[发明专利]一种球面运动并联机构

说明书

一种球面运动并联机构，它的第一连杆、齿轮连杆一、齿轮连杆二、第二连杆、齿轮连杆三和齿轮连杆四之间通过运动副依次连接，第三连杆的一端通过运动副与构件一连接，第三连杆的另一端通过运动副与第四连杆的一端连接，第四连杆的另一端通过运动副与构件二连接；其中齿轮连杆一和齿轮连杆二构成支链一，齿轮连杆三和齿轮连杆四构成支链二，中间部分第三连杆、第四连杆和三个运动副构成三自由度平面子链一。本发明驱动方式简单，能够实现关于中间平面完全对称的运动，将每一个单元进行串联，可得到运动范围更大的结构。

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种球面并联机构。

背景技术

机构中各运动构件上所有点都在同心球面上的运动机构称为球面机构。球面两自由度机构可以实现沿球面曲线的运动，可用于食品、药品的包装，工艺产品的加工，球形物体的检测等方面。

已有的球面两自由度并联机构中，其输出运动是机构上一点在球面上的移动，而很多情况需要末端连杆在球面上具有灵活的运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在运动过程中固定连杆和末端连始终关于中间平面保持对称、并且末端连杆具有以球面连杆的球心为转动中心的两个转动自由度的球面运动并联机构。

本发明包括八个连杆、两个构件以及连接它们的运动副，所述八个连杆中有两个或四个为齿轮连杆，该齿轮连杆的一端为齿轮，所述构件为两侧设有转动轴线交于一点的转动副，且中间设有转动轴线垂直于中间平面的转动副的连接件，或为两侧设有转动轴线交于一点的转动副，且中间设有移动中心线在中间平面上的移动副的连接件，或为两端设有转动轴线交于一点的转动副的连接件，或为一端设有转动副，另一端设有转动轴线垂直于中间平面的转动副的连接件，其中，第一连杆为固定连杆，其一端通过转动副一与齿轮连杆一的一端连接，齿轮连杆一的齿轮端与齿轮连杆二的齿轮端啮合，形成齿轮副一，且传动比为1；构件一的上下分别通过转动副三和转动副二与齿轮连杆二和齿轮连杆一的齿轮端连接；齿轮连杆二的另一端通过转动副四与第二连杆的一端连接，第二连杆的另一端通过转动副五与齿轮连杆三的一端连接，齿轮连杆三的齿轮端与齿轮连杆四的齿轮端啮合，形成齿轮副二，且传动比为1；构件二的上下分别通过转动副六和转动副七与齿轮连杆三和齿轮连杆四的齿轮端连接，齿轮连杆四的另一端通过转动副八与第一连杆的另一端连接；第三连杆的一端通过转动副九与构件一的中部连接，第三连杆的另一端通过转动副十与第四连杆的一端连接，第四连杆的另一端通过转动副十一与构件二的中部连接；转动副一、二、三、四、五、六、七和八的轴线汇交于球面连杆的球心，构件一的上下两个转动副轴线分别与齿轮副一的上下两个齿轮中心轴线重合，构件二的上下两个转动副轴线分别与齿轮副二的上下两个齿轮中心轴线重合，构件一通过三自由度平面子链与构件二连接。

所述三自由度平面子链由两个连杆和三个运动副连接而成，三个运动副中，一个运动副为转动副，另外两个运动副分别为转动副或移动副，且三自由度平面子链中转动副的轴线相互平行，移动副的移动中心线与转动副的轴线相互垂直。三自由度平面子链有以下7种组成形式：RRR、RPR、RRP、PRR、RPP、PRP、PPR，R代表转动副，P代表移动副。

机构关于中间平面对称，该中间平面为第一连杆与第二连杆的对称面，三自由度平面子链中的转动副轴线垂直于中间平面；第一连杆和第二连杆、各齿轮连杆均为球面连杆，其球心在空间重合于一点，即为该机构的转动中心。所述球面连杆为所有点都在以空间一点为球心的同心球面上的连杆。第一连杆和第二连杆、齿轮连杆一和齿轮连杆二、齿轮连杆三和齿轮连杆四两端转动副轴线之间的夹角分别对应相等。

本发明是将与第一连杆相连接的齿轮连杆一和齿轮连杆四作为机构输入；第二连杆作为末端连杆。

将其中两个齿轮连杆替换为两个连杆时，连接它们的两个转动副替换为一个转动副。

将中间部分的三自由度平面子链替换成一个弧形移动副，其移动中心线为位于中间平面上且以转动中心为圆心的弧线。