CN112605977A - 一种共旋转中心的腕关节并联机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共旋转中心的腕关节并联机构，包括静平台、驱动杆、中间杆、动平台以及驱动装置，其中驱动杆、中间杆以及动平台之间的空间独立，相互不产生干涉，三者的轴线汇交于一点，具有完整的球面工作空间，所述驱动装置固定安装在静平台上，所述中间杆滑连在动平台相连而置，其中，在每一条支链中，所述静平台与驱动杆之间具有一个转动副，所述驱动杆与中间杆之间具有一个转动副，所述中间杆与动平台之间具有一个移动副，采用本发明的共旋转中心的腕关节并联机构，能够实现转动轴线相交于一点的三转动的自由度运动，且结构简单对称、刚度和精度较高、易于控制。
Description
技术领域
本发明涉及腕关节机器人领域，更具体的说，尤其涉及一种共旋转中心的腕关节并联机构。
背景技术
随着社会的发展，科技的进步，现代工业设计已愈发成熟，在现代工业化的生产过程中，由于机器的自动化程度越来越高，因此机器代替人工的现象越来越多。机器人属于现代化机器的一种代表，机器人被广泛地用在餐饮、商场、企业等众多地方，而为了达到机器人对产品进行多方位、高精度地加工地要求，就需要一种能配合机器人进行多方位、高精度加工并且小型化和整体化地机器人腕关节并联机构，其中腕关节并联机构结构的合理设计是提高工作空间和结构刚度的重要基础。而目前大多数机器人上的腕关节并联机构工作空间虽然能达到类似人体腕关节真实的活动角度，但是整体结构却非常的大，不仅增大了制造成本的费用，也对实际工作环境有严格的要求，并且市场上有的机器人在抓取东西时，其腕关节并不能很好的保证工作时候运动中心汇交于一点，因此就会带来工作的精度不能保证，变形量大，刚度也不能够达到安全的范围。基于此，本发明设计了一种共旋转中心的腕关节并联机构，该机构采用弧形杆作为支链一部分，目的是为了缩小整体尺寸，且能够实现转动轴线相交于一点的三转动的自由度运动，且结构简单对称、刚度和精度较高、易于控制。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的机器人腕关节并联机构的尺寸较大，制造成本高，对环境要求高的问题，提出了一种共旋转中心的腕关节并联机构，采用弧形杆作为支链一部分，能够实现转动轴线相交于一点的三转动的自由度运动，且结构简单对称、刚度和精度较高、易于控制。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种共旋转中心的腕关节并联机构，包括静平台、驱动杆、中间杆、动平台和驱动装置，
所述静平台包括腕基座和腕基座连接件，所述腕基座连接件为圆形，腕基座呈L型且腕基座设置有结构完全相同的三个，所述腕基座设置有水平横板和竖直侧板，三个腕基座的水平横板均与腕基座连接件固定连接，腕基座沿圆周方向均匀环绕在腕基座连接件周围；每个腕基座的竖直侧板的外侧固定有一个驱动装置；
所述驱动杆设置有三个且三个驱动杆对应设置在三个腕基座的竖直侧板的内侧；所述驱动杆包括竖直驱动板、倾斜轴承连接板和推力球轴承，所述倾斜轴承连接板下端与竖直驱动板上端固定连接，竖直驱动板设置在腕基座的竖直侧板内侧，驱动装置的驱动端穿过竖直侧板后与竖直驱动板固定连接，倾斜轴承连接板向远离竖直侧板的一侧倾斜，推力球轴承的一个侧面安装在倾斜轴承连接板远离竖直侧板的侧面上；每个驱动杆的推力球轴承的另一个侧面连接一个中间杆；
所述中间杆包括圆柱形块、U型架、圆柱滚轮和滚轮轴，圆柱形块的一个侧面固定在推力球轴承的侧面上，U型架的底边固定在圆柱形块的另一个侧面上，所述U型架的两条侧边垂直于圆柱形块的侧面，每个U型架的侧面端部设置有一个轴心线与圆柱形块的侧面相平行的滚轮轴，每个滚轮轴上安装一个圆柱滚轮，两个圆柱滚轮均设置在U型架侧边的内侧且两个圆柱滚轮的轴心线重合；
所述动平台包括圆弧轨道杆、圆弧连接件、动平台连接件和气爪手基座，所述圆弧轨道杆设置有三个，每个圆弧轨道杆上均设置有一条圆弧轨道槽，每个中间杆上的两个圆柱滚轮设置在一个圆弧柜导杆的圆弧轨道槽上，中间杆的U型架的两条侧边限制两个圆柱滚轮沿着圆弧柜导杆的圆弧轨道槽运动；三个圆弧轨道杆的上端均与圆弧连接件固定连接，三个圆弧轨道杆沿圆周方向均布在圆弧连接件四周，三条圆弧轨道杆的下端均通过动平台连接件固定连接在气爪手基座上。
所述驱动装置工作时通过驱动杆带动中间杆绕驱动装置的输出轴转动，中间杆通过推力球轴承安装在驱动杆的倾斜轴承连接板上，中间杆转动时通过圆柱滚轮带动动平台的运动，由于中间杆转动时圆柱滚轮限制在动平台的圆弧轨道槽内运动，中间杆的后端能够通过推力球轴承发生自身的转动，所以在中间杆转动时圆柱滚轮会保持与圆弧轨道槽的相互位置。
进一步的，所述驱动板的竖直驱动板和倾斜轴承连接板一体成型，推力球轴承的一个侧面通过螺栓固定在倾斜轴承连接板。
进一步的，所述驱动杆、中间杆和动平台之间的空间独立，相互不产生干涉。驱动杆、中间杆和动平台的轴线汇交于一点，具有完整的球面工作空间。
进一步的，所述驱动杆的竖直驱动板和倾斜轴承连接板之间的角度为135度。驱动杆上设置一些列用于减轻整体重量的小孔。
进一步的，所述驱动装置为驱动电机，驱动电机通过螺栓固定在腕基座的竖直侧板外侧。
所述静平台与驱动杆之间具有一个转动副，所述驱动杆与中间杆之间具有一个转动副，所述中间杆与动平台之间具有一个转动副。
进一步的，所述腕基座连接件上设置有若干用于减轻重量的圆孔。
进一步的，所述驱动杆的竖直驱动板与驱动装置的输出端过盈连接。
进一步的，所述U型架的中心线与圆柱形块的轴线重合，两个圆柱滚轮转动时绕着圆柱形块的轴线旋转。
进一步的，所述圆弧轨道杆包括第一圆弧板、第二圆弧板、第一圆弧连接板和第二圆弧连接板，所述第一圆弧板和第二圆弧板平行设置，第一圆弧板和第二圆弧板之间形成圆弧轨道槽，第一圆弧板和第二圆弧板的上端通过第一圆弧连接板连接，第一圆弧板和第二圆弧板的下端通过第二圆弧连接板连接。
进一步的，所述圆弧连接件设置有两个，三个圆弧轨道杆的三个第一圆弧板上端固定在同一个圆弧连接件上，三个圆弧轨道杆的三个第一圆弧板下端固定在另一个圆弧连接件上。
进一步的，所述动平台连接件设置有三个，三个动平台连接件分别固定在三个圆弧轨道杆的的三个第二圆弧板的内侧，且三个动平台连接件的底部固定在气爪手基座的上端面上。
本发明的有益效果在于：本发明结构简单紧凑，体积小、质量轻，具有三个轴线相交于一点的转动自由度，由于本发明结构的形状类似于人的手腕形状，符合机器人设计的要求，且弧形杆的加入，可以提高机构的刚度，使得机构具有更高的稳定性，满足机器人设计的合理性。
附图说明
图1是本发明一种共旋转中心的腕关节并联机构的左视图。
图2是本发明一种共旋转中心的腕关节并联机构的主视图。
图3是本发明静平台的结构示意图。
图4是本发明驱动杆的结构示意图。
图5是本发明中间杆的结构示意图。
图6是本发明动平台的结构示意图。
图7是本发明圆弧轨道杆的结构示意图。
图中，1-静平台、2-驱动装置、3-驱动杆、4-轴承、5-腕基座连接件、6-腕基座、7-中间杆、8-动平台、9-倾斜轴承连接板、10-滚轮轴、11-竖直驱动板、12-圆柱形块、13-U型架、14-圆柱滚轮、15-圆弧连接件、16-圆弧轨道杆、17-动平台连接件、18-气爪手基座、19-圆弧轨道槽、20-第一圆弧板、21-第二圆弧板、22-第一圆弧连接板、23-第二圆弧连接板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～7所示，一种共旋转中心的腕关节并联机构，其特征在于：包括静平台1、驱动杆3、中间杆7、动平台8和驱动装置2。
所述静平台1包括腕基座6和腕基座连接件5，所述腕基座连接件5为圆形，腕基座6呈L型且腕基座6设置有结构完全相同的三个，所述腕基座6设置有水平横板和竖直侧板，三个腕基座6的水平横板均与腕基座连接件5固定连接，腕基座6沿圆周方向均匀环绕在腕基座连接件5周围；每个腕基座6的竖直侧板的外侧固定有一个驱动装置2。
所述驱动杆3设置有三个且三个驱动杆3对应设置在三个腕基座6的竖直侧板的内侧；所述驱动杆3包括竖直驱动板11、倾斜轴承连接板9和推力球轴承4，所述倾斜轴承连接板9下端与竖直驱动板11上端固定连接，竖直驱动板11设置在腕基座6的竖直侧板内侧，驱动装置2的驱动端穿过竖直侧板后与竖直驱动板11固定连接，倾斜轴承连接板9向远离竖直侧板的一侧倾斜，推力球轴承4的一个侧面安装在倾斜轴承连接板9远离竖直侧板的侧面上；每个驱动杆3的推力球轴承4的另一个侧面连接一个中间杆7。
所述中间杆7包括圆柱形块12、U型架13、圆柱滚轮14和滚轮轴10，圆柱形块12的一个侧面固定在推力球轴承4的侧面上，U型架13的底边固定在圆柱形块12的另一个侧面上，所述U型架13的两条侧边垂直于圆柱形块12的侧面，每个U型架13的侧面端部设置有一个轴心线与圆柱形块12的侧面相平行的滚轮轴10，每个滚轮轴10上安装一个圆柱滚轮14，两个圆柱滚轮14均设置在U型架13侧边的内侧且两个圆柱滚轮14的轴心线重合。
所述动平台8包括圆弧轨道杆16、圆弧连接件15、动平台连接件17和气爪手基座18，所述圆弧轨道杆16设置有三个，每个圆弧轨道杆16上均设置有一条圆弧轨道槽，每个中间杆7上的两个圆柱滚轮14设置在一个圆弧柜导杆的圆弧轨道槽上，中间杆7的U型架13的两条侧边限制两个圆柱滚轮14沿着圆弧柜导杆的圆弧轨道槽运动；三个圆弧轨道杆16的上端均与圆弧连接件15固定连接，三个圆弧轨道杆16沿圆周方向均布在圆弧连接件15四周，三条圆弧轨道杆16的下端均通过动平台连接件17固定连接在气爪手基座18上。
所述驱动板的竖直驱动板11和倾斜轴承连接板9一体成型，推力球轴承4的一个侧面通过螺栓固定在倾斜轴承连接板9。
所述驱动杆3、中间杆7和动平台8之间的空间独立，相互不产生干涉。
所述驱动杆3的竖直驱动板11和倾斜轴承连接板9之间的角度为135度。
所述腕基座连接件5上设置有若干用于减轻重量的圆孔。
所述驱动杆3的竖直驱动板11与驱动装置2的输出端过盈连接。
所述U型架13的中心线与圆柱形块12的轴线重合，两个圆柱滚轮14转动时绕着圆柱形块12的轴线旋转。
所述圆弧轨道杆16包括第一圆弧板20、第二圆弧板21、第一圆弧连接板23和第二圆弧连接板24，所述第一圆弧板20和第二圆弧板21平行设置，第一圆弧板20和第二圆弧板21之间形成圆弧轨道槽，第一圆弧板20和第二圆弧板21的上端通过第一圆弧连接板23连接，第一圆弧板20和第二圆弧板21的下端通过第二圆弧连接板24连接。
所述圆弧连接件15设置有两个，三个圆弧轨道杆16的三个第一圆弧板20上端固定在同一个圆弧连接件15上，三个圆弧轨道杆16的三个第一圆弧板20下端固定在另一个圆弧连接件15上。
所述动平台连接件17设置有三个，三个动平台连接件17分别固定在三个圆弧轨道杆16的的三个第二圆弧板21的内侧，且三个动平台连接件17的底部固定在气爪手基座18的上端面上。
本发明具体工作流程如下：
首先，静平台1相对大地保持固定连接，当三个驱动电机2打开时，每个驱动电机2的末端传递力和力矩至驱动杆3，驱动杆3便可以进行相应地转动，中间杆7与推力球轴承4配合，因此，驱动杆3上将转动再传递给中间杆7，中间杆7的末端圆柱滚轮14与动平台8存在移动副，因此，圆柱滚轮14既会在动平台8的圆弧轨道杆16上移动，又可以绕着滚轮轴10做旋转运动，在运动过程中，所有运动副的中心相交于动平台8中心一点，最终在三个中间杆7的作用下，动平台8便可以实现绕着中心实现三个坐标轴的三自由旋转运动。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (10)
1.一种共旋转中心的腕关节并联机构，其特征在于：包括静平台(1)、驱动杆(3)、中间杆(7)、动平台(8)和驱动装置(2)，
所述静平台(1)包括腕基座(6)和腕基座连接件(5)，所述腕基座连接件(5)为圆形，腕基座(6)呈L型且腕基座(6)设置有结构完全相同的三个，所述腕基座(6)设置有水平横板和竖直侧板，三个腕基座(6)的水平横板均与腕基座连接件(5)固定连接，腕基座(6)沿圆周方向均匀环绕在腕基座连接件(5)周围；每个腕基座(6)的竖直侧板的外侧固定有一个驱动装置(2)；
所述驱动杆(3)设置有三个且三个驱动杆(3)对应设置在三个腕基座(6)的竖直侧板的内侧；所述驱动杆(3)包括竖直驱动板(11)、倾斜轴承连接板(9)和推力球轴承(4)，所述倾斜轴承连接板(9)下端与竖直驱动板(11)上端固定连接，竖直驱动板(11)设置在腕基座(6)的竖直侧板内侧，驱动装置(2)的驱动端穿过竖直侧板后与竖直驱动板(11)固定连接，倾斜轴承连接板(9)向远离竖直侧板的一侧倾斜，推力球轴承(4)的一个侧面安装在倾斜轴承连接板(9)远离竖直侧板的侧面上；每个驱动杆(3)的推力球轴承(4)的另一个侧面连接一个中间杆(7)；
所述中间杆(7)包括圆柱形块(12)、U型架(13)、圆柱滚轮(14)和滚轮轴(10)，圆柱形块(12)的一个侧面固定在推力球轴承(4)的侧面上，U型架(13)的底边固定在圆柱形块(12)的另一个侧面上，所述U型架(13)的两条侧边垂直于圆柱形块(12)的侧面，每个U型架(13)的侧面端部设置有一个轴心线与圆柱形块(12)的侧面相平行的滚轮轴(10)，每个滚轮轴(10)上安装一个圆柱滚轮(14)，两个圆柱滚轮(14)均设置在U型架(13)侧边的内侧且两个圆柱滚轮(14)的轴心线重合；
所述动平台(8)包括圆弧轨道杆(16)、圆弧连接件(15)、动平台连接件(17)和气爪手基座(18)，所述圆弧轨道杆(16)设置有三个，每个圆弧轨道杆(16)上均设置有一条圆弧轨道槽，每个中间杆(7)上的两个圆柱滚轮(14)设置在一个圆弧柜导杆的圆弧轨道槽上，中间杆(7)的U型架(13)的两条侧边限制两个圆柱滚轮(14)沿着圆弧柜导杆的圆弧轨道槽运动；三个圆弧轨道杆(16)的上端均与圆弧连接件(15)固定连接，三个圆弧轨道杆(16)沿圆周方向均布在圆弧连接件(15)四周，三条圆弧轨道杆(16)的下端均通过动平台连接件(17)固定连接在气爪手基座(18)上。
2.根据权利要求1所述的一种共旋转中心的腕关节并联机构，其特征在于：所述驱动板的竖直驱动板(11)和倾斜轴承连接板(9)一体成型，推力球轴承(4)的一个侧面通过螺栓固定在倾斜轴承连接板(9)。
3.根据权利要求1所述的一种共旋转中心的腕关节并联机构，其特征在于：所述驱动杆(3)、中间杆(7)和动平台(8)之间的空间独立，相互不产生干涉。
4.根据权利要求1所述的一种共旋转中心的腕关节并联机构，其特征在于：所述驱动杆(3)的竖直驱动板(11)和倾斜轴承连接板(9)之间的角度为135度。
5.根据权利要求1所述的一种共旋转中心的腕关节并联机构，其特征在于：所述腕基座连接件(5)上设置有若干用于减轻重量的圆孔。
6.根据权利要求1所述的一种共旋转中心的腕关节并联机构，其特征在于：所述驱动杆(3)的竖直驱动板(11)与驱动装置(2)的输出端过盈连接。
7.根据权利要求1所述的一种共旋转中心的腕关节并联机构，其特征在于：所述U型架(13)的中心线与圆柱形块(12)的轴线重合，两个圆柱滚轮(14)转动时绕着圆柱形块(12)的轴线旋转。
8.根据权利要求1所述的一种共旋转中心的腕关节并联机构，其特征在于：所述圆弧轨道杆(16)包括第一圆弧板(20)、第二圆弧板(21)、第一圆弧连接板(23)和第二圆弧连接板(24)，所述第一圆弧板(20)和第二圆弧板(21)平行设置，第一圆弧板(20)和第二圆弧板(21)之间形成圆弧轨道槽，第一圆弧板(20)和第二圆弧板(21)的上端通过第一圆弧连接板(23)连接，第一圆弧板(20)和第二圆弧板(21)的下端通过第二圆弧连接板(24)连接。
9.根据权利要求8所述的一种共旋转中心的腕关节并联机构，其特征在于：所述圆弧连接件(15)设置有两个，三个圆弧轨道杆(16)的三个第一圆弧板(20)上端固定在同一个圆弧连接件(15)上，三个圆弧轨道杆(16)的三个第一圆弧板(20)下端固定在另一个圆弧连接件(15)上。
10.根据权利要求9所述的一种共旋转中心的腕关节并联机构，其特征在于：所述动平台连接件(17)设置有三个，三个动平台连接件(17)分别固定在三个圆弧轨道杆(16)的的三个第二圆弧板(21)的内侧，且三个动平台连接件(17)的底部固定在气爪手基座(18)的上端面上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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