CN115741660B - 一种双关节多自由度机械臂及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双关节多自由度机械臂及其驱动方法。该机械臂包括基座、驱动机构、大臂模块和小臂模块。驱动机构包括安装在基座上三个双向驱动组件大臂模块包括大臂推杆、大臂中心杆和肘关节万向盘。小臂模块包括腕关节万向盘、万向节联轴器、小臂中心杆、小臂伸缩杆和腕关节万向盘。小臂伸缩杆包括螺纹连接的第一连杆和第二连杆。本发明利用固定在基座上的三个双向驱动组件即可独立实现串联的大臂模块和小臂模块的二自由度转动，大大提高了末端执行器在工作空间内的运动灵活度。由于本发明中的三个双向驱动组件均位于基座上，降低了机械臂移动部位的重量，提高了机械臂的关节空间利用率，并简化了布线。

Description

一种双关节多自由度机械臂及其驱动方法

技术领域

本发明属于舵机传动和机械臂驱动与设计领域，具体涉及新型舵机驱动方式以及新型机械臂肘-腕关节结构设计。

背景技术

传统机械臂关节处设置舵机或电机，使得关节处空间结构较大且笨重，且每个关节仅有一个转动自由度，这就导致实现多自由度摆动需要多个关节串联来实现，使得整个机械臂不够灵活，且尺寸和重量均较大，不适合小空间作业。此外，在每个关节设置舵机或电机会导致机械臂的运动部位的重量增大，不利于机械臂的精准控制；同时在每个关节设置舵机或电机还会带来控制线的布线难度大等问题。因此，需要设计一种结构紧凑，所有动力元件均集成在基座上，每个关节均具有多个转动自由度的机械臂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双关节多自由度机械臂及其驱动方法。

本发明一种双关节多自由度机械臂，包括基座、驱动机构、大臂模块和小臂模块。驱动机构包括安装在基座上三个双向驱动组件。双向驱动组件既能够输出旋转运动，又能够输出轴向伸缩运动。所述的大臂模块包括大臂推杆、大臂中心杆和肘关节万向盘。肘关节万向盘上开设有第一中心球窝，以及环绕在第一中心球窝周围的三个腰型球窝。

所述大臂中心杆的内端与基座固定。大臂中心杆的外端固定有第一中心球体。第一中心球体与肘关节万向盘上的第一中心球窝构成球面副。三根大臂推杆内端与三个双向驱动组件的输出轴固定；三根大臂推杆的外端均固定有连接球。三个连接球分别被约束在三个腰型球窝内。

所述的小臂模块包括腕关节万向盘、万向节联轴器、小臂中心杆、小臂伸缩杆和腕关节万向盘。腕关节万向盘上开设有第二中心球窝。所述小臂中心杆的内端与肘关节万向盘固定。小臂中心杆的外端固定有第二中心球。第二中心球与腕关节万向盘上的第二中心球窝构成球面副。

所述的小臂伸缩杆包括第一连杆和第二连杆。第一连杆的外端与第二连杆的内端构成螺旋副。三根小臂伸缩杆中第一连杆的内端与三个连接球分别通过万向节联轴器传动连接。三根小臂伸缩杆中第二连杆的外端与腕关节万向盘上的三个不同位置分别构成转动副。

作为优选，三个双向驱动组件呈正三角形排布。

作为优选，所述的第一中心球窝位于肘关节万向盘的中心位置。三个腰型球窝沿着第一中心球窝的周向均布。

作为优选，以三个腰型球窝共同所在的平面为特征平面；经过第一中心球窝的球心的特征平面法线为特征中心线。腰型球窝的长度方向沿着特征中心线的径向设置。

作为优选，所述腰型球窝的横截面呈腰型孔状；腰型球窝的纵截面轮廓为两条相互正对的圆弧形。

作为优选，所述的肘关节万向盘的外侧固定有大臂柔性外壳。大臂柔性外壳的边缘处与基座的边缘之间通过筒状的大臂保护套连接。所述的腕关节万向盘的外侧固定有小臂柔性外壳。小臂柔性外壳的边缘处与大臂柔性外壳的边缘之间通过筒状的小臂保护套连接。

作为优选，所述的腕关节万向盘上设置有三根铰接轴。第二中心球窝位于腕关节万向盘的中心位置。三根铰接轴沿着第二中心球窝的周向均布。铰接轴的轴线均沿着第二中心球窝的切向设置。第二连杆的外端固定有铰接套。三根第二连杆上的铰接套与腕关节万向盘上的三个铰接轴分别铰接。

作为优选，所述的双向驱动组件包括外壳、伸缩驱动舵机、旋转驱动舵机、输出轴、两用柱齿轮、周向传动齿轮、周向主动齿轮、轴向传动齿轮和轴向主动齿轮。输出轴与外壳构成圆柱副。周向传动齿轮转动连接在外壳内。周向传动齿轮的轴线与输出轴的轴线平行。轴向传动齿轮转动连接在外壳内。轴向传动齿轮的轴线与输出轴的轴线垂直。

所述的伸缩驱动舵机和旋转驱动舵机均固定在外壳内；伸缩驱动舵机的输出轴上固定有轴向主动齿轮；旋转驱动舵机的输出轴上固定有周向主动齿轮。周向主动齿轮与周向传动齿轮啮合。轴向主动齿轮与轴向传动齿轮啮合。

所述的两用柱齿轮同轴固定在输出轴上。所述的两用柱齿轮的外圆周面上设置有沿着柱齿轮轴线的周向均布的多个轮齿队列。每个轮齿队列均包括沿着两用柱齿轮的轴线方向依次等间隔排列的多个两用轮齿。每个两用轮齿沿两用柱齿轮切向上的两个侧面为能够与周向传动齿轮配合传动的周向啮合齿面。每个两用轮齿沿两用柱齿轮轴向上的两个侧面为能够与轴向传动齿轮配合传动的轴向啮合齿面。工作过程中，周向传动齿轮转动，能够带动两用柱齿轮旋转；轴向传动齿轮转动，能够带动两用柱齿轮轴向移动。

作为优选，周向传动齿轮的齿宽B₁的取值范围为m_1′*4≤B₁≤m_1′*6；轴向传动齿轮的齿宽B₂的取值范围为m₁*3≤B₂≤m₁*5。m_1′和m₁为两用柱齿轮的周向模数和轴向模数。

该双关节多自由度机械臂的驱动方法，包括以下步骤：

步骤一、根据机械臂的工作任务，在腕关节万向盘的外侧面安装对应的末端执行器。

步骤二、通过三个双向驱动组件的输出轴的轴向带动移动肘关节万向盘进行翻转；通过三个双向驱动组件的输出轴的周向旋转带动腕关节万向盘进行翻转，使得末端执行器移动至目标位置执行工作任务。

本发明的具体有益效果为：

1、本发明利用固定在基座上的三个双向驱动组件即可独立实现串联的大臂模块和小臂模块的二自由度转动，大大提高了末端执行器在工作空间内的运动灵活度。

2、由于本发明中的三个双向驱动组件均位于基座上，降低了机械臂移动部位的重量，提高了机械臂的关节空间利用率，并简化了布线。

3、本发明使用的双向驱动组件中包括一种能够与相互垂直的两个传动齿轮啮合的两用柱齿轮；两用柱齿轮同时具有圆柱齿轮和齿条的特性，能够在相互垂直的两个传动齿轮的驱动下，分别进行伸缩运动和旋转运动，从而提高了双向驱动组件的结构紧凑度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明中大臂推杆的立体示意图；

图4为本发明中肘关节万向盘与小臂中心杆的组合示意图；

图5为本发明中第一连杆的结构示意图；

图6为本发明中第二连杆的结构示意图；

图7为本发明中腕关节万向盘的结构示意图；

图8为本发明中双向驱动组件的爆炸示意图；

图9为本发明中双向驱动组件的内部结构示意图；

图10为本发明中两用柱齿轮与轴向传动齿轮、轴向主动齿轮的传动示意图；

图11为本发明中两用柱齿轮与周向传动齿轮、周向主动齿轮的传动示意图；

图12为本发明中两用柱齿轮的局部示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述。

如图1和2所示，一种双关节多自由度机械臂，包括基座1、驱动机构、大臂模块和小臂模块。驱动机构包括安装在基座1上并呈正三角形排布的三个双向驱动组件2。双向驱动组件2既能够输出旋转运动，又能够输出轴向伸缩运动。

所述的大臂模块包括大臂推杆3、大臂中心杆4、肘关节万向盘5和大臂柔性外壳6。肘关节万向盘5上开设有第一中心球窝5-1和三个腰型球窝5-2。第一中心球窝5-1位于肘关节万向盘5的中心位置。三个腰型球窝5-2沿着第一中心球窝5-1的周向均布。以三个腰型球窝5-2共同所在的平面为特征平面；经过第一中心球窝5-1的球心的特征平面法线(本实施例中即为肘关节万向盘5的中心轴线)为特征中心线。腰型球窝5-2的长度方向沿着特征中心线的径向设置。腰型球窝5-2的横截面(即平行于特征平面的截面)呈腰型孔状；腰型球窝5-2的纵截面轮廓(即即垂直于腰型球窝5-2长度方向的截面)为两条相互正对的圆弧形。

如图2、3和4所示，大臂中心杆4的内端与基座1固定。大臂中心杆的内端位于三个双向驱动组件2合围成的正三角形的中心位置。大臂中心杆4的外端固定有第一中心球体4-1。第一中心球体4-1与肘关节万向盘5上的第一中心球窝5-1构成球面副。三根大臂推杆3内端的连接部3-1与三个双向驱动组件2的输出轴固定；三根大臂推杆3的外端均固定有连接球3-2。三个连接球3-2分别被约束在三个腰型球窝5-2内。连接球既能够在对应的腰型球窝5-2内沿着腰型球窝5-2的长度方向滑动，又能够在对应的腰型球窝5-2向任意方向旋转。通过三个双向驱动组件2的输出轴的伸缩运动，能够带动肘关节万向盘5进行两个自由度翻转；同时，三个双向驱动组件2的输出轴的旋转运动对肘关节万向盘5不会产生影响。

大臂柔性外壳6固定在肘关节万向盘5的外侧。大臂柔性外壳6的边缘处与基座1的边缘之间通过筒状的大臂保护套连接。大臂保护套采用刚性结构能够隐藏和保护大臂中心杆4和三根大臂推杆3。

如图2、4、5、6和7所示，小臂模块包括小臂保护套7、腕关节万向盘10、小臂柔性外壳11、万向节联轴器12、小臂中心杆13、小臂伸缩杆和腕关节万向盘10。腕关节万向盘10上开设有第二中心球窝10-1，并设置有三根铰接轴10-2。第二中心球窝10-1位于腕关节万向盘10的中心位置。三根铰接轴沿着第二中心球窝10-1的周向均布。铰接轴10-2的轴线均沿着第二中心球窝10-1的切向设置。小臂中心杆13的内端与肘关节万向盘5的外侧面中心位置固定。小臂中心杆13的外端固定有第二中心球13-1。第二中心球13-1与腕关节万向盘10上的第二中心球窝构成球面副。

小臂伸缩杆包括第一连杆8和第二连杆9。第一连杆8的外端设置有外螺纹8-1；第二连杆9的内端设置有螺纹孔9-1。第一连杆8外端的外螺纹8-1与第二连杆9内端的螺纹孔9-1构成螺旋副。三根小臂伸缩杆中第一连杆8的内端与三个连接球分别通过万向节联轴器12传动连接。三根小臂伸缩杆中第二连杆9外端的铰接套9-2与腕关节万向盘10上的三个铰接轴10-2分别构成转动副。

小臂柔性外壳11固定在腕关节万向盘10的外侧。小臂柔性外壳11的边缘处与大臂柔性外壳6的边缘之间通过筒状的小臂保护套7连接。小臂保护套7采用刚性结构能够隐藏和保护小臂中心杆13和小臂伸缩杆。

当三个双向驱动组件2的输出轴进行旋转运动时，能够带动第一连杆8转动；此时，由于三根第二连杆9均转动连接在腕关节万向盘10上，故第二连杆9无法跟随第一连杆8转动；因此，随着第一连杆8的转动小臂伸缩杆伸长或缩短，带动腕关节万向盘10进行两个自由度翻转。

如图8和9所示，双向驱动组件2包括盖体2-1、外壳2-2、伸缩驱动舵机2-3、旋转驱动舵机2-4、轴套2-5、输出轴2-6、两用柱齿轮2-7、轴承2-8、周向传动齿轮2-9、周向主动齿轮2-10、轴向传动齿轮2-11和轴向主动齿轮2-12。输出轴2-6偏心设置在外壳2-2内；输出轴2-6的两端与盖体2-1、外壳2-2分别通过轴套2-5连接，并构成圆柱副，使得输出轴2-6能够相对于外壳2-2旋转和轴向滑动。轴套2-5的内侧面均匀安装有多个滚珠，以减小输出轴2-6旋转和轴向滑动的阻力。

盖体2-1固定在外壳2-2一端的开口处。周向传动齿轮2-9采用内齿轮，其外圆周面通过轴承2-8同轴转动连接在外壳2-2内。周向传动齿轮2-9的轴线与输出轴2-6的轴线平行。轴向传动齿轮2-11转动连接在外壳2-2内。轴向传动齿轮2-11的轴线与输出轴2-6的轴线垂直。伸缩驱动舵机2-3和旋转驱动舵机2-4均固定在外壳2-2内；伸缩驱动舵机2-3的输出轴2-6上固定有轴向主动齿轮2-12；旋转驱动舵机2-4的输出轴2-6上固定有周向主动齿轮2-10。周向主动齿轮2-10与周向传动齿轮2-9啮合。轴向主动齿轮2-12与轴向传动齿轮2-11啮合。

如图9、10和11所示，两用柱齿轮2-7同轴固定在输出轴2-6上。两用柱齿轮2-7的横截面呈圆柱齿轮状，纵截面(即轴截面)呈齿条状。具体来说，两用柱齿轮2-7的外圆周面上设置有沿着柱齿轮2-7轴线的周向均布的多个轮齿队列。每个轮齿队列均包括沿着两用柱齿轮2-7的轴线方向依次等间隔排列的多个两用轮齿。

如图12所示，每个两用轮齿沿两用柱齿轮2-7切向上的两个侧面为周向啮合齿面7-1；周向啮合齿面7-1具体为圆柱直齿轮的渐开线齿面，能够与周向传动齿轮2-9上的齿面进行配合传动，实现两用轮齿与周向传动齿轮2-9的啮合。周向传动齿轮2-9不影响两用柱齿轮2-7的轴向滑动。

每个两用轮齿沿两用柱齿轮2-7轴向上的两个侧面为轴向啮合齿面7-2；轴向啮合齿面7-2具体为直齿条的渐开线齿面，能够与轴向传动齿轮2-11上的齿面进行配合传动，实现两用轮齿与轴向传动齿轮2-11的啮合。轴向传动齿轮2-11不影响两用柱齿轮2-7的周向旋转。

两用轮齿的齿顶面为局部圆柱面；该局部圆柱面的轴线与输出轴的轴线重合。

两用柱齿轮的设计基本参数：为保证齿轮的使用寿命要求与强度要求，保证齿轮不发生根切，设计时齿数不可以少于17即：Z₁≥17。为了保证齿轮传动的重合度与配合齿数要求，周向传动齿轮2-9的最小厚度(即齿宽)B₁≥m_1′*4；轴向传动齿轮2-11的最小厚度(即齿宽)B₂≥m₁*3。m_1′和m₁为两用柱齿轮的周向模数和轴向模数，即轴向模数和周向模数可以不同，可以根据实际情况选取不同模数，因此周向传动齿轮2-9的齿宽与轴向传动齿轮2-11的齿宽都是根据实际情况设计的。

由于齿轮的齿宽决定了两齿轮啮合时的作用区域的大小，作用区域越大摩擦越大，过大的摩擦不利于传动效率的提高，故：周向传动齿轮2-9的最小厚度(即齿宽)B₁≤m_1′*6；轴向传动齿轮2-11的最小厚度(即齿宽)B₂≤m₁*5。

综上：周向传动齿轮2-9的最小厚度(即齿宽)为：m_1′*4≤B₁≤m_1′*6；轴向传动齿轮2-11的最小厚度(即齿宽)为：m₁*3≤B₂≤m₁*5。

当双向驱动组件2的输出轴需要进行伸缩运动时，伸缩驱动舵机2-3转动，带动轴向主动齿轮2-12和轴向传动齿轮2-11旋转，进而带动输出轴和两用柱齿轮2-7沿轴线方向滑动。

当双向驱动组件2的输出轴需要进行旋转运动时，旋转驱动舵机2-4转动，带动周向主动齿轮2-10和周向传动齿轮2-9旋转，进而带动输出轴和两用柱齿轮2-7绕自身轴线旋转。

由此，双向驱动组件2能够实现输出轴的轴向移动和周向转动的独立控制，且结构更加紧凑。

两用柱齿轮2-7的加工过程具体如下：

使用盘状铣刀或指状铣刀将圆柱齿坯加工为圆柱直齿轮状的两用柱齿坯；使用滚刀对两用柱齿坯进行加工；加工过程中，滚刀旋转并沿着两用柱齿坯的径向进给，同时两用柱齿坯绕自身轴线旋转，将两用柱齿坯上齿廓分割为两用柱齿轮外圆周面上均匀排布的两用轮齿阵列。

该双关节多自由度机械臂的驱动方法如下：

步骤一、根据机械臂的工作任务，在腕关节万向盘10的外侧面安装对应的末端执行器(如进行抓取作业时安装机械手爪作为末端执行器，进行焊接作业时安装焊枪作为末端执行器)。

步骤二、通过三个双向驱动组件2的输出轴的轴向带动移动肘关节万向盘进行翻转；通过三个双向驱动组件2的输出轴的周向旋转带动腕关节万向盘10进行翻转；实现对末端执行器的位置和姿态的灵活控制，完成工作任务。

Claims (10)

1.一种双关节多自由度机械臂，包括基座(1)、驱动机构、大臂模块和小臂模块；其特征在于：所述的驱动机构包括安装在基座(1)上三个双向驱动组件(2)；双向驱动组件(2)既能够输出旋转运动，又能够输出轴向伸缩运动；所述的大臂模块包括大臂推杆(3)、大臂中心杆(4)和肘关节万向盘(5)；肘关节万向盘(5)上开设有第一中心球窝(5-1)，以及环绕在第一中心球窝(5-1)周围的三个腰型球窝(5-2)；

所述大臂中心杆(4)的内端与基座(1)固定；大臂中心杆(4)的外端固定有第一中心球体(4-1)；第一中心球体(4-1)与肘关节万向盘(5)上的第一中心球窝(5-1)构成球面副；三根大臂推杆(3)内端与三个双向驱动组件(2)的输出轴固定；三根大臂推杆(3)的外端均固定有连接球(3-2)；三个连接球(3-2)分别被约束在三个腰型球窝(5-2)内；

所述的小臂模块包括腕关节万向盘(10)、万向节联轴器(12)、小臂中心杆(13)、小臂伸缩杆和腕关节万向盘(10)；腕关节万向盘(10)上开设有第二中心球窝(10-1)；所述小臂中心杆(13)的内端与肘关节万向盘(5)固定；小臂中心杆(13)的外端固定有第二中心球(13-1)；第二中心球(13-1)与腕关节万向盘(10)上的第二中心球窝构成球面副；

所述的小臂伸缩杆包括第一连杆(8)和第二连杆(9)；第一连杆(8)的外端与第二连杆(9)的内端构成螺旋副；三根小臂伸缩杆中第一连杆(8)的内端与三个连接球分别通过万向节联轴器(12)传动连接；三根小臂伸缩杆中第二连杆(9)的外端与腕关节万向盘(10)上的三个不同位置分别构成转动副。

2.根据权利要求1所述的一种双关节多自由度机械臂，其特征在于：三个双向驱动组件(2)呈正三角形排布。

3.根据权利要求1所述的一种双关节多自由度机械臂，其特征在于：所述的第一中心球窝(5-1)位于肘关节万向盘(5)的中心位置；三个腰型球窝(5-2)沿着第一中心球窝(5-1)的周向均布。

4.根据权利要求1所述的一种双关节多自由度机械臂，其特征在于：以三个腰型球窝(5-2)共同所在的平面为特征平面；经过第一中心球窝(5-1)的球心的特征平面法线为特征中心线；腰型球窝(5-2)的长度方向沿着特征中心线的径向设置。

5.根据权利要求1所述的一种双关节多自由度机械臂，其特征在于：所述腰型球窝(5-2)的横截面呈腰型孔状；腰型球窝(5-2)的纵截面轮廓为两条相互正对的圆弧形。

6.根据权利要求1所述的一种双关节多自由度机械臂，其特征在于：所述的肘关节万向盘(5)的外侧固定有大臂柔性外壳(6)；大臂柔性外壳(6)的边缘处与基座(1)的边缘之间通过筒状的大臂保护套连接；所述的腕关节万向盘(10)的外侧固定有小臂柔性外壳(11)；小臂柔性外壳(11)的边缘处与大臂柔性外壳(6)的边缘之间通过筒状的小臂保护套(7)连接。

7.根据权利要求1所述的一种双关节多自由度机械臂，其特征在于：所述的腕关节万向盘(10)上设置有三根铰接轴(10-2)；第二中心球窝(10-1)位于腕关节万向盘(10)的中心位置；三根铰接轴沿着第二中心球窝(10-1)的周向均布；铰接轴(10-2)的轴线均沿着第二中心球窝(10-1)的切向设置；第二连杆(9)的外端固定有铰接套(9-2)；三根第二连杆(9)上的铰接套(9-2)与腕关节万向盘(10)上的三个铰接轴(10-2)分别铰接。

8.根据权利要求1所述的一种双关节多自由度机械臂，其特征在于：所述的双向驱动组件(2)包括外壳(2-2)、伸缩驱动舵机(2-3)、旋转驱动舵机(2-4)、输出轴(2-6)、两用柱齿轮(2-7)、周向传动齿轮(2-9)、周向主动齿轮(2-10)、轴向传动齿轮(2-11)和轴向主动齿轮(2-12)；输出轴(2-6)与外壳(2-2)构成圆柱副；周向传动齿轮(2-9)转动连接在外壳(2-2)内；周向传动齿轮(2-9)的轴线与输出轴(2-6)的轴线平行；轴向传动齿轮(2-11)转动连接在外壳(2-2)内；轴向传动齿轮(2-11)的轴线与输出轴(2-6)的轴线垂直；

所述的伸缩驱动舵机(2-3)和旋转驱动舵机(2-4)均固定在外壳(2-2)内；伸缩驱动舵机(2-3)的输出轴(2-6)上固定有轴向主动齿轮(2-12)；旋转驱动舵机(2-4)的输出轴(2-6)上固定有周向主动齿轮(2-10)；周向主动齿轮(2-10)与周向传动齿轮(2-9)啮合；轴向主动齿轮(2-12)与轴向传动齿轮(2-11)啮合；

所述的两用柱齿轮(2-7)同轴固定在输出轴(2-6)上；所述的两用柱齿轮(2-7)的外圆周面上设置有沿着柱齿轮(2-7)轴线的周向均布的多个轮齿队列；每个轮齿队列均包括沿着两用柱齿轮(2-7)的轴线方向依次等间隔排列的多个两用轮齿；每个两用轮齿沿两用柱齿轮(2-7)切向上的两个侧面为能够与周向传动齿轮(2-9)配合传动的周向啮合齿面(7-1)；每个两用轮齿沿两用柱齿轮(2-7)轴向上的两个侧面为能够与轴向传动齿轮(2-11)配合传动的轴向啮合齿面(7-2)；工作过程中，周向传动齿轮转动，带动两用柱齿轮旋转；轴向传动齿轮转动，带动两用柱齿轮轴向移动。

9.根据权利要求8所述的一种双关节多自由度机械臂，其特征在于：周向传动齿轮的齿宽B₁的取值范围为m_1′*4≤B₁≤m_1′*6；轴向传动齿轮的齿宽B₂的取值范围为m₁*3≤B₂≤m₁*5；m_1′和m₁为两用柱齿轮的轴向模数和周向模数。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的一种双关节多自由度机械臂的驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、根据机械臂的工作任务，在腕关节万向盘(10)的外侧面安装对应的末端执行器；

步骤二、通过三个双向驱动组件(2)的输出轴的轴向带动移动肘关节万向盘进行翻转；通过三个双向驱动组件(2)的输出轴的周向旋转带动腕关节万向盘(10)进行翻转，使得末端执行器移动至目标位置执行工作任务。