[发明专利]一种三自由度机器人关节

说明书

一种三自由度机器人关节，它包括基座、大臂连杆、第一关节、第二关节和第三关节；第一关节的驱动装置安装在基座上，第一关节的输出端带动第二关节相对基座在竖直平面内作外展内收运动；第二关节的驱动装置安装在第一关节的输出端上，第二关节的输出机构带动第三关节在水平面内作内外旋转运动；第三关节的驱动装置安装在第二关节上，第三关节的输出机构带动大臂连杆在竖直平面内作伸展弯曲运动；大臂连杆的旋转轴线、第二关节的旋转轴线、第三关节的旋转轴线在空间交汇于同一点。本发明具有结构紧凑，避开关节轴线的空间交汇点，有利于肩关节和髋关节设计。

技术领域

本发明涉及一种机器人关节驱动装置，特别涉及一种三自由度机器人关节。属于机器人技术应用领域。

背景技术

在医疗康复机器人、外骨骼助老助残机器人以及多足子母式机器人等研究领域，往往需要人体或其他物体被机器人包含进去。此时，针对机器人某些关节的设计，既要满足基本的运动要求(例如人体的肩关节、髋关节的三个自由度：外展/内收、旋内/旋外、伸展/弯曲)，又要预留出足够的空间供人体穿戴，或放置其他的物品。传统的三自由度机器人关节驱动系统设计，通常其机构连杆、电机、减速器等部件布置于机器人关节转动轴线上，尤其是当三个关节的轴线交于空间的同一点时，结构设计上难以实现对该空间交汇点的回避。

发明内容

本发明是为克服现有技术不足，提供一种三自由度机器人关节，该三自由度装置三个关节转动轴线在空间中交汇于同一个点，同时总体结构设计布局避开关节轴线的空间交汇点，从而形成一个空腔结构，便于放置其他的物体，从而便于应用到穿戴式机器人的肩关节和髋关节设计，以及多足子母式机器人载体的设计。

本发明的技术方案是：

一种三自由度机器人关节，它包括基座、大臂连杆、第一关节、第二关节和第三关节；第一关节的驱动装置安装在基座上，第一关节的输出端带动第二关节相对基座在竖直平面内作外展内收运动；第二关节的驱动装置安装在第一关节的输出端上，第二关节的输出机构带动第三关节在水平面内作内外旋转运动；第三关节的驱动装置安装在第二关节上，第三关节的输出机构带动大臂连杆在竖直平面内作伸展弯曲运动；大臂连杆的旋转轴线一、第二关节的旋转轴线二、第三关节的旋转轴线三在空间交汇于同一点。

进一步地，所述第二关节的输出机构为双级平行四边形远心机构；包括第一级平行四边形长边连杆、第一级平行四边形短边连杆、第二级平行四边形长边连杆、第二级平行四边形弧形连杆；第一级平行四边形长边连杆和第一级平行四边形短边连杆的一端分别与第一关节转动轴转动连接，第二级平行四边形弧形连杆与第一级平行四边形长边连杆转动连接，第二级平行四边形弧形连杆的一端与第一级平行四边形短边连杆的另一端转动连接，第一级平行四边形长边连杆的另一端与第二级平行四边形长边连杆一端转动连接，第二级平行四边形长边连杆一端与第三关节的驱动装置的输出端连接且能相对转动，第二级平行四边形长边连杆的另一端和第二级平行四边形弧形连杆的另一端均与第三关节的输出机构的关节外壳转动连接；第二关节的驱动装置为第二电机减速器；第二电机减速器的输出端与第一级平行四边形长边连杆一端固接。