CN206825461U - 一种大工作空间球面三自由度机器人腕关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人和空间并联机构技术领域，特别涉及一种带有球头底座的机器人腕关节，主要包括：动平台、定平台、球头底座和连接动、定平台的三条运动支链。每条运动支链均由直线驱动器、滑块、弧形杆组成，直线驱动器与定平台通过转动副连接，直线驱动器与滑块通过转动副连接，滑块与弧形杆通过转动副连接，滑块与球头底座通过移动副连接，滑块只能沿着球头底座上的圆弧形滑槽做圆周运动。动平台下表面为球窝形，动平台与球头底座相互接触配合，且动平台可沿球头底座作球面滑动。此机构的工作平台可实现三维转动的运动输出，且机构中的运动副为转动副和移动副，皆是低副，且具有体积小、刚度大、转动工作空间大等优点，可广泛应用于机器人领域。

Description

一种大工作空间球面三自由度机器人腕关节

技术领域 本实用新型涉及一种机器人腕关节，特别涉及一种大工作空间球面三自由度机器人腕关节。

背景技术 并联机构属于空间多自由度多环闭链机构，和串联机构相比，并联机构具有刚度大、承载能力大、累计误差小、动态性能好、结构紧凑等优点，并且人体中所有关节的运动均为肌肉群并联驱动，以并联机构作为人形机器人关节构型，符合客观实际，更加仿生。但是并联机构的工作空间普遍较小，制约了并联机构在工业和机器人等领域的应用，因此，研究具有大工作空间的并联机构非常重要。

并联机构的移动空间可以通过增大尺寸来实现，而转动空间不随尺寸的增大而增大。专利CN106313017A提供了一种提升负载能力的两自由度并联机构，专利CN106346450A提供了三支链三自由度并联机构，但转动工作空间都不大。发明专利CN103217986A和发明专利CN103433916A对大工作空间两转动并联机构进行了研究，但上述大转动工作空间的并联机构都属于非球面转动并联机构，机构的转动中心不唯一，使得动平台在转动过程中会产生附加的移动。

实用新型内容 针对以上情况，本实用新型提供一种带有球头底座的机器人腕关节，可实现动平台相对于定平台做球面三自由度转动，且该关节具有体积小、刚度大、转动空间大等优点，可广泛应用于机器人等领域。本实用新型的技术方案具体如下：

本实用新型主要包括：动平台、定平台、球头底座，连接动、定平台的三条运动支链，所述球头底座为球形，球头底座上开有三个圆弧形滑槽，且三个圆弧形滑槽的圆心与球头底座的球心相互重合；三条运动支链结构相同，每条 运动支链均由直线驱动器、滑块、弧形杆组成，直线驱动器一端与定平台通过转动副连接，直线驱动器另一端与滑块通过转动副连接，弧形杆一端与滑块通过转动副连接，弧形杆另一端与动平台通过转动副连接，滑块与球头底座上的圆弧形滑槽配合连接，滑块可沿弧形滑槽做圆周滑动；三条运动支链中连接直线驱动器与定平台的转动副轴线与对应支链的球头底座上的圆弧形滑槽的中心线所在平面垂直，三条运动支链中连接直线驱动器与滑块的转动副轴线与对应支链的球头底座上的圆弧形滑槽的中心线所在平面垂直，三条运动支链中连接滑块与弧形杆的转动副轴线交于球头底座球心，三条支链中连接动平台与弧形杆的转动副轴线交于球头底座球心；所述动平台下表面为球窝形，动平台与球头底座相互接触配合，且动平台可沿球头底座作球面滑动，所述定平台与球头底座固连。

本实用新型具有的有益效果是：该机构中的运动副均为转动副或移动副，皆是低副；动平台相对于定平台转动空间大；关节体积小，刚度大。

附图说明：

图1为整体结构示意图；

图2为运动支链结构示意图；

图3为定平台与球头底座结构示意图；

图中：1.定平台，2.动平台，(A3，B3，C3).直线驱动器，(A4，B4，C4).滑块，(A6，B6，C6).弧形杆，5.球头底座，7.机械手。

具体实施方式：

实施例1：

如图1，一种带有球头底座的机器人腕关节，包括定平台1、动平台2、球 头底座5以及联接定平台1和动平台2的三个完全相同的支链，其中，第一条运动支链由直线驱动器A3、滑块A4、弧形杆A6组成，直线驱动器A3一端与定平台1通过转动副R11连接，直线驱动器A3另一端与滑块A4通过转动副R12连接，滑块A4一端与直线驱动器A3通过转动副R12连接，滑块A4另一端与球头底座5通过移动副P13连接，弧形杆A6一端与滑块A4通过转动副R14连接，弧形杆A6另一端通过转动副R15与动平台2连接。第二条运动支链由直线驱动器B3、滑块B4、弧形杆B6组成，直线驱动器B3一端与定平台1通过转动副R21连接，直线驱动器B3另一端与滑块B4通过转动副R22连接，滑块B4一端与直线驱动器B3通过转动副R22连接，滑块B4另一端与球头底座5通过移动副P23连接，弧形杆B6一端与滑块B4通过转动副R24连接，弧形杆B6另一端通过转动副R25与动平台2连接。第三条运动支链由直线驱动器C3、滑块C4、弧形杆C6组成，直线驱动器C3一端与定平台1通过转动副R31连接，直线驱动器C3另一端与滑块C4通过转动副R32连接，滑块C4一端与直线驱动器C3通过转动副R32连接，滑块C4另一端与球头底座5通过移动副P33连接，弧形杆C6一端与滑块C4通过转动副R34连接，弧形杆C6另一端通过转动副R35与动平台2连接。

定平台1与球头底座5固连，定平台的轴线穿过球头底座球心，球头底座为球形，球头底座上开有三个圆弧形滑槽，且三个圆弧形滑槽的圆心与球头底座的球心相互重合。三条运动支链中连接直线驱动器与定平台的转动副(R11，R21，R31)轴线与对应支链的球头底座上的圆弧形滑槽的中心线所在平面垂直，三条运动支链中连接直线驱动器与滑块的转动副(R12，R22，R32)轴线与对应支链的球头底座上的圆弧形滑槽的中心线所在平面垂直，三条支链中连接滑块与 弧形杆的转动副(R14，R24，R34)轴线交于球头底座球心，三条支链中连接动平台与弧形杆的转动副(R15，R25，R35)轴线交于球头底座球心。第一条运动支链中滑块A4与球头底座5通过移动副P13连接，滑块A4只能沿着球头底座5上的圆弧形滑槽做圆周运动。第二条运动支链中滑块B4与球头底座5通过移动副P23连接，滑块B4只能沿着球头底座5上的圆弧形滑槽做圆周运动。第三条运动支链中滑块C4与球头底座5通过移动副P33连接，滑块C4只能沿着球头底座5上的圆弧形滑槽的做圆周运动。动平台下表面为球窝形，动平台与球头底座相互接触配合，且动平台可沿球头底座作球面滑动。

Claims (2)

1.一种大工作空间球面三自由度机器人腕关节，包括定平台(1)、动平台(2)、球头底座(5)以及联接定平台和动平台的三个完全相同的支链，其特征是：每条支链均由直线驱动器、滑块、弧形杆组成，直线驱动器一端与定平台通过转动副连接，直线驱动器另一端与滑块通过转动副连接，滑块一端与直线驱动器通过转动副连接，滑块另一端与球头底座通过移动副连接，弧形杆一端与滑块通过转动副连接，弧形杆另一端通过转动副与动平台连接。

2.根据权利要求1所述的一种大工作空间球面三自由度机器人腕关节，其特征是：定平台与球头底座固连，定平台的轴线穿过球头底座球心，球头底座为球形，球头底座上开有三个圆弧形滑槽，且三个圆弧形滑槽的圆心与球头底座的球心相互重合，三条支链中连接直线驱动器与定平台的转动副轴线与对应支链的球头底座上的圆弧形滑槽的中心线所在平面垂直，三条支链中连接直线驱动器与滑块的转动副轴线与对应支链的球头底座上的圆弧形滑槽的中心线所在平面垂直，三条支链中连接滑块与弧形杆的转动副轴线交于球头底座球心，三条支链中连接动平台与弧形杆的转动副轴线交于球头底座球心，滑块只能沿着球头底座上的圆弧形滑槽做圆周运动，动平台下表面为球窝形，动平台与球头底座相互接触配合，且动平台可沿球头底座作球面滑动。