CN209648762U - 一种三自由度手腕 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种三自由度手腕，其特征在于，包括固定在支架上的自转运动电机、上半球电机及下半球电机，其中：自转运动电机通过外万向节齿轮传动机构将动力传递至回转轴承的内齿圈；上半球电机通过上半球齿轮传动机构将动力传递至输入轴，输入轴通过内万向节及输出轴带动上半球旋转体运动；下半球电机通过下半球齿轮传动机构直接带动下半球旋转体运动。本实用新型相对于现有技术取得了以下效果：采用本实用新型提供的结构后，在计算上下半球相对转角时，可以利用空间几何的方法，将线与线的夹角转化为空间中线与面的夹角，简化了计算过程与复杂度，从而提高三自由度手腕末端位姿控制的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三自由度手腕。
背景技术
空间机器人在空间实验室或空间站的维护与日常工作中发挥着重要作用，在空间机器人的工作过程中，对其手腕部的运动自由度要求有三个，且对其运动精度及运动解耦性要求极高，因此，腕部对于机器手末端姿态的控制实现显得尤为重要。哈尔滨工业大学与大连理工大学联合研制了一种解耦型三自由度球型空间机器，其正、逆解的计算方法较为复杂，且在运用十字万向节的过程中，并未能真正考虑十字万向节本身的运动规律，以及内十字万向节对本结构的运动学计算产生的影响，造成计算上的不精确。
实用新型内容
本实用新型的目的是：提高三自由度手腕末端位姿控制的准确性。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种三自由度手腕，其特征在于，包括固定在支架上的自转运动电机、上半球电机及下半球电机，其中：
自转运动电机通过外万向节齿轮传动机构将动力传递至回转轴承的内齿圈，回转轴承的外齿圈通过外万向节输入轴与外万向节相连，外万向节通过外万向节输出轴与输出支架相连，输出支架带动穿设在上半球旋转体中的输出轴，输出轴的一端露于上半球旋转体外；
上半球电机通过上半球齿轮传动机构将动力传递至输入轴，输入轴穿设在下半球旋转体中，输入轴的一端设于支架内，输入轴的该端部与支架之间设有轴承三，输入轴的另一端通过内万向节与输出轴的另一端相连，输入轴通过内万向节及输出轴带动上半球旋转体运动；
下半球电机通过下半球齿轮传动机构直接带动下半球旋转体运动。
优选地，所述外万向节齿轮传动机构包括设于所述自转运动电机的输出轴的外万向节一级齿轮及与外万向节一级齿轮相啮合的外万向节二级齿轮，外万向节二级齿轮通过传动轴连接外万向节三级齿轮，外万向节三级齿轮与回转轴承的内齿圈相啮合。
优选地，所述输出支架设于所述上半球旋转体外，输出支架与上半球旋转体之间设有滚动轴承。
优选地，所述上半球齿轮传动机构包括设于所述上半球电机的输出轴的上半球一级齿轮及与上半球一级齿轮相啮合的上半球二级齿轮，上半球二级齿轮与所述输入轴相固定。
优选地，所述下半球齿轮传动机构包括设于所述下半球电机的输出轴的下半球一级齿轮及与下半球一级齿轮相啮合的下半球二级齿轮，下半球二级齿轮固定在所述下半球旋转体上。
本实用新型相对于现有技术取得了以下效果：采用本实用新型提供的结构后，在计算上下半球相对转角时，可以利用空间几何的方法，将线与线的夹角转化为空间中线与面的夹角，简化了计算过程与复杂度，从而提高三自由度手腕末端位姿控制的准确性。
附图说明
图1为本实用新型提供的三自由度手腕结构轴视图；
图2为本实用新型提供的三自由度手腕结构剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1及图2所示，本实用新型提供的一种三自由度手腕，其特征在于，包括固定在支架4上的自转运动电机1、上半球电机2及下半球电机3，其中：
自转运动电机1的输出轴设有外万向节一级齿轮16，外万向节二级齿轮15 与外万向节一级齿轮16相啮合，外万向节二级齿轮15通过传动轴14连接外万向节三级齿轮13，外万向节三级齿轮13与回转轴承的内齿圈12相啮合，回转轴承的外齿圈7通过外万向节输入轴28与外万向节9相连，外万向节9通过外万向节输出轴10与输出支架29相连，输出支架29带动穿设在上半球旋转体11 中的输出轴19，输出轴19的一端露于上半球旋转体11外。输出支架29设于上半球旋转体11外，输出支架29与上半球旋转体11之间设有滚动轴承20。
上半球电机2的输出轴设有上半球一级齿轮5，上半球二级齿轮6与上半球一级齿轮5相啮合，上半球二级齿轮6与输入轴25相固定。输入轴25穿设在下半球旋转体8中，输入轴25的一端设于支架4内，输入轴25的该端部与支架4 之间设有轴承三27，输入轴25的另一端通过内万向节21与输出轴19的另一端相连，输入轴25通过内万向节21及输出轴19带动上半球旋转体11运动。内万向节21外设有轴承套22，轴承套22外设有轴承一23。
下半球电机3的输出轴上设有下半球一级齿轮17，下半球二级齿轮18与下半球一级齿轮17相啮合，下半球二级齿轮18固定在下半球旋转体8上。输入轴 25与下半球旋转体8之间设有轴承四26，下半球旋转体8与支架4之间设有轴承二24。
上述三自由度手腕结构可实现三自由度运动：俯仰、侧摆和自转，其中，俯仰和侧摆自由度的实现方式是通过两种运动组合而成。第一种运动是下半球电机 3带动下半球一级齿轮17运动，下半球一级齿轮17通过啮合作用带动下半球二级齿轮18运动，下半球二级齿轮18固定在下半球旋转体8上，从而带动下半球旋转体8运动。第二种运动是上半球电机2带动上半球一级齿轮5运动，上半球一级齿轮5通过啮合作用带动上半球二级齿轮6运动，上半球二级齿轮6与输入轴25相固定，从而带动输入轴25运动，输入轴25通过内万向节21和输出轴 19带动上半球旋转体11运动。自转自由度的而实现方式为：自转运动电机1通过外万向节一级齿轮16、外万向节二级齿轮15、外万向节三级齿轮13和内齿圈 12将运动传至外万向节输入轴28，外万向节输入轴28通过外万向节9和外万向节输出轴10带动输出轴19实现自转自由度。
Claims (5)
1.一种三自由度手腕，其特征在于，包括固定在支架(4)上的自转运动电机(1)、上半球电机(2)及下半球电机(3)，其中：
自转运动电机(1)通过外万向节齿轮传动机构将动力传递至回转轴承的内齿圈(12)，回转轴承的外齿圈(7)通过外万向节输入轴(28)与外万向节(9)相连，外万向节(9)通过外万向节输出轴(10)与输出支架(29)相连，输出支架(29)带动穿设在上半球旋转体(11)中的输出轴(19)，输出轴(19)的一端露于上半球旋转体(11)外；
上半球电机(2)通过上半球齿轮传动机构将动力传递至输入轴(25)，输入轴(25)穿设在下半球旋转体(8)中，输入轴(25)的一端设于支架(4)内，输入轴(25)的该端部与支架(4)之间设有轴承三(27)，输入轴(25)的另一端通过内万向节(21)与输出轴(19)的另一端相连，输入轴(25)通过内万向节(21)及输出轴(19)带动上半球旋转体(11)运动；
下半球电机(3)通过下半球齿轮传动机构直接带动下半球旋转体(8)运动。
2.如权利要求1所述的一种三自由度手腕，其特征在于，所述外万向节齿轮传动机构包括设于所述自转运动电机(1)的输出轴的外万向节一级齿轮(16)及与外万向节一级齿轮(16)相啮合的外万向节二级齿轮(15)，外万向节二级齿轮(15)通过传动轴(14)连接外万向节三级齿轮(13)，外万向节三级齿轮(13)与回转轴承的内齿圈(12)相啮合。
3.如权利要求1所述的一种三自由度手腕，其特征在于，所述输出支架(29)设于所述上半球旋转体(11)外，输出支架(29)与上半球旋转体(11)之间设有滚动轴承(20)。
4.如权利要求1所述的一种三自由度手腕，其特征在于，所述上半球齿轮传动机构包括设于所述上半球电机(2)的输出轴的上半球一级齿轮(5)及与上半球一级齿轮(5)相啮合的上半球二级齿轮(6)，上半球二级齿轮(6)与所述输入轴(25)相固定。
5.如权利要求1所述的一种三自由度手腕，其特征在于，所述下半球齿轮传动机构包括设于所述下半球电机(3)的输出轴的下半球一级齿轮(17)及与下半球一级齿轮(17)相啮合的下半球二级齿轮(18)，下半球二级齿轮(18)固定在所述下半球旋转体(8)上。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109318252A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-12 | 上海机器人产业技术研究院有限公司 | 一种三自由度手腕及其运动学计算方法 |
| CN111329631A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-06-26 | 苏州通和景润康复科技有限公司 | 一种肌电假肢手腕 |
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2018
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| CN111329631B (zh) * | 2020-03-06 | 2022-07-29 | 苏州通和景润康复科技有限公司 | 一种肌电假肢手腕 |
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