[发明专利]一种球坐标型五自由度混联机器人

说明书

本发明公开了一种球坐标型五自由度混联机器人，包括静平台、动平台、转轴、外圈、四条伸缩腿，以及连接在动平台末端的两自由度转头；第一伸缩腿与第四伸缩腿通过同一转轴与静平台相连，第二伸缩腿与第三伸缩腿通过外圈与静平台相连；第一、第二、第三伸缩腿通过铰链与动平台相连，第四伸缩腿与动平台固接。本发明结构简单、刚度高、易实现模块化和实时控制，并减少了铰链数目降低了制造成本。

技术领域

本发明属于球坐标型混联机器人领域，特别是一种球坐标型五自由度混联机器人。

背景技术

专利GB2173472(或EP0200369、US4790718)、SE8502327(或US4732525)和EP0674969(或US6336375)所公开的一类带定位头的空间混联机器人，包括三个可沿轴向伸长或缩短的主动调节装置；所述调节装置的一端通过铰链紧固于固定架上，另一端通过铰链与动平台连接；该结构中还有一从动调节装置，所述的从动调节装置一端与所述的定位头固定连接，另端通过铰链与固定架连接，以限制定位头的某几个自由度。然而，此类机器人由于与连接定位头的主动长度调节装置的铰链为三自由度铰链，且各长度调节装置分别通过一个二自由度铰链与机架连接，导致机构铰链数目和构件数目居多，结构复杂。

专利CN102699899A所公开的一种过约束高刚度多坐标混联机器人，同样包括三个可沿轴向伸长或缩短的主动调节装置和一条从动调节装置；其中两条主动调节装置通过单自由度铰链与动平台连接，对称地设置在从动调节装置的左右两侧，且所述两条主动调节装置和从动调节装置的运动平面为同一平面；另外一个主动调节装置通过三自由度的球铰链与动平台连接，设置在从动调节装置的下方。该机器人减少了机构中铰链自由度数目，但为过约束机构，对零部件的制造和安装有很严格的要求。此外，各长度调节装置分别通过一个二自由度铰链与机架连接，使得结构复杂、运动构件数量较多，而且机架制造工艺比较复杂。

专利CN1212221C公开了一种四自由度混联机器人，由具有两自由度的并联机构和与之串联的二自由度转头组成。然而此机器人的并联部分仅能实现平面运动，需要串接在平动或转动自由度的机构上才能实现空间运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球坐标型五自由度混联机器人，以有效地减少了构件数目、降低了制造成本，便于实现模块化和实时控制的五自由度混联机器人模块。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种球坐标型五自由度混联机器人，包括静平台、转轴、外圈、连接件、第一主动伸缩腿、第二主动伸缩腿、第三主动伸缩腿、被动伸缩腿、动平台、以及连接在动平台末端的两自由度转头；

所述第一主动伸缩腿和被动伸缩腿均贯穿于转轴，并分别通过转动副与转轴相连，所述转轴通过转动副与静平台相连，所述被动伸缩腿的末端与动平台固接；所述第一主动伸缩腿的末端通过第一铰链与动平台相连；

连接所述第一主动伸缩腿和转轴的转动轴线与连接所述被动伸缩腿和转轴的转动轴线相互平行；连接所述第一主动伸缩腿和转轴的转动轴线、连接所述被动伸缩腿和转轴的转动轴线均与连接所述转轴和静平台的转动轴线垂直相交；

所述第二主动伸缩腿与第三主动伸缩腿分布在转轴的两侧；

所述第二主动伸缩腿贯穿于外圈，并通过转动副与外圈相连，所述外圈与静平台转动连接，连接所述第二主动伸缩腿和外圈的转动轴线与连接所述的外圈和静平台的转动轴线垂直相交；所述第二主动伸缩腿的末端通过第二铰链与动平台相连；

所述第二铰链为具有三个转动自由度的球副，且三个转动自由度的转动轴线不共线但相交于一点；

所述第三主动伸缩腿贯穿于连接件，并通过转动副与连接件相连，所述连接件与静平台/转轴转动连接；所述第三主动伸缩腿的末端通过第三铰链与动平台相连。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：