專利名稱：四自由度仿人機器人腰關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種仿人機器人技術(shù)領(lǐng)域的腰關(guān)節(jié)，具體是一種四自由度仿人機
器人腰關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
人體的腰關(guān)節(jié)具有四個自由度，即繞三個不NJ方向的轉(zhuǎn)動和沿鉛垂軸方向的上下
移動，為了達到逼真模擬的效果，仿人機器人的腰關(guān)節(jié)應(yīng)當具有與人體腰關(guān)節(jié)類似的功能，
即具有3轉(zhuǎn)1移的四個fi由度。釆用串聯(lián)機構(gòu)的仿人機器人腰關(guān)節(jié)往往存在剛度低、累計 誤差高、負載能力矛.能問題，因此，目前仿人機器人的腰關(guān)節(jié)大多采ltj并聯(lián)機構(gòu)。
經(jīng)過刈現(xiàn)W相關(guān)技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，吳文奎等在《機械設(shè)計與研究》2008年第24 巻第1期上發(fā)表了"新型四自ttl度并聯(lián)結(jié)構(gòu)腰關(guān)節(jié)的運動學(xué)分析"一文，該文介紹了一種基 于4-RRR-RR型并聯(lián)機構(gòu)的仿人機器人的腰關(guān)節(jié)，每條支鏈的甜三個轉(zhuǎn)動副軸線相交于轉(zhuǎn) 動中心，后兩個轉(zhuǎn)動副軸線相互平行。所有的四條支鏈的轉(zhuǎn)動中心重合，所有的后兩個轉(zhuǎn)動 副軸線所在平面不全部平行。雖然該腰關(guān)節(jié)具有3轉(zhuǎn)1移四個自由度，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所 需加工精度高，對加工誤差敏感，承載能力較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)仃技術(shù)中存在的上述缺點，提供-一種四自由度仿人機器 人腰關(guān)節(jié)，目標是簡化腰關(guān)節(jié)機構(gòu)，降低對加工誤差的敏感度，提高腰關(guān)節(jié)承載能力。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 本發(fā)明包括靜平臺、動平臺、第一分支機構(gòu)和二個第二分支機構(gòu)，其中動平臺 位T靜平臺的上方，第.'分支機構(gòu)的-'端與靜平臺相連，另.'端與動平臺相連，三個第二分 支機構(gòu)各自的一端分別與靜平臺相連，各自的另一端分別與動平臺相連；所述的第一分支 機構(gòu)包括第一連桿和球鉸，其中第-一連桿的一端與動平臺相連并組成移動副，另-一端與 球鉸相連，且該球鉸與靜平臺活動連接；所述的第二分支機構(gòu)對動平臺的fi由度約束為零。
所述的第二分支機構(gòu)包括第二連桿和第—連桿，其中第二連桿的一端與球鉸 相連，且該球鉸與動平臺活動連接,第二連桿的另一端與球鉸、虎克鉸或第三連樸相連。
所述第三連桿的-一端與球鉸、虎克鉸或第一連桿相連，另-一端與球鉸、虎克鉸或靜 平臺相連。
所述的第二連桿與第三連桿相連并組成移動副。
所述的第三連桿與靜平臺相連并組成移動副。 所述三個第二分支機構(gòu)與靜平臺的三個連接點構(gòu)成三/D形，且第--分支機構(gòu)與靜 平臺的連接點位于該三角形內(nèi)。 本發(fā)明由靜平臺、動平臺、第一分支機構(gòu)和-.個第二分支機構(gòu)組成四自由度并聯(lián) 機構(gòu)，在第一分支機構(gòu)以及三個第二分支機構(gòu)的移動副作用K，動平臺能夠?qū)崿F(xiàn)沿第一分 支機構(gòu)移動副方向的移動以及繞第-一分支機構(gòu)球餃的.三個不同方向的轉(zhuǎn)動，從而達到模擬
3人體腰關(guān)節(jié)運動的目的。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在f :(l) tilf第二分支機構(gòu)相對動平臺的自由 度約束為零，不需要各分支機構(gòu)之間的轉(zhuǎn)動中心重合，降低了機構(gòu)的復(fù)雜度和對加工誤差 的敏感度；(2)本發(fā)明不存在過約束，提卨了機構(gòu)的負載能力。


圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明實施例4的結(jié)構(gòu)不意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但木發(fā)明的保護范闈不限于下 述的實施例。 如圖1所示，實施例1包括靜平臺1、動平臺2、第一分支機構(gòu)3和三個第二分支 機構(gòu)4，其中動平臺2位于靜平臺1的上方，第-一分支機構(gòu)3的一端與靜平臺1相連，另-一 端與動平臺2相連，三個第二分支機構(gòu)4各自的一端分別與靜平臺1相連，各自的另一端分 別與動平臺2相連；所述的第一分支機構(gòu)3包括第-一連桿5和球鉸6，其中第一連桿5的 一端與動平臺2相連并組成移動副7，另一端與球鉸6相連，且該球鉸6與靜平臺1活動連 接；所述的第二分支機構(gòu)4對動平臺2的自由度約束為零。 所述的第二分支機構(gòu)4包括第二連桿8和第三連桿9，其中第二連桿8的一端 與球鉸6相連，且該球鉸6與動平臺2活動連接，第二連桿8的另-一端與第三連桿9相連并 組成移動副7。 所述第—連桿9的一端與第二連桿8相連，另 一端與球鉸6相連，且該球鉸6與靜 平臺1活動連接。 所述三個第二分支機構(gòu)4與靜平臺i的三個連接點構(gòu)成三角形，目.第--分支機構(gòu) 3與靜平臺1的連接點位于該二角形內(nèi)。 如圖2所示，實施例2包括靜平臺1、動平臺2、第-'分支機構(gòu)3和三個第二分支 機構(gòu)4，其中動平臺2位于靜平臺1的k方，第一分支機構(gòu)3的一端與靜平臺l相連，另一 端與動平臺2相連，三個第二分支機構(gòu)4各自的-一端分別與靜平臺1相連，各自的另一端分 別與動平臺2相連；所述的第一分支機構(gòu)3包括第一連桿5和球鉸6，其屮第一連桿5的
一端與動平臺2相連并組成移動副7，另-一端與球鉸6相連，且該球鉸6與靜平臺1活動連 接；所述的第二分支機構(gòu)4對動平臺2的自til度約束為零。 所述的第—分支機構(gòu)4包括第—連桿8和第三連桿9，其中第二連桿8的-一端 與球鉸6相連,且該球鉸6與動平臺2活動連接，第二連桿8的另一端與球鉸6相連，且該 球鉸6與第三連桿9相連。 所述第三連桿9的一端與球鉸6相連，另一端與靜平臺1.相連并組成移動副7。
所述三個第二分支機構(gòu)4與靜平臺1的三個連接點構(gòu)成三伯形，且第-一分支機構(gòu)3與靜平臺1的連接點位于該—角形內(nèi)。 如圖3所不，實施例3包括靜平臺1、動平臺2、第一分支機構(gòu)3和三個第二分支機構(gòu)4，其中動平臺2位于靜平臺i的上方，第--分支機構(gòu)3的--端與靜平臺i相連，另--端與動平臺2相連，二個第二分支機構(gòu)4各自的一端分別與靜平臺1相連，各自的另一端分
別與動平臺2相連；所述的第-'分支機構(gòu)3包括第-^連桿5和球鉸6,其中第-'連桿5的
一端與動平臺2相連并組成移動副7，另一端與球鉸6相連，且該球鉸6與靜平臺1活動連接；所述的第二分支機構(gòu)4對動平臺2的自由度約束為零。 所述的第二分支機構(gòu)4包括第二連桿8和第三連桿9，其屮第二連桿8的一端與球鉸6相連，且該球鉸6與動平臺2活動連接,第二連桿8的另-一端與虎克鉸10相連，且該虎克鉸l()與第三連樸9相連。 所述第三連桿9的-一端與虎克鉸i0相連，另--端與靜平臺i相連并組成移動副7。
所述二個第二分支機構(gòu)4與靜平臺1的二個連接點構(gòu)成二角形，且第一分支機構(gòu)3與靜平臺1的連接點位T該三角形內(nèi)。 如圖4所示，實施例4包括靜平臺1、動平臺2、第一分支機構(gòu)3和三個第二分支機構(gòu)4，其中動平臺2位于靜平臺1的上方，第-一分支機構(gòu)3的一端與靜平臺1相連，另一端與動平臺2相連，三個第二分支機構(gòu)4各自的一端分別與靜平臺1相連,各fi的另一端分別與動平臺2相連；所述的第-一分支機構(gòu)3包括第一連桿5和球鉸6,其中第一連桿5的
一端與動平臺2相連并組成移動副7，另一端與球鉸6相連，且該球鉸6與靜平臺1活動連接；所述的第二分支機構(gòu)4對動平臺2的自由度約束為零。 所述的第二分支機構(gòu)4包括第二連桿8和第二連桿9,其中第二連桿8的一端與球鉸6相連,且該球鉸6與動平臺2活動連接,第二連桿8的另.'端與第三連桿9相連并組成移動副7。 所述第三連桿9的-一端與第二連桿8連，另-一端與虎克鉸10相連，且該虎克鉸10與靜平臺1活動連接。 所述的—個第二分支機構(gòu)4與靜平臺1的—個連接點構(gòu)成—角形，且第一分支機構(gòu)3與靜平臺1的連接點位f該三角形內(nèi)。 上述四個實施例中，由于第二分支機構(gòu)相對動平臺的自由度約束為零，不需要各分支機構(gòu)之間的轉(zhuǎn)動中心重合，因此降低了機構(gòu)的復(fù)雜度和對加工誤差的敏感度，提卨了機構(gòu)的負載能力。
權(quán)利要求
一種四自由度仿人機器人腰關(guān)節(jié)，包括靜平臺、動平臺、第一分支機構(gòu)和三個第二分支機構(gòu)，其中動平臺位于靜平臺的上方，第一分支機構(gòu)的一端與靜平臺相連，另一端與動平臺相連，三個第二分支機構(gòu)各自的一端分別與靜平臺相連，各自的另一端分別與動平臺相連，其特征在于，所述的第一分支機構(gòu)包括第一連桿和球鉸，其中第一連桿的一端與動平臺相連并組成移動副，另一端與球鉸相連，且該球鉸與靜平臺活動連接；所述的第二分支機構(gòu)對動平臺的自由度約束為零。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四自由度仿人機器人腰關(guān)節(jié)，其特征是，所述的第二分支機 構(gòu)包括第一連桿和第三連桿，其中第二連桿的--端與球鉸相連，目.該球鉸與動平臺活動 連接，第二連桿的另一端與球鉸、虎克鉸或第二連桿相連。
3. 根據(jù)權(quán)利耍求2所述的四自由度仿人機器人腰關(guān)節(jié)，其特征是，第三連桿的.'端與 球鉸、虎克鉸或第二連桿相連，另一端與球鉸、虎克鉸或靜平臺相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的四fi由度仿人機器人腰關(guān)節(jié)，其特征是，第二連桿與第三 連桿相連并組成移動副。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的四自由度仿人機器人腰關(guān)節(jié)，其特征是，第—連桿與靜平臺 相連并組成移動副。
6. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的四自由度仿人機器人腰關(guān)節(jié)，其特征是，三個第二分支機構(gòu) 與靜平臺的二個連接點構(gòu)成二角形,且第一分支機構(gòu)與靜平臺的連接點位于該二角形內(nèi)。
全文摘要
一種四自由度仿人機器人腰關(guān)節(jié)，屬于仿真機器人技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括靜平臺、動平臺、第一分支機構(gòu)和三個第二分支機構(gòu)，其中動平臺位于靜平臺的上方，第一分支機構(gòu)的一端與靜平臺相連，另一端與動平臺相連，三個第二分支機構(gòu)各自的一端分別與靜平臺相連，各自的另一端分別與動平臺相連；所述的第一分支機構(gòu)包括第一連桿和球鉸，其中第一連桿的一端與動平臺相連并組成移動副，另一端與球鉸相連，且該球鉸與靜平臺活動連接；所述的第二分支機構(gòu)對動平臺的自由度約束為零。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、對加工誤差敏感度低、承載能力高。
文檔編號B25J17/00GK101695838SQ20091030944
公開日2010年4月21日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者張勇, 楊加倫, 趙現(xiàn)朝, 郭為忠, 陳杰, 高峰 申請人:上海交通大學(xué);