[发明专利]三自由度欠驱动机器人手腕装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人手腕装置，特别是一种三自由度欠驱动机器人手腕装置。

背景技术

欠驱动机构是指控制出入小于系统自由度的机构, 欠驱动机器人是一种含有欠驱动机构的机器人，由于其具有体积小、重量轻、成本低、能耗低、灵活性高等特点，因此引起学者们的广泛关注，成为机器人领域研究的新热点。欠驱动机器人分别以空间机器人、水下机器人、移动机器人、行走机器人、并联机器人、伺服机器人和柔性机器人等多种形式出现在各行各业。

并联机构可以定义为动平台和定平台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。并联机构具有无累积误差，精度较高；驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好，结构紧凑，刚度高，承载能力大，完全对称的并联机构具有较好的各向同性。

与人类相似，机器人的功能要通过机械臂操作来实现，而手腕是联系手臂和手爪的重要装置，其设计的是机器人的关键技术之一。现有的机器人手腕一般为三个自由度，均使用三个电机实现三个自由度。由于一个自由度需要由一个动力源（如电机等）来支持，而动力源的质量往往占关节总质量的大部分，所以这类装置显著的不足之处在于：该装置采用完全驱动的方式，致使机械结构较复杂，体积较大，质量较大，成本较高。

发明内容

本发明的目的是针对上述有技术存在的缺陷，提供一种三自由度欠驱动机器人手腕装置。该装置带有两个动力源，而且其动平台具有三个自由度，结构简单，可靠，体积小、重量轻，成本低，易于加工，易于维护。该装置可以作为机器人手腕或多个串联形成机器人手臂。

为达到上述目的，本发明的构思是：本发明的三自由度欠驱动机器人手腕装置，含有静平台、动平台和连接它们的分支机构。其特征在于：静平台通过三个分支连接动平台，其中有两个分支具有驱动源，动平台可以做三自由度的运动。一个弯曲的基座连接杆一端通过两个螺钉固定在基座上表面，另一端连接所述的一个分支；一个电机固定座通过两个螺钉也固定在所述基座上表面，所述的电机固定座与基座连接杆间隔120°；另一个电机固定座通过两个螺钉固定在也基座上表面，所述的电机固定座与电机固定座和基座连接杆均间隔120°。两个动力源电机分别通过螺栓固定在所述的电机固定座上，电机的输出端分别与联轴器相连，所述的联轴器分别所述的另外两个分支连接。两连杆通过铰链销串联，构成其中一分支，该分支的一端通过铰链销与基座连接杆铰接，该分支的另一端通过铰链销与动平台铰接；两连杆通过铰链销串联，构成其中另一分支，该分支的一端通过固定销与联轴器固定在一起，该分支的另一端通过铰链销与动平台铰接；又有两连杆通过铰链销串联，构成其中另一分支，该分支的一端通过固定销与联轴器固定在一起，该分支的另一端通过铰链销与动平台铰接。三个动平台连杆一端分别通过螺钉固定在圆板下表面，三个动平台连杆成120°均匀分布，三个动平台连杆另一端分别通过铰链销与三个分支铰接。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种三自由度欠驱动机器人手腕装置，包括一个静平台、一个动平台、三个分支和两个驱动动力源，其特征在于：所述静平台通过所述三个分支铰连所述的动平台，所述三个分支中有两个分支在两个驱动动力源的驱动下，经三个分支的传动，动平台作三自由度运动。

上述静平台的结构是：一个弯曲的基座连接杆一端通过两个螺钉固定在基座上表面，另一端连接通过一个铰链销连接所述三个分支中的一个分支；一个第一电机固定座通过两个螺钉也固定在所述基座上表面，所述第一电机固定座与基座连接杆间隔120°；一个第三电机固定座通过两个螺钉固定在也基座上表面，所述第二电机固定座与第一电机固定座和一个基座连接杆均间隔120°。

上述两个动力源为两个电机，第一电机和第二电机分别通过螺栓固定在所述的第一电机固定座和第二电机固定座上，第一电机和第二电机的输出端分别与第一联轴器和第二联轴器相连，所述第一联轴器和第二联轴器与所述三个分支中的另外两个分支连接，两个电机驱动所述的两个分支运动，从而同时带动所述的动平台运动。