专利名称：一种三自由度主动式球轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种球轴承，更特别地说，是指一种适用于蟑螂机器人髋关节中使用的三自由度主动式球轴承。
背景技术：
在长期的生物进化中，人的手腕和肩关节、以及生物的髋关节形成了三自由度的球关节，这种球关节具有最好的灵活性和较大的工作空间。机器人是拟人的装置，模拟人和生物的功能是该学科的重要内容之一。由于现有技术的限制，实现一个三自由度的主动式球关节还有很大的困难，所以在机器人领域，这种球关节都是用三个轴心交于一点的其他装置来代替球关节的功能，虽然在功能上实现了球关节的功能，但灵活性和工作空间都不如真正的球关节那么好。针对这种状况，本专利申请提出一种具有三自由度的主动式的球轴承。
发明内容
本发明的目的是提供一种三自由度主动式球轴承，该主动式球轴承采用支链与球轴承、动平台，支链与万向节、静平台的组合结构实现了球关节的功能。
本发明是一种三自由度主动式球轴承，由三个支链、一个支撑轴、一个动平台和一个静平台构成。三个支链结构相同，且均匀分布安装在动平台与静平台之间；支撑轴安装在动平台与静平台之间的中心位置，且支撑轴的一端安装在静平台的支撑座内，支撑轴的球形端安装在球轴承D的球窝内。支链的一端与动平台实现球轴承联接，支链另一端与静平台实现万向节连接。
本发明三自由度主动式球轴承的优点在于(1)采用支链的伸缩运动推动动平台在上下、左右方向上进行球面运动，实现了大范围的运动空间；(2)在动平台5中心设计一个同心的被动球轴承54实现了动平台5在球心点的扭转；(3)在动平台5的圆周上均匀分布三个球轴承(球轴承A 51、球轴承B 52、球轴承C 53)，这三个轴承在电机的驱动下，推动动平台5实现了三个自由度的运动；(4)伸缩球轴12与套管13的配合使用形成了三自由度球面运动。
图1是本发明的主动球关节整体结构图。
图2是第一支链的整体结构图。
图2A是第一支链结构的爆炸示图。
图中1.第一支链 11.联接轴D 12.伸缩球轴 13.套管14.球形状端 2.第二支链 21.联接轴E 3.第三支链 31.联接轴F4.支撑轴 5.动平台 51.球轴承A 52.球轴承B 53.球轴承C54.球轴承D 55.球窝 56.安装孔B 6.静平台 61.联接轴A62.联接轴B 63.联接轴C 64.支撑座 65.安装孔A具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参见图1所示，本发明是一种适用于蟑螂机器人髋关节中使用的三自由度主动式球轴承，由三个支链(第一支链1、第二支链2、第三支链3)、一个支撑轴4、一个动平台5和一个静平台6构成。
所述动平台5和静平台6为圆盘形状、圆形或者四边形，所述动平台5底部的圆周均匀分布安装有球轴承A 51、球轴承B 52、球轴承C 53，动平台5底部的中心位置安装有球轴承D 54，动平台5上设有安装孔B 56；所述静平台6上部的圆周均匀分布安装有联接轴A 61、联接轴B 62、联接轴C 63，静平台6上部的中心位置安装有支撑座64，静平台6上设有安装孔A 65。
所述三个支链结构相同，且均匀分布安装在动平台5与静平台6之间；第一支链1的伸缩球轴12的球形状端14安装在球轴承A 51的球窝内，第一支链1的套管13端与联接轴D11连接；第二支链2的伸缩球轴的球形状端安装在球轴承B 52的球窝内(图中未示出)，第二支链2的套管端与联接轴E 21连接；第三支链3的伸缩球轴的球形状端安装在球轴承C 53的球窝内，第三支链3的套管端与联接轴F31连接。
所述支撑轴4安装在动平台5与静平台6之间的中心位置，且支撑轴4的一端安装在静平台6的支撑座64内，支撑轴4的球形端安装在球轴承D 54的球窝内。
在本发明中，三个支链的运动分别由电机完成(电机A驱动第一支链1的伸缩球轴12在套管13中上下运动，电机B驱动第二支链2的伸缩球轴在套管中上下运动，电机C驱动第三支链3的伸缩球轴在套管中上下运动)，由于三个支链的结构相同，本专利申请中只针对第一支支链1进行详细结构说明。请参见图2、图2A所示，第一支链1包括电机A、伸缩球轴12、套管13和联接轴D 11，伸缩球轴12的球形状端14安装在球轴承A 51的球窝55内，伸缩球轴12的另一端上安装有电机A，连接有电机A的伸缩球轴12端放置在套管13内，套管13的另一端上安装有联接轴D11，联接轴D11与联接轴A 61连接。
在本发明中，联接轴D 11与联接轴A 61连接构成一个万向节；联接轴E 21与联接轴B 62连接也构成一个万向节；联接轴F 31与联接轴B 63连接也构成一个万向节。
在本发明中，静平台6作为蟑螂机器人髋关节与身体部分的连接件，通过其安装孔A 65实现安装，动平台5作为蟑螂机器人髋关节与大腿部分的连接件，通过其安装孔B 56实现安装，在主动运动形式下实现三自由度的球面运动。
本发明的整个机构为一个球关节，它比目前通用的万向节更为灵活，这个机构为一个主动机构，它的结构为含有三个电机，分别位于三个支链内，用以控制支链的长度，它的动平台5和静平台6与别的机构连接来实现球关节的作用上部为一个大的球轴承(球轴承D 54)和三个小的球轴承(球轴承A 51、球轴承B 52、球轴承C 53)连接，下部为三个万向节连接三个支链为长度可变的线性连杆。本发明球轴承工作时候，将动平台5和静平台6分别连接在蟑螂机器人髋关节机构上，通过三个电机的运动来控制三个支链连杆的长度，以此带动这个球轴承机构的运动，实现动平台5和静平台6之间的相对球面运动，从而得到所需的位姿，实现球关节的功能。
权利要求
1.一种三自由度主动式球轴承，其特征在于由第一支链(1)、第二支链(2)、第三支链(3)、支撑轴(4)、动平台(5)和静平台(6)构成；所述动平台(5)和静平台(6)为圆盘形状、圆形或者四边形，所述动平台(5)底部的圆周均匀分布安装有球轴承A(51)、球轴承B(52)、球轴承C(53)，动平台(5)底部的中心位置安装有球轴承D(54)，动平台(5)上设有安装孔B(56)；所述静平台(6)上部的圆周均匀分布安装有联接轴A(61)、联接轴B(62)、联接轴C(63)，静平台(6)上部的中心位置安装有支撑座(64)，静平台(6)上设有安装孔A(65)；所述第一支链(1)、第二支链(2)、第三支链(3)结构相同，且均匀分布安装在动平台(5)与静平台(6)之间；第一支链(1)的伸缩球轴(12)的球形状端(14)安装在球轴承A(51)的球窝内，第一支链(1)的套管(13)端与联接轴D(11)连接；第二支链(2)的伸缩球轴的球形状端安装在球轴承B(52)的球窝内，第二支链(2)的套管端与联接轴E(21)连接；第三支链(3)的伸缩球轴的球形状端安装在球轴承C(53)的球窝内，第三支链(3)的套管端与联接轴F(31)连接；所述支撑轴(4)安装在动平台(5)与静平台(6)之间的中心位置，且支撑轴(4)的一端安装在静平台(6)的支撑座(64)内，支撑轴(4)的球形端安装在球轴承D(54)的球窝内。
2.根据权利要求1所述的三自由度主动式球轴承，其特征在于第一支链(1)包括电机A、伸缩球轴(12)、套管(13)和联接轴D(11)，伸缩球轴(12)的球形状端(14)安装在球轴承A(51)的球窝(55)内，伸缩球轴(12)的另一端上安装有电机A，连接有电机A的伸缩球轴(12)端放置在套管(13)内，套管(13)的另一端上安装有联接轴D(11)，联接轴D(11)与联接轴A(61)连接。
3.根据权利要求1所述的三自由度主动式球轴承，其特征在于联接轴D(11)与联接轴A(61)连接构成一个万向节；联接轴E(21)与联接轴B(62)连接也构成一个万向节；联接轴F(31)与联接轴B(63)连接也构成一个万向节。
全文摘要
本发明公开了一种三自由度主动式球轴承，由第一支链(1)、第二支链(2)、第三支链(3)、支撑轴(4)、动平台(5)和静平台(6)构成；第一支链(1)、第二支链(2)、第三支链(3)结构相同，且均匀分布安装在动平台(5)与静平台(6)之间；支撑轴(4)安装在动平台(5)与静平台(6)之间的中心位置，且支撑轴(4)的一端安装在静平台(6)的支撑座(64)内，支撑轴(4)的球形端安装在球轴承D(54)的球窝内。本发明主动式球轴承采用支链的伸缩运动推动动平台在上下、左右方向上运动，实现了大范围的运动空间；采用支链与动平台的组合结构实现了球关节的功能。
文档编号A63H3/00GK101025248SQ20071006417
公开日2007年8月29日 申请日期2007年3月5日 优先权日2007年3月5日
发明者陈伟海, 于守谦, 张建斌, 宋蔚阳 申请人:北京航空航天大学