一种含子闭环的四自由度广义球面并联机构制造技术

本发明专利技术公开了一种含子闭环的四自由度广义球面并联机构，包括一号闭环支链、二号支链、三号支链、静平台和动平台；该并联机构具有一个动球心和一个定球心，在并联机构运动过程中定球心固定，动球心绕定球心转动，两者之间的距离不变。将本并联机构应用于康复机器人踝关节的设计中，可以提高康复机器人与踝关节的拟合程度，增强人机交互性能，增加康复机器人的使用舒适性。

A four degree of freedom generalized spherical parallel mechanism with sub closed loop

The invention discloses a four degree of freedom generalized spherical parallel mechanism with sub closed loop, which comprises a closed-loop branch chain, a second branch chain, a third branch chain, a static platform and a moving platform; the parallel mechanism has a moving ball center and a fixed ball center, and the fixed ball center is fixed during the movement of the parallel mechanism, and the moving ball center rotates around the fixed ball center, and the distance between the two is constant. Applying this parallel mechanism to the ankle joint design of rehabilitation robot can improve the fitting degree of rehabilitation robot and ankle joint, enhance the human-computer interaction performance, and increase the comfort of rehabilitation robot.

【技术实现步骤摘要】
一种含子闭环的四自由度广义球面并联机构
本专利技术涉及机械工程领域，具体涉及一种含子闭环的四自由度广义球面并联机构。
技术介绍
随着医疗康复领域与机器人领域的不断发展，人们对医疗康复型机械的使用舒适性和人机交互性能有了更高的要求。但现有的康复机器人，如基于球面机构的关节康复机器人，普遍存在人机交互性差、与人体关节的拟合程度低等问题。人体踝关节包括胫骨、腓骨、距骨、舟骨与跟骨，对踝关节运动起主要作用的是胫骨、距骨和跟骨，胫骨与距骨之间的运动可视为球面副，距骨与跟骨之间的运动也可视为球面副，而且两个球面副的转动中心之间存在一定距离。目前，在康复机器人踝关节的设计中普遍将踝关节运动视为标准球面运动，如果简单地将胫骨与跟骨之间的运动视为标准球面运动，忽略距骨的存在，将导致人机交互不协调、拟合程度差等问题。例如灵巧眼机构为三支链球面并联机构，具有三个自由度，该机构具有一个与人体踝关节中心重合的固定运动球心，但由于踝关节实际运动并不是标准球面运动，故拟合效果较差。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种含子闭环的四自由度广义球面并联机构。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：一种含子闭环的四自由度广义球面并联机构，包括一号闭环支链、二号支链、三号支链、静平台和动平台；所述一号闭环支链包括闭环支链一号连杆、闭环支链二号连杆、闭环支链三号连杆、闭环支链四号连杆、闭环支链五号连杆、闭环支链六号连杆和闭环支链七号连杆；二号支链包括二号支链一号连杆、二号支链二号连杆、二号支链三号连杆和二号支链四号连杆；三号支链包括三号支链一号连杆、三号支链二号连杆、三号支链三号连杆和三号支链四号连杆；所述静平台上具有呈圆周均匀排布的静平台一号铰支座、静平台二号铰支座、静平台三号铰支座和静平台四号铰支座，四个铰支座的铰接孔的中心轴线汇交于点M；所述动平台上具有呈圆周均匀排布的动平台一号铰支座、动平台二号铰支座和动平台三号铰支座，三个铰支座的铰接孔的中心轴线汇交于点N；所述动平台一号铰支座与闭环支链七号连杆的上端铰接形成转动副C1，闭环支链七号连杆的下端分别与闭环支链三号连杆的上端和闭环支链六号连杆的上端铰接形成转动副D1；闭环支链六号连杆的下端与闭环支链五号连杆的上端铰接形成转动副E1，闭环支链五号连杆的下端与闭环支链四号连杆的上端铰接形成转动副F1，闭环支链四号连杆的下端与静平台一号铰支座铰接形成转动副G1；闭环支链三号连杆的下端与闭环支链二号连杆的上端铰接形成转动副E11，闭环支链二号连杆的下端与闭环支链一号连杆的上端铰接形成转动副F11，闭环支链一号连杆的下端与静平台四号铰支座铰接形成转动副G11；所述动平台二号铰支座与二号支链四号连杆的上端铰接形成转动副C2，二号支链四号连杆的下端与二号支链三号连杆的上端铰接形成转动副D2；二号支链三号连杆的下端与二号支链二号连杆的上端铰接形成转动副E2，二号支链二号连杆的下端与二号支链一号连杆的上端铰接形成转动副F2，二号支链一号连杆的下端与静平台二号铰支座铰接形成转动副G2；所述动平台三号铰支座与三号支链四号连杆的上端铰接转动副C3，三号支链四号连杆的下端与三号支链三号连杆的上端铰接形成转动副D3；三号支链三号连杆的下端与三号支链二号连杆的上端铰接形成转动副E3，三号支链二号连杆的下端与三号支链一号连杆的上端铰接形成转动副F3，三号支链一号连杆的下端与静平台三号支座铰接形成转动副G3；上述转动副C1、C2、C3、D1、D2、D3、E1和E11的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的动球心且与点N重合；转动副E2、E3、F1、F2、F3、G1、G2、G3、F11和G11的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的定球心且与点M重合，在并联机构运动过程中点M固定，点N绕点M转动，两者之间的距离不变。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术提出了一种关于并联机构的新的设计思想，为新型康复机器人的踝关节设计提供重要的理论依据；即本专利技术提出了两端孔的轴线在空间内不一定相交但具有两个广义球心的广义球面连杆，在同一并联机构中所有广义球面连杆的两个广义球心的连线始终完全重合且距离相等。2)本专利技术的并联机构能用于康复机器人的踝关节设计，闭环支链一号连杆与闭环支链四号连杆的输入角度控制点N绕点M的球面运动，具有2个自由度，主要拟合踝关节胫骨与距骨之间的相对运动；二号支链一号连杆、三号支链一号连杆的输入角度控制动平台绕点N的球面运动，具有2个自由度，主要拟合踝关节距骨与跟骨之间的相对运动；本专利技术灵巧性高，对人体踝关节运动的拟合更为精确、合理，拟合程度更高；相较于普通的三自由度并联球面连杆机构，本专利技术可以大幅度削弱人机拟合过程中存在的人机交互力，从并联机构的构型上解决了传统的三自由度并联球面连杆机构拟合踝关节运动交互性能差的问题。3)与现有座椅式外骨骼和弹簧助力支撑外骨骼相比，安装本并联机构的下肢康复机器人具有更强的适应性，各关节的自由度更加符合人体关节的真实运动，对人体起到稳定支撑作用；而且本专利技术结构简单，容易实现。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的一号闭环支链的结构示意图；图3为本专利技术二号支链与三号支链的结构示意图；1、一号闭环支链；101、闭环支链一号连杆；102、闭环支链二号连杆；103、闭环支链三号连杆；104、闭环支链四号连杆；105、闭环支链五号连杆；106、闭环支链六号连杆；107、闭环支链七号连杆；2、二号支链；21、二号支链一号连杆；22、二号支链二号连杆；23、二号支链三号连杆；24、二号支链四号连杆；3、三号支链；31、三号支链一号连杆；32、三号支链二号连杆；33、三号支链三号连杆；34、三号支链四号连杆；4、静平台；41、静平台一号铰支座；42、静平台二号铰支座；43、静平台三号铰支座；44、静平台四号铰支座；5、动平台；51、动平台一号铰支座；52、动平台二号铰支座；53、动平台三号铰支座；具体实施方式下面给出本专利技术的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本专利技术，不限制本申请的保护范围。本专利技术提供了一种含子闭环的四自由度广义球面并联机构(简称并联机构，参见图1-3)，包括一号闭环支链1、二号支链2、三号支链3、静平台4和动平台5；所述一号闭环支链1包括闭环支链一号连杆101、闭环支链二号连杆102、闭环支链三号连杆103、闭环支链四号连杆104、闭环支链五号连杆105、闭环支链六号连杆106和闭环支链七号连杆107；二号支链2包括二号支链一号连杆21、二号支链二号连杆22、二号支链三号连杆23和二号支链四号连杆24；三号支链3包括三号支链一号连杆31、三号支链二号连杆32、三号支链三号连杆33和三号支链四号连杆34；所述静平台4上具有呈圆周均匀排布的静平台一号铰支座41、静平台二号铰支座42、静平台三号铰支座43和静平台四号铰支座44，四个铰支座的铰接孔的中心轴线汇交于点M；所述动平台5上具有呈圆周均匀排布的动平台一号铰支座51、动平台二号铰支座52和动平台三号铰支座53，三个铰支座的铰接孔的中心轴线汇交于点N；所述动平台一号铰支座51与闭环支链七号连杆107的上端铰接形成转动副C1，闭环支链七号连杆107的下端分别与闭环支链三号连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含子闭环的四自由度广义球面并联机构，其特征在于，该并联机构包括一号闭环支链、二号支链、三号支链、静平台和动平台；所述一号闭环支链包括闭环支链一号连杆、闭环支链二号连杆、闭环支链三号连杆、闭环支链四号连杆、闭环支链五号连杆、闭环支链六号连杆和闭环支链七号连杆；二号支链包括二号支链一号连杆、二号支链二号连杆、二号支链三号连杆和二号支链四号连杆；三号支链包括三号支链一号连杆、三号支链二号连杆、三号支链三号连杆和三号支链四号连杆；所述静平台上具有呈圆周均匀排布的静平台一号铰支座、静平台二号铰支座、静平台三号铰支座和静平台四号铰支座，四个铰支座的铰接孔的中心轴线汇交于点M；所述动平台上具有呈圆周均匀排布的动平台一号铰支座、动平台二号铰支座和动平台三号铰支座，三个铰支座的铰接孔的中心轴线汇交于点N；所述动平台一号铰支座与闭环支链七号连杆的上端铰接形成转动副C1，闭环支链七号连杆的下端分别与闭环支链三号连杆的上端和闭环支链六号连杆的上端铰接形成转动副D1；闭环支链六号连杆的下端与闭环支链五号连杆的上端铰接形成转动副E1，闭环支链五号连杆的下端与闭环支链四号连杆的上端铰接形成转动副F1，闭环支链四号连杆的下端与静平台一号铰支座铰接形成转动副G1；闭环支链三号连杆的下端与闭环支链二号连杆的上端铰接形成转动副E11，闭环支链二号连杆的下端与闭环支链一号连杆的上端铰接形成转动副F11，闭环支链一号连杆的下端与静平台四号铰支座铰接形成转动副G11；所述动平台二号铰支座与二号支链四号连杆的上端铰接形成转动副C2，二号支链四号连杆的下端与二号支链三号连杆的上端铰接形成转动副D2；二号支链三号连杆的下端与二号支链二号连杆的上端铰接形成转动副E2，二号支链二号连杆的下端与二号支链一号连杆的上端铰接形成转动副F2，二号支链一号连杆的下端与静平台二号铰支座铰接形成转动副G2；所述动平台三号铰支座与三号支链四号连杆的上端铰接转动副C3，三号支链四号连杆的下端与三号支链三号连杆的上端铰接形成转动副D3；三号支链三号连杆的下端与三号支链二号连杆的上端铰接形成转动副E3，三号支链二号连杆的下端与三号支链一号连杆的上端铰接形成转动副F3，三号支链一号连杆的下端与静平台三号支座铰接形成转动副G3；上述转动副C1、C2、C3、D1、D2、D3、E1和E11的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的动球心且与点N重合；转动副E2、E3、F1、F2、F3、G1、G2、G3、F11和G11的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的定球心且与点M重合，在并联机构运动过程中点M固定，点N绕点M转动，两者之间的距离不变。...

【技术特征摘要】
1.一种含子闭环的四自由度广义球面并联机构，其特征在于，该并联机构包括一号闭环支链、二号支链、三号支链、静平台和动平台；所述一号闭环支链包括闭环支链一号连杆、闭环支链二号连杆、闭环支链三号连杆、闭环支链四号连杆、闭环支链五号连杆、闭环支链六号连杆和闭环支链七号连杆；二号支链包括二号支链一号连杆、二号支链二号连杆、二号支链三号连杆和二号支链四号连杆；三号支链包括三号支链一号连杆、三号支链二号连杆、三号支链三号连杆和三号支链四号连杆；所述静平台上具有呈圆周均匀排布的静平台一号铰支座、静平台二号铰支座、静平台三号铰支座和静平台四号铰支座，四个铰支座的铰接孔的中心轴线汇交于点M；所述动平台上具有呈圆周均匀排布的动平台一号铰支座、动平台二号铰支座和动平台三号铰支座，三个铰支座的铰接孔的中心轴线汇交于点N；所述动平台一号铰支座与闭环支链七号连杆的上端铰接形成转动副C1，闭环支链七号连杆的下端分别与闭环支链三号连杆的上端和闭环支链六号连杆的上端铰接形成转动副D1；闭环支链六号连杆的下端与闭环支链五号连杆的上端铰接形成转动副E1，闭环支链五号连杆的下端与闭环支链四号连杆的上端铰接形成转动副F1，闭环支链四号连杆的下端与静平台一号铰支座铰接形成转动副G1；闭环支链三号连杆的下端与闭环支链二号连杆的上端铰接形成转动副E11，闭环支链二号连杆的下端与闭环支链一号连杆的上端铰接形成转动副F11，闭环支链一号连杆的下端与静平台四号铰支座铰接形成转动副G11；所述动平台二号铰支座与二号支链四号连杆的上端铰接形成转动副C2，二号支链四号连杆的下端与二号支链三号连杆的上端铰接形成转动副D2；二号支链三号连杆的下端与二号支链二号连杆的上端铰接形成转动副E2，二号支链二号连杆的下端与二号支链一号连杆的上端铰接形成转动副F2，二号支链一号连杆的下端与静平台二号铰支座铰接形成转动副G2；所述动平台三号铰支座与三号支链四号连杆的上端铰接转动副C3，三号支链...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建军，刘承磊，戚开诚，牛建业，郭士杰，刘旭升，刘秀莹，曹益，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12