直线驱动实现空间三自由度类球关节转动的立方体杆机构

摘要

一种直线驱动实现空间三自由度类球关节转动的立方体杆机构，属机器人技术领域。包括： X轴第一刚体a1、X轴第二刚体a2、X轴第三刚体a3、X轴第四刚体a4、Y轴第一刚体c1、Y轴第二刚体c2、Y轴第三刚体c3、Y轴第四刚体c4、Z轴第一刚体b1、Z轴第二刚体b2、Z轴第三刚体b3、Z轴第四刚体b4、第一基座d1、第二基座d2、辅助刚体e1、第一伸缩杆La、第二伸缩杆Lb、第三伸缩杆Lc。本发明结构简单、解耦性强、运动简明可靠。

主权项

一种直线驱动实现空间三自由度类球关节转动的立方体杆机构，其特征在于：设坐标系XYZ，坐标原点O，设置于立方体杆机构一角；绕X、Y和Z轴旋转的角度分别为α、β和γ；所述立方体杆机构包括： X轴第一刚体(a1)、X轴第二刚体(a2)、X轴第三刚体(a3)、X轴第四刚体(a4)、Y轴第一刚体(c1)、Y轴第二刚体(c2)、Y轴第三刚体(c3)、Y轴第四刚体(c4)、Z轴第一刚体(b1)、Z轴第二刚体(b2)、Z轴第三刚体(b3)、Z轴第四刚体(b4)、第一基座(d1)、第二基座(d2)、辅助刚体(e1)、第一伸缩杆(La)、第二伸缩杆(Lb)、第三伸缩杆(Lc)；其中X轴第一刚体(a1)、X轴第二刚体(a2)、X轴第三刚体(a3)、X轴第四刚体(a4)的长度相同；Y轴第一刚体(c1)、Y轴第二刚体(c2)、Y轴第三刚体(c3)、Y轴第四刚体(c4) 、辅助刚体(e1)的长度相同；Z轴第一刚体(b1)、Z轴第二刚体(b2)、Z轴第三刚体(b3)、Z轴第四刚体(b4)的长度相同；其中X轴第一刚体(a1)一端与Z轴第一刚体(b1)一端铰连，铰接点称为XZ1面第一铰接点(a1b1)，该点即为坐标原点O； X轴第四刚体(a4)一端与Z轴第一刚体(b1)另一端铰连，铰接点称为XZ1面第二铰接点(a4b1)；X轴第四刚体(a4)另一端与Z轴第二刚体(b2)一端铰连，铰接点称为XZ1面第三铰接点(a4b2)；X轴第一刚体(a1)另一端与Z轴第二刚体(b2)另一端铰连，铰接点称为XZ1面第四铰接点(a1b2)；X轴第一刚体(a1)、Z轴第一刚体(b1)、X轴第四刚体(a4)和Z轴第二刚体(b2)组成立方体下底面XZ1平行四边形；其中X轴第二刚体(a2)一端与Z轴第四刚体(b4)一端铰连，铰接点称为XZ2面第一铰接点(a2b4)； X轴第三刚体(a3)一端与Z轴第四刚体(b4)另一端铰连，铰接点称为XZ2面第二铰接点(a3b4)；X轴第三刚体(a3)另一端与Z轴第三刚体(b3)一端铰连，铰接点称为XZ2面第三铰接点(a3b3)；X轴第二刚体(a2)另一端与Z轴第三刚体(b3)另一端铰连，铰接点称为XZ2面第四铰接点(a2b3)；X轴第二刚体(a2)、Z轴第四刚体(b4)、X轴第三刚体(a3)和Z轴第三刚体(b3)组成立方体上顶面XZ2平行四边形；其中X轴第一刚体(a1)一端与Y轴第一刚体(c1)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为XY1面第一铰接点(a1c1)，所述链接X轴第一刚体(a1)一端与Y轴第一刚体(c1)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X和Z轴； X轴第二刚体(a2)一端与Y轴第一刚体(c1)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为XY1面第二铰接点(a2c1)，所述链接X轴第二刚体(a2)一端与Y轴第一刚体(c1)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X和Z轴；X轴第二刚体(a2)一端与Y轴第四刚体(c4)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为XY1面第三铰接点(a2c4)，所述链接X轴第二刚体(a2)一端与Y轴第四刚体(c4)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X和Z轴；X轴第一刚体(a1)一端与Y轴第四刚体(c4)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为XY1面第四铰接点(a1c4)，所述链接X轴第一刚体(a1)一端与Y轴第四刚体(c4)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X和Z轴；X轴第一刚体(a1)、Y轴第一刚体(c1)、X轴第二刚体(a2)和Y轴第四刚体(c4)组成立方体前侧面XY1平行四边形；其中X轴第四刚体(a4)一端与Y轴第二刚体(c2)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为XY2面第一铰接点(a4c2)，所述链接X轴第四刚体(a4)一端与Y轴第二刚体(c2)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X和Z轴； X轴第三刚体(a3)一端与Y轴第二刚体(c2)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为XY2面第二铰接点(a3c2)，所述链接X轴第三刚体(a3)一端与Y轴第二刚体(c2)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X和Z轴；X轴第三刚体(a3)一端与Y轴第三刚体(c3)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为XY2面第三铰接点(a3c3)，所述链接X轴第三刚体(a3)一端与Y轴第三刚体(c3)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X和Z轴；X轴第四刚体(a4)一端与Y轴第三刚体(c3)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为XY2面第四铰接点(a4c3)，所述链接X轴第四刚体(a4)一端与Y轴第三刚体(c3)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X和Z轴；X轴第四刚体(a4)、Y轴第二刚体(c2)、X轴第三刚体(a3)和Y轴第三刚体(c3)组成立方体后侧面XY2平行四边形；其中第一伸缩杆(La)与X轴第一刚体(a1)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为X1第一铰接点(a1La)，所述链接第一伸缩杆(La)与X轴第一刚体(a1)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X轴第一刚体(a1)与X轴第三刚体(a3)组成平面后的法相轴、X轴；第一伸缩杆(La)与X轴第三刚体(a3)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为X1第二铰接点(a3La)，所述链接第一伸缩杆(La)与X轴第三刚体(a3)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X轴第一刚体(a1)与X轴第三刚体(a3)组成平面后的法相轴、X轴；其中第二伸缩杆(Lb)与Y轴第二刚体(c2)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为Y1第一铰接点(c2Lb)，所述链接第二伸缩杆(Lb)与Y轴第二刚体(c2)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿Y轴第二刚体(c2)与Y轴第四刚体(c4)组成平面后的法相轴、Y轴；第二伸缩杆(Lb)与Y轴第四刚体(c4)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为Y1第二铰接点(c4Lb)，所述链接第二伸缩杆(Lb)与Y轴第四刚体(c4)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿Y轴第二刚体(c2)与Y轴第四刚体(c4)组成平面后的法相轴、Y轴；其中第三伸缩杆(Lc)与Z轴第一刚体(b1)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为Z1第一铰接点(b1Lc)，所述链接第三伸缩杆(Lc)与Z轴第一刚体(b1)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿Z轴第一刚体(b1)与Z轴第三刚体(b3)组成平面后的法相轴、Z轴；第三伸缩杆(Lc)与Z轴第三刚体(b3)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为Z1第二铰接点(b3Lc)，所述链接第三伸缩杆(Lc)与Z轴第三刚体(b3)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿Z轴第一刚体(b1)与Z轴第三刚体(b3)组成平面后的法相轴、Z轴；其中辅助刚体(e1)与Z轴第一刚体(b1)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为YZ1第一铰接点(b1e1)，所述链接辅助刚体(e1)与Z轴第一刚体(b1)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X轴、Z轴；辅助刚体(e1)与Z轴第四刚体(b4)一端利用二自由度十字轴链接，铰接点称为YZ1第二铰接点(b4e1)，所述链接辅助刚体(e1)与Z轴第四刚体(b4)一端的二自由度十字轴的旋转轴分别沿X轴、Z轴；其中第一基座(d1)一端与X轴第一刚体(a1)固定链接，且第一基座(d1)另一端轴向为Yd1，沿Y轴方向；第二基座(d2)一端与辅助刚体(e1)固定链接、且第二基座(d2)另一端轴向为Yd2，沿Y轴方向。