连接组件2的右丝杠带轮208上；左电机302(直流电机)安装在前连接板101的台阶孔C 113内，左电机302的输出轴穿过台阶孔C 113后与左电机带轮306连接，左电机带轮306上套接有左皮带304，左皮带304另一端套接在连接组件2的左丝杠带轮207上。
Z轴电机303与后连接板102固连，Z轴电机303输出轴与连接轴107连接，当Z轴电机303转动时，将带动支撑组件1绕Z轴旋转。此为绕Z轴旋转的串联驱动部分。
本发明等效球铰机构，绕X轴和Y轴的转动是驱动板212以十字万向联轴器C211的十字销交点为转动中心的转动。这两个转动互相耦合，其操作过程为：左电机302旋转，则与左电机302输出轴连接的左电机带轮306上的左皮带304带动左滚珠丝杠213转动，左滚珠丝杠213转动的同时带动了左丝杠套筒202做伸缩运动；右电机301旋转，则与右电机301输出轴连接的右电机带轮307上的右皮带305带动右滚珠丝杠214转动，右滚珠丝杠214转动的同时带动了右丝杠套筒201做伸缩运动，由此产生驱动板212以十字万向联轴器C 211的十字销交点为转动中心的绕X轴和Y轴的转动。
本发明等效球铰机构可以通过同时控制三个直流电机：Z轴电机303、左电机302、右电机301转动，实现驱动板212以十字万向联轴器C 211的十字销交点为转动中心的绕X、Y、Z轴的转动。

Claims (5)

1.一种串并联主动等效球铰机构，其特征在于：由支撑组件(1)、连接组件(2)和驱动组件(3)构成，
所述支撑组件(1)的U形座(103)安装在前连接板(101)下方；前连接板(101)的中心位置设有支杆(104)，前连接板(101)上开设有台阶孔A(111)、台阶孔B(112)、台阶孔C(113)和台阶孔D(114)，在台阶孔A(111)底部安装有左档圈(105)，在台阶孔A(111)和左档圈(105)之间安装有左球轴承(205)，在台阶孔B(112)底部安装有右档圈(106)，在台阶孔B(112)和右档圈(106)之间安装有右球轴承(206)；后连接板(102)的中心位置设有连接轴(107)，连接轴(107)的一端与Z轴电机(303)的输出轴连接，另一端与支杆(104)一端固连；U形座(103)上设有右凸柱(131)和左凸柱(132)，右凸柱(131)上安装有右丝杠带轮(208)，左凸柱(132)上安装有左丝杠带轮(207)；
所述连接组件(2)的右滚珠丝杠(214)一端穿过前连接板(101)的台阶孔B(112)后与右球轴承(206)连接，右球轴承(206)与右丝杠带轮(208)柔性连接，右滚珠丝杠(214)另一端套接在右丝杠螺母(204)内，右丝杠螺母(204)安装在右丝杠套筒(201)内，右丝杠套筒(201)另一端连接十字万向联轴器B(210)；左滚珠丝杠(213)一端穿过前连接板(101)的台阶孔A(111)后与左球轴承(205)连接，左球轴承(205)与左丝杠带轮(207)柔性连接，左滚珠丝杠(213)另一端套接在左丝杠螺母(203)内，左丝杠螺母(203)安装在左丝杠套筒(202)内，左丝杠套筒(202)另一端连接十字万向联轴器A(209)；十字万向联轴器C(211)与支撑组件(1)的支杆(104)一端连接，十字万向联轴器A(209)、十字万向联轴器B(210)和十字万向联轴器C(211)的另一端固定在驱动板(212)的底部；
所述驱动组件(3)的Z轴电机(303)安装在支撑组件(1)的后连接板(102)上，Z轴电机(303)的输出轴与连接轴(107)的一端连接；右电机(301)安装在前连接板(101)的台阶孔D(114)内，右电机(301)的输出轴穿过台阶孔D(114)后与右电机带轮(307)连接，右电机带轮(307)上套接有右皮带(305)，右皮带(305)另一端套接在连接组件(2)的右丝杠带轮(208)上；左电机(302)安装在前连接板(101)的台阶孔C(113)内，左电机(302)的输出轴穿过台阶孔C(113)后与左电机带轮(306)连接，左电机带轮(306)上套接有左皮带(304)，左皮带(304)另一端套接在连接组件(2)的左丝杠带轮(207)上。
2.根据权利要求1所述的串并联主动等效球铰机构，其特征在于：Z轴电机(303)、左电机(302)和右电机(301)为直流电机。
3.根据权利要求1所述的串并联主动等效球铰机构，其特征在于：Z轴电机(303)与后连接板(102)固连，当Z轴电机(303)转动时形成绕Z轴旋转的串联驱动部分。
4.根据权利要求1所述的串并联主动等效球铰机构，其特征在于：形成绕X轴和Y轴的转动是驱动板(212)以十字万向联轴器C(211)的十字销交点为转动中心的转动。
5.根据权利要求1所述的串并联主动等效球铰机构，其特征在于：同时控制Z轴电机(303)、左电机(302)和右电机(301)转动，实现驱动板(212)以十字万向联轴器C(211)的十字销交点为转动中心的绕X轴、Y轴和Z轴的转动。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100432522C (zh) * 2006-12-13 2008-11-12 北京航空航天大学 一种可调的虚拟中心转动并联机构
CN101260904B (zh) * 2008-04-23 2010-06-02 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 基于柔性元件的球铰机构

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2570594Y (zh) * 2002-09-04 2003-09-03 中国科学院沈阳自动化研究所 一种新型串并联纯转动三自由度机构
CN1454753A (zh) * 2003-06-20 2003-11-12 北京工业大学 一种串－并联式微操作并联机器人机械装置
CN1537704A (zh) * 2003-10-24 2004-10-20 清华大学 一种二维转动一维移动并联机器人机构
CN1544210A (zh) * 2003-11-28 2004-11-10 清华大学 一种二自由度转动并联机器人机构
CN1583372A (zh) * 2004-05-28 2005-02-23 哈尔滨工业大学 滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人
US6874834B2 (en) * 1996-10-07 2005-04-05 Phd, Inc. Linear slide gripper

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6874834B2 (en) * 1996-10-07 2005-04-05 Phd, Inc. Linear slide gripper
CN2570594Y (zh) * 2002-09-04 2003-09-03 中国科学院沈阳自动化研究所 一种新型串并联纯转动三自由度机构
CN1454753A (zh) * 2003-06-20 2003-11-12 北京工业大学 一种串－并联式微操作并联机器人机械装置
CN1537704A (zh) * 2003-10-24 2004-10-20 清华大学 一种二维转动一维移动并联机器人机构
CN1544210A (zh) * 2003-11-28 2004-11-10 清华大学 一种二自由度转动并联机器人机构
CN1583372A (zh) * 2004-05-28 2005-02-23 哈尔滨工业大学 滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人

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