CN106426102B - 一种具有三平两转的五自由度机器人机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可实现三平两转的五自由度机器人机构，包括固定架、动平台、转动连接在固定架上的大转轴、转动连接在动平台上的小转轴、布置在所述大转轴与小转轴之间的第一、第二支链以及布置在所述固定架和动平台之间的第三、第四支链；所述四条支链均包含伸缩杆，所述第一和第二支链的伸缩杆均同时通过转动副与大转轴和小转轴连接，所述第三和第四支链的伸缩杆均通过虎克铰与静平台连接，通过球副与动平台连接。本发明结构紧凑，设计巧妙，整机刚度好、精度高，具有大的工作空间机架体积比。

Description

一种具有三平两转的五自由度机器人机构
技术领域
本发明涉及一种机器人机构，特别是涉及一种具有三平两转的五自由度机器人机构。
背景技术
现有专利CN102699898、CN102672709、CN102699902、CN101049692、CN1524662所公开的五自由度机器人中，大多由少自由度并联机构和两自由度串联转头组成，其中少自由度并联机构用于末端动平台的位置定位，两自由度串联转头用于姿态的调整。此类机器人中，由于两自由度转头的传动环节包含伺服电机和减速器，故使得末端运动质量过大，影响机构的动态性能和加减速特性，且串联转头的刚度难以保障，不利于追求机构的高刚度/质量比。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种由无串联转头的五自由度机器人机构。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有三平两转的五自由度机器人机构，包括固定架、转动连接在固定架上的大转轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、固接在固定架上大转轴驱动装置、动平台、转动连接在动平台上的小转轴、布置在所述大转轴和小转轴之间的第一支链和第三支链、布置在所述固定架与动平台之间的第二支链和第四支链，所述第二锥齿轮与固定架转动连接，且与所述大转轴驱动装置的驱动端固接，所述第一锥齿轮固连在大转轴上，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮相啮合；
所述第一支链与第三支链结构完全相同，每条支链均包括驱动装置、长度伸缩杆和转换叉；两个支链的长度伸缩杆均与大转轴转动连接，连接所述长度伸缩杆和大转轴的转动轴线与连接所述固定架和大转轴的转动轴线垂直相交；所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述长度伸缩杆的另一端均与转换叉固接，所述转换叉均与小转轴转动连接；
连接所述第一支链的长度伸缩杆和大转轴的转动轴线、连接所述第一支链的转换叉与小转轴转动轴线、连接所述第三支链的长度伸缩杆和大转轴的转动轴线、以及连接所述第三支链的转换叉与小转轴转动轴线共四条轴线相互平行；
所述第二支链和第四支链结构完全相同，包括驱动装置、长度伸缩杆、转动圈、以及球铰；所述转动圈与固定架转动连接、所述长度伸缩杆均与转动圈转动连接，所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述球铰为具有三个转动自由度的铰链，且三个转动轴线不共线但相交于一点，所述长度伸缩杆的另一端通过球铰与动平台相连；
连接所述第二支链的转动圈和固定架的转动轴线与连接所述第二支链的长度伸缩杆和第二支链的转动圈的转动轴线垂直相交。
连接所述第四支链的转动圈和固定架的转动轴线与连接所述第四支链的长度伸缩杆和第四支链的转动圈的转动轴线垂直相交。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：该机构为面对称机构，固定架的加工及安装表面均在水平或竖直方向，因而具有良好的制造和装配工艺性，并且第一支链和第三支链共用大转轴与固定架连接,此外,通过主动驱动大转轴，使得另外只需采用4条支链即可实现五自由度，减少支链数量，有利于降低制造成本。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图之一。
图2为本发明实施例的结构示意图之二。
图中编号所代表的含义为：11、第一支链的驱动装置，12、第一支链的长度伸缩杆，13、第一支链的转换叉；21、第二支链的驱动装置，22、第二支链的长度伸缩杆，23、第二支链的转动圈，24、第二支链的球铰；31、第三支链的驱动装置，32、第三支链的长度伸缩杆，33、第三支链的转换叉；41、第四支链的驱动装置，42、第四支链的长度伸缩杆，43、第四支链的转动圈，44、第四支链的球铰。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例
结合附图，本发明的一种具有三平两转的五自由度机器人机构，包括固定架1、转动连接在固定架1上的大转轴2、第一锥齿轮3、第二锥齿轮4、固接在固定架1上大转轴驱动装置5、动平台6、转动连接在动平台6上的小转轴7、布置在所述大转轴2和小转轴7之间的第一支链I和第三支链III、布置在所述固定架1与动平台6之间的第二支链II和第四支链IV，所述第二锥齿轮4与固定架1转动连接，且与所述大转轴驱动装置5的驱动端固接，所述第一锥齿轮3固连在大转轴2上，所述第一锥齿轮3和第二锥齿轮4相啮合；
所述第一支链I与第三支链III结构完全相同，每条支链均包括驱动装置、长度伸缩杆和转换叉；两个支链的长度伸缩杆均与大转轴2转动连接，连接所述长度伸缩杆和大转轴2的转动轴线与连接所述固定架1和大转轴2的转动轴线垂直相交；所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述长度伸缩杆的另一端均与转换叉固接，所述转换叉均与小转轴7转动连接；
连接所述第一支链I的长度伸缩杆12和大转轴2的转动轴线、连接所述第一支链I的转换叉13与小转轴7转动轴线、连接所述第三支链III的长度伸缩杆32和大转轴2的转动轴线、以及连接所述第三支链III的转换叉33与小转轴7转动轴线共四条轴线相互平行；
所述第二支链II和第四支链IV结构完全相同，包括驱动装置、长度伸缩杆、转动圈、以及球铰；所述转动圈与固定架1转动连接、所述长度伸缩杆均与转动圈转动连接，所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述球铰为具有三个转动自由度的铰链，且三个转动轴线不共线但相交于一点，所述长度伸缩杆的另一端通过球铰与动平台6相连；
连接所述第二支链的转动圈23和固定架1的转动轴线与连接所述第二支链的长度伸缩杆22和第二支链的转动圈23的转动轴线垂直相交。
连接所述第四支链的转动圈43和固定架1的转动轴线与连接所述第四支链的长度伸缩杆42和第四支链的转动圈43的转动轴线垂直相交。
本发明结构紧凑，设计巧妙，整机刚度好、精度高，具有大的工作空间机架体积比。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有三平两转的五自由度机器人机构，其特征在于，包括固定架(1)、转动连接在固定架(1)上的大转轴(2)、第一锥齿轮(3)、第二锥齿轮(4)、固接在固定架(1)上大转轴驱动装置(5)、动平台(6)、转动连接在动平台(6)上的小转轴(7)、布置在所述大转轴(2)和小转轴(7)之间的第一支链(I)和第三支链(III)、布置在所述固定架(1)与动平台(6)之间的第二支链(II)和第四支链(IV)，所述第二锥齿轮(4)与固定架(1)转动连接，且与所述大转轴驱动装置(5)的驱动端固接，所述第一锥齿轮(3)固连在大转轴(2)上，所述第一锥齿轮(3)和第二锥齿轮(4)相啮合；
所述第一支链(I)与第三支链(III)结构完全相同，每条支链均包括驱动装置、长度伸缩杆和转换叉；两个支链的长度伸缩杆均与大转轴(2)转动连接，连接所述长度伸缩杆和大转轴(2)的转动轴线与连接所述固定架(1)和大转轴(2)的转动轴线垂直相交；所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述长度伸缩杆的另一端均与转换叉固接，所述转换叉均与小转轴(7)转动连接；
连接所述第一支链(I)的长度伸缩杆(12)和大转轴(2)的转动轴线、连接所述第一支链(I)的转换叉(13)与小转轴(7)转动轴线、连接所述第三支链(III)的长度伸缩杆(32)和大转轴(2)的转动轴线、以及连接所述第三支链(III)的转换叉(33)与小转轴(7)转动轴线共四条轴线相互平行；
所述第二支链(II)和第四支链(IV)结构完全相同，包括驱动装置、长度伸缩杆、转动圈、以及球铰；所述转动圈与固定架(1)转动连接、所述长度伸缩杆均与转动圈转动连接，所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述球铰为具有三个转动自由度的铰链，且三个转动轴线不共线但相交于一点，所述长度伸缩杆的另一端通过球铰与动平台(6)相连；
连接所述第二支链的转动圈(23)和固定架(1)的转动轴线与连接所述第二支链的长度伸缩杆(22)和第二支链的转动圈(23)的转动轴线垂直相交。
2.根据权利要求1所述的一种具有三平两转的五自由度机器人机构，其特征在于，连接所述第四支链的转动圈(43)和固定架(1)的转动轴线与连接所述第四支链的长度伸缩杆(42)和第四支链的转动圈(43)的转动轴线垂直相交。
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