五自由度并串联仿生肩关节

摘要

一种五自由度并串联仿生肩关节，它的2-PUS+U二自由度并联机构包括仿生机架、中间动平台及其之间的S型连杆和两条结构相同的运动支链，每条运动支链依次由直线导轨移动副、主动滑块、虎克铰、从动杆和球面副组成；3-RRR三自由度球面并联机构包括中间动平台、三条转动支链和末端动平台；具有大工作空间的球面铰链包括支撑杆、双耳支架、球头、U型拨叉、中间支承辊、中空输出杆及销轴；偏置输出单元包括输出杆和偏置输出杆。本发明可实现偏置输出杆的五自由度运动，在结构、运动和功能上最大限度接近人体肩关节的实际状态。

主权项

一种五自由度并串联仿生肩关节，它包括2‑PUS+U二自由度并联机构、3‑RRR三自由度球面并联机构、具有大工作空间的球面铰链和偏置输出单元，其特征在于：所述2‑PUS+U二自由度并联机构中的S型连杆的一端通过虎克铰与仿生机架连接，其另一端与中间动平台固连；水平运动支链和竖直运动支链结构相同，每条运动支链的直线导轨移动副与仿生机架固连，主动滑块设在直线导轨移动副的丝杠上，该主动滑块通过虎克铰与从动杆的一端连接，该从动杆的另一端通过球面副与中间动平台连接，直线导轨移动副为机构的驱动副；所述3‑RRR三自由度球面并联机构中结构相同的三条转动支链连接中间动平台和末端动平台，三条转动支链与中间动平台和末端动平台的连接点均呈三角形布置，在每条转动支链中，下弧形连杆的一端通过转动副与中间动平台连接，该下弧形连杆的另一端通过转动副与上弧形连杆的一端连接，该上弧形连杆的另一端通过转动副与末端动平台连接，这三条支链的9个转动副的轴线汇交于空间一点，末端动平台的中心处设有方形通孔；所述具有大工作空间的球面铰链中的支撑杆的一端与上述中间动平台固连，该支撑杆的轴线过中间动平台中心点并且与中间动平台垂直，双耳支架可绕支撑杆轴线转动；U型拨叉为半圆弧形杆，与上述双耳支架两端的支耳同宽，其两端均通过销轴与双耳支架的支耳内侧连接，U型拨叉可绕销轴往复摆动，两销轴所在的公共轴线过球头球心，且与支撑杆轴线垂直；中空输出杆中间设有长方形通孔，该中空输出杆中间的长方形通孔轴线垂直于中空输出杆轴线，所述中空输出杆中间的长方形通孔内设有中间支承辊，该中间支承辊与中空输出杆通过销轴连接，该中间支承辊的轴线垂直于中空输出杆中间的长方形通孔轴线和中空输出杆轴线，中空输出杆可绕其自身轴线自由转动；上述呈半圆弧形的U型拨叉穿过中空输出杆中间的长方形通孔，中间支承辊与U型拨叉的圆弧内表面接触，并且两者轴线平行实现反向滚动支撑；中空输出杆中间的长方形通孔上部留有空间，当中空输出杆摆动至极限位置时，恰好套在双耳支架外侧，使输出杆摆动空间更大；所述中空输出杆的一端穿过上述末端动平台中心的方形通孔与偏置输出杆固连，该中空输出杆的另一端与球窝固连，上述球头置于活动球窝中，球心重合构成球面副，且球心与3‑RRR三自由度球面并联机构的转动中心重合；所述偏置输出单元包括上述具有大工作空间的球面铰链中的中空输出杆和偏置输出杆，上述穿过末端动平台中心处方形通孔的中空输出杆与偏置输出杆固连，中空输出杆轴线与偏置输出杆轴线相交，夹角为45度。