二自由度非对称并联旋转机构制造技术

本发明专利技术公开了一种二自由度非对称并联旋转机构，包括第一连杆、通过第一旋转副与第一连杆连接的第二连杆、通过第二旋转副与第二连杆连接的第三连杆、球铰副、与球铰副连接的球杆、连接于所述球杆另一端和所述第三连杆之间的万向副、用于对所述第二连杆提供驱动力使所述第二连杆相对所述第一连杆绕第一旋转轴线转动的第一驱动组件以及用于对所述球铰副提供驱动力使所述第三连杆相对所述第二连杆绕第二旋转轴线转动的第二驱动组件。本发明专利技术可应用于机器人的机械臂中实现二自由度旋转驱动，本发明专利技术的机构可以把驱动部件都固定安装在前置杆件或基座上，可以大幅减轻后置机构的质量，降低前置驱动部件的功率，从而可以使整个机械臂结构更紧凑、更灵活。

【技术实现步骤摘要】
二自由度非对称并联旋转机构
本专利技术涉及机器人领域，特别涉及一种二自由度非对称并联旋转机构。
技术介绍
根据运动链的数目，运动机构可分为串联机构和并联机构。串联机构是指若干个单自由度的基本杆件顺序联接，每一个前置杆件的输出运动是后置杆件的输入，从基座到末端执行器之间只有一条运动链的开环机构；并联机构是指定平台(基座)和动平台(末端执行器)通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。串联机构和并联机构各有优缺点。串联机构具有工作空间大、结构简单和控制算法成熟等优点，目前被广泛应用于工业机械臂等领域。然而，串联机构每个单自由度的杆件都必须配置驱动部件，如电机、电动缸、液压缸或液压马达等，越靠近基座的杆件不但要承担与之相连的下一个杆件的载荷，而且还有来自相应驱动部件的重量。考虑到驱动部件的质量往往比较大，它们在机器人工作时会产生很大的离心载荷，结果就需要功率更大的前置驱动部件，消耗更多的能源。而且，为了保证足够的强度和刚度，串联机械臂的结构常常设计得非常“粗壮”，整个机器人都比较笨重。而并联机构具有以下优点：无累积误差，精度较高；结构紧凑，刚度高，承载能力大。现在的许多应用于机械臂的一些旋转驱动机构中，要么存在采用串联机械臂的结构而使得结构显得非常“粗壮”的缺点，要么是存在由于把驱动部件安装在后置机构上而导致需要功率更大的前置驱动部件的缺点。所以现在需要一种更可靠的方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种二自由度非对称并联旋转机构。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种二自由度非对称并联旋转机构，包括第一连杆、通过第一旋转副与所述第一连杆连接的第二连杆、通过第二旋转副与所述第二连杆连接的第三连杆、球铰副、与所述球铰副连接的球杆、连接于所述球杆另一端和所述第三连杆之间的万向副、用于对所述第二连杆提供驱动力使所述第二连杆相对所述第一连杆绕第一旋转轴线转动的第一驱动组件以及用于对所述球铰副提供驱动力使所述第三连杆相对所述第二连杆绕第二旋转轴线转动的第二驱动组件；所述第一旋转轴线和第二旋转轴线不平行，以使所述第三连杆可进行两个旋转方向的姿态调整。优选的是，所述万向副替换为球铰副。优选的是，所述球杆两端的球铰副和万向副位置对调。优选的是，所述第一旋转副包括将所述第二连杆可转动连接在所述第一连杆的前端的第一转轴；所述第二旋转副包括将所述第三连杆可转动连接在所述第二连杆的前端的第二转轴；所述第一转轴和第二转轴的轴线不平行。优选的是，所述第一驱动组件包括设置在所述第一连杆上的曲柄摇杆机构以及与所述曲柄摇杆机构的输入端驱动连接的第一电机，所述曲柄摇杆机构的输出端与所述第二连杆连接。优选的是，所述第一电机固接在所述第一连杆上，所述曲柄摇杆机构包括与所述第一电机的输出轴驱动连接的第一曲柄以及与所述第一曲柄转动连接的第一摇杆，所述第一摇杆的另一端与所述第二连杆转动连接。优选的是，所述第二驱动组件包括设置在所述第一连杆上的双曲柄机构以及与所述双曲柄机构的输入端驱动连接的第二电机，所述双曲柄机构的输出端与所述球铰副连接。优选的是，所述第二电机固接在所述第一连杆上，所述双曲柄机构包括与所述第二电机的输出轴驱动连接的后曲柄、与所述后曲柄转动连接的第二摇杆、第一端与所述第一连杆的前端转动连接且第二端与所述第二摇杆转动连接的前曲柄；所述球铰副包括固接在所述前曲柄的第二端上的球铰座以及连接在所述球铰座上的球铰；所述万向副包括连接所述球铰和所述第三连杆的万向节。优选的是，所述第一驱动组件包括可转动连接在所述第一连杆上的第一直线作动器，所述第一直线作动器的输出杆与所述第二连杆可转动连接。优选的是，所述第二驱动组件包括可转动连接在所述第一连杆上的第二直线作动器、第一端与所述第一连杆的前端转动连接且第二端与所述第二直线作动器的输出杆转动连接的第二曲柄；所述球杆通过所述球铰副与所述第二曲柄的第二端连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种二自由度非对称并联旋转驱动机构，可应用于机器人的机械臂中实现二自由度旋转驱动，本专利技术的机构可以把驱动部件都固定安装在前置杆件或基座上，可以大幅减轻后置机构的质量，降低前置驱动部件的功率，从而可以使整个机械臂结构更紧凑、更灵活。附图说明图1为本专利技术的二自由度非对称并联旋转机构的原理示意图；图2为本专利技术的实施例1中的二自由度非对称并联旋转机构的结构示意图；图3为本专利技术的实施例1中的二自由度非对称并联旋转机构的另一个角度的结构示意图；图4为本专利技术的实施例1中的二自由度非对称并联旋转机构的另一个角度的结构示意图；图5为本专利技术的实施例2中的二自由度非对称并联旋转机构的结构示意图。附图标记说明：1—第一连杆；2—第一旋转副；3—第二连杆；4—第二旋转副；5—第三连杆；6—球铰副；7—球杆；8—万向副；9—第一驱动组件；10—第二驱动组件；60—球铰座；61—球铰；90—曲柄摇杆机构；91—第一电机；92—第一曲柄；93—第一摇杆；94—第一直线作动器；100—双曲柄机构；101—第二电机；102—后曲柄；103—第二摇杆；104—前曲柄；105—第二直线作动器；106—第二曲柄。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。如图1所示，本实施例的一种二自由度非对称并联旋转机构，包括第一连杆(Li-1)、通过第一旋转副(R1)与所述第一连杆连接的第二连杆(Li)、通过第二旋转副(R2)与所述第二连杆连接的第三连杆(Li+1)、球铰副(或称球面副，S)、与所述球铰副连接的球杆(l)、连接于所述球杆另一端和所述第三连杆之间的万向副(也称作胡克副，U)、用于对所述第二连杆提供驱动力(如图1中的力矩M)使所述第二连杆相对所述第一连杆绕第一旋转轴线转动的第一驱动组件以及用于对所述球铰副提供驱动力(如图1中的力F)使所述第三连杆相对所述第二连杆绕第二旋转轴线转动的第二驱动组件；其中，所述第一旋转轴线和第二旋转轴线不平行，通过力矩M和力F分别驱动控制第一旋转副(R1)的转动角度和球铰副(S)的位置，便可控制连杆(Li+1)实现空间两个旋转角度的姿态调整。在另一种实施例中，所述万向副可以替换为球铰副，即球杆的两端都可以是球铰副。在另一种实施例中，所述球杆两端的球铰副和万向副位置对调。以上为本专利技术的总体构思，以下提供更为具体的实施例，以对本专利技术做进一步详细说明。实施例1参照图2-4，本实施例中，所述第一旋转副包括将所述第二连杆可转动连接在所述第一连杆的前端的第一转轴；所述第二旋转副包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二自由度非对称并联旋转机构，其特征在于，包括第一连杆、通过第一旋转副与所述第一连杆连接的第二连杆、通过第二旋转副与所述第二连杆连接的第三连杆、球铰副、与所述球铰副连接的球杆、连接于所述球杆另一端和所述第三连杆之间的万向副、用于对所述第二连杆提供驱动力使所述第二连杆相对所述第一连杆绕第一旋转轴线转动的第一驱动组件以及用于对所述球铰副提供驱动力使所述第三连杆相对所述第二连杆绕第二旋转轴线转动的第二驱动组件；/n所述第一旋转轴线和第二旋转轴线不平行，以使所述第三连杆可进行两个旋转方向的姿态调整。/n

【技术特征摘要】
1.一种二自由度非对称并联旋转机构，其特征在于，包括第一连杆、通过第一旋转副与所述第一连杆连接的第二连杆、通过第二旋转副与所述第二连杆连接的第三连杆、球铰副、与所述球铰副连接的球杆、连接于所述球杆另一端和所述第三连杆之间的万向副、用于对所述第二连杆提供驱动力使所述第二连杆相对所述第一连杆绕第一旋转轴线转动的第一驱动组件以及用于对所述球铰副提供驱动力使所述第三连杆相对所述第二连杆绕第二旋转轴线转动的第二驱动组件；
所述第一旋转轴线和第二旋转轴线不平行，以使所述第三连杆可进行两个旋转方向的姿态调整。


2.根据权利要求1所述的二自由度非对称并联旋转机构，其特征在于，所述万向副替换为球铰副。


3.根据权利要求1所述的二自由度非对称并联旋转机构，其特征在于，所述球杆两端的球铰副和万向副位置对调。


4.根据权利要求1所述的二自由度非对称并联旋转机构，其特征在于，所述第一旋转副包括将所述第二连杆可转动连接在所述第一连杆的前端的第一转轴；
所述第二旋转副包括将所述第三连杆可转动连接在所述第二连杆的前端的第二转轴；
所述第一转轴和第二转轴的轴线不平行。


5.根据权利要求4所述的二自由度非对称并联旋转机构，其特征在于，所述第一驱动组件包括设置在所述第一连杆上的曲柄摇杆机构以及与所述曲柄摇杆机构的输入端驱动连接的第一电机，所述曲柄摇杆机构的输出端与所述第二连杆连接。


6.根据权利要求5所述的二自由度非对称并联旋转机构，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张举中，储雨奕，蔡黎明，杨洪波，王之森，张莹莹，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32