一種兩自由度機器人肩關節機構的製作方法

2023-04-27 08:09:21 2

專利名稱：一種兩自由度機器人肩關節機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及機器人領域，特別是涉及一種人形機器人的兩自由度肩關節。
背景技術：
人形機器人是機器人技術的高級發展階段，它綜合體現了高級機器人的機構學、 運動和動力學等諸多方面的研究和發展水平，是一個很複雜的綜合系統。其中，機器人肩關節是人形機器人設計中的難點之一。早期的機器人肩關節通常採用串聯結構，存在結構複雜、慣性大等不足。為了克服這些不足之處，許多研究人員提出採用少自由度並聯機構作為人形機器人的肩關節，並相繼設計了一些機構(如球面3-RRR機構、3-UPU、3RUU、3UPR等)， 但是，採用並聯機構的肩關節仍存在一些不足，如工藝性差、結構複雜、製造成本高等。

發明內容
本發明的目的是針對現有的技術存在的上述問題，提供一種結構簡單、設計合理、 工藝性好、承載力強、容易製造的兩自由度機器人肩關節機構。本發明所要解決的技術問題採用以下技術方案來實現。一種兩自由度機器人肩關節機構，由基座1、運動輸出座2和聯接上述兩連接座的三條支鏈M1、M2、M3組成。其中，第一條支鏈Ml、第二條支鏈M2結構相同，第一條支鏈Ml 自上而下分別由一個移動副Pl和兩個轉動副Rll、R12以及它們之間的連杆Li、L2組成； 第二條支鏈M2自上而下分別由一個移動副P2和兩個轉動副R21、R22以及它們之間的連杆 L3、L4組成；第三條支鏈通過一個萬向節U將基座1和運動輸出座2相聯接，且萬向節U的十字軸的軸線I與第一支鏈Ml的轉動副R11、R12軸線相平行，萬向節U的十字軸的軸線II 與第二支鏈M2的轉動副R21、R22軸線相平行。連杆Li，L3分別通過移動副P1、P2與基座1相聯接，移動副P1、P2為機構的驅動副，且移動副Pl的軸線與移動副P2的軸線相平行，移動副Pl的軸線與轉動副Rll、R12的軸線相垂直，移動副P2的軸線與轉動副R21、R22的軸線相垂直；連杆L2、L4分別通過轉動副R11、R21與連杆L1、L3相聯接；連杆L2、L4分別通過轉動副R12、R22與運動輸出座2相聯接，且轉動副R12、R22的軸線與萬向節U的十字軸軸線I、II共面。所述的一種兩自由度機器人肩關節機構，基座1與運動輸出座2為相似三角形，且為等腰直角三角形。運動輸出座2可與機械手臂相連，通過兩個電動推桿(電動缸)分別驅動對應的連杆L1、L2和連杆L3、L4，可實現運動輸出座2的二維轉動，可模擬人類肩關節的二維轉動運動。也可以在運動輸出座2上串接一個轉動副，可設計出三維轉動輸出的三自由度混聯肩關節機構。


圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施例和圖示，進一步闡述本發明。如圖1所示，一種兩自由度機器人肩關節機構，由基座1、運動輸出座2和聯接上述兩連接座的三條支鏈M1、M2、M3組成。其中，第一條支鏈Ml、第二條支鏈M2結構相同，第一條支鏈Ml自上而下分別由一個移動副Pl和兩個轉動副R11、R12以及它們之間的連杆Li、 L2組成；第二條支鏈M2自上而下分別由一個移動副P2和兩個轉動副R21、R22以及它們之間的連杆L3、L4組成；第三條支鏈通過一個萬向節U將基座1和運動輸出座2相聯接，且萬向節U的十字軸的軸線I與第一支鏈Ml的轉動副R11、R12軸線相平行，萬向節U的十字軸的軸線II與第二支鏈M2的轉動副R21、R22軸線相平行。連杆Li，L3分別通過移動副P1、P2與基座1相聯接，移動副P1、P2為機構的驅動副，且移動副Pl的軸線與移動副P2的軸線相平行，移動副Pl的軸線與轉動副Rll、R12的軸線相垂直，移動副P2的軸線與轉動副R21、R22的軸線相垂直；連杆L2、L4分別通過轉動副R11、R21與連杆L1、L3相聯接；連杆L2、L4分別通過轉動副R12、R22與運動輸出座2相聯接，且保證轉動副R12、R22的軸線與萬向節U的十字軸軸線I、II共面。基座1與運動輸出座2為相似三角形，且為等腰直角三角形。使用時，將基座與人形機器人的軀幹部分相連，將運動輸出座2與機械手臂相連， 把移動副Pl和P2作為肩關節機構的驅動副，通過直線電機或者電動推桿(電動缸)或者高精度伺服液壓缸等能夠實現直線往復運動的動力源來分別驅動對應的連杆Li、L2和連杆L3、L4，當各驅動副在控制下運動不同的位移時，其餘的各轉動副則在連杆和運動輸出座 2的拉動下，作相應的運動，實現運動輸出座2的二維轉動，模擬人類肩關節的二維轉動運動。也可以在運動輸出座2上串接一個轉動副，可設計出三維轉動輸出的三自由度混聯肩關節機構。本發明機構關節少，運動副自由度總數只有8個，使得它可以有效地改善並聯機構因為運動副自由度過度而導致的容易發生撓曲和扭轉變形的問題，且該肩關節機構具有結構簡單、承載能力強、響應速度快和工藝性好等優點，適合作人形機器人的肩關節機構。
權利要求
1.一種兩自由度機器人肩關節機構，由基座(1)、運動輸出座( 和聯接上述兩連接座的三條支鏈(Ml，M2，M3)組成，其特徵在於第一條支鏈(Ml)、第二條支鏈(M2)結構相同， 所述的第一條支鏈(Ml)自上而下分別由一個移動副(Pl)和兩個轉動副(Rll，R12)以及它們之間的連杆(Li，L2)組成；所述的第二條支鏈(Μ》自上而下分別由一個移動副(P2) 和兩個轉動副(R21，R22)以及它們之間的連杆(L3，L4)組成；第三條支鏈通過一個萬向節 (U)將基座(1)和運動輸出座( 相聯接，且萬向節(U)的十字軸的軸線(I )與第一支鏈 (Ml)的轉動副(R11，R12)軸線相平行，萬向節(U)的十字軸的軸線(II )與第二支鏈(M2) 的轉動副(R21，R22)軸線相平行。
2.根據權利要求1所述的一種兩自由度機器人肩關節機構，其特徵在於連杆(Li， L3)分別通過移動副(P1，P2)與基座(1)相聯接，移動副(P1，P2)為機構的驅動副，且移動副(Pl)的軸線與移動副(P2)的軸線相平行，移動副(Pl)的軸線與轉動副(Rl 1, R12)的軸線相垂直，移動副(P2)的軸線與轉動副(R21，R22)的軸線相垂直；所述的連杆(L2，L4) 分別通過轉動副(R1LR21)與連杆(L1,L3)相聯接；所述的連杆(L2，L4)分別通過轉動副 (R12，R22)與運動輸出座(2)相聯接，且轉動副(R12，R22)的軸線與萬向節(U)的十字軸軸線(I，II )共面。
3.根據權利要求1和2所述的一種兩自由度機器人肩關節機構，其特徵在於所述的基座(1)與運動輸出座O)為相似三角形，且為等腰直角三角形。
全文摘要
本發明涉及一種兩自由度機器人肩關節機構，由基座、運動輸出座和聯接上述兩連接座的三條支鏈組成。其中，第一、二條支鏈結構相同，自上而下分別由一個移動副和兩個轉動副以及它們之間的連杆組成；第三條支鏈通過一個萬向節將基座和運動輸出座相聯接，且萬向節的十字軸的兩軸線分別與第一、二支鏈的轉動副軸線相平行。本發明的運動輸出座可與機械手臂相連，實現兩個轉動的運動輸出，機構關節少，運動副自由度總數只有8個，使得它可以有效地改善並聯機構因為運動副自由度過度而導致的容易發生撓曲和扭轉變形的問題。本發明具有結構簡單、承載能力強、響應速度快和工藝性好等優點，適合作人形機器人的肩關節機構。
文檔編號B25J17/00GK102166754SQ201110062880
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月16日 優先權日2011年3月16日
發明者沈豫浙, 王成軍 申請人:安徽理工大學