CN104057442B - 五自由度混联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种五自由度混联机器人，包括动力驱动系统、定位系统和定向系统，动力驱动系统设置于定位系统的顶端，所述定向系统包括支撑机构和动力转向机构，支撑机构包括三组换向子机构，三组换向子机构呈直线对称分布在静平台上和动平台之间，三组换向子机构将动力驱动系统的旋转扭矩传递到动力转向机构中；动力转向机构包括转动机构和摆动机构，转动机构和摆动机构将支撑机构传递下来的旋转扭矩转换成定向系统的绕Z轴旋转、以及定向系统的摆动。本发明以串并联混联的方式，将机器人的自由度增加到5自由度，能实现3个坐标轴的平动，以及绕Z轴的转动，还有操作末端的摆动，可用于高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域。

Description

五自由度混联机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，具体地，涉及一种五自由度混联机器人，用于对并联、串联机器人控制、运动、动力学研究，并可进一步推广应用于工业领域，进行包装、分拣、焊接、装配等。

背景技术

并联机器人是一种全新的机器人，它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点，与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系，因而扩大了整个机器人的应用领域。

目前对并联机器人的研究主要集中在并联机器人的控制、运动学分析以及动力学分析方面。并联机构的出现可以回溯至20世纪30年代，1931年，Gwinnett在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置；1940年，Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联机构，用于汽车的喷漆；之后，Gough在1962年发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎检测装置；1965年，德国Stewart首次对Gough发明的这种机构进行了机构学意义上的研究，并将其推广应用为飞行模拟器的运动产生装置，作为飞行模拟器用于训练飞行员；1978年，Hunt首次提出把六自由度并联机构作为机器人操作器，由此拉开并联机器人研究的序幕，但在随后的近10年里，并联机器人研究似乎停滞不前。直到80年代末90年代初，并联机器人才引起了广泛注意，成为国际研究的热点。在国内，燕山大学教授黄真教授在1991年研制出我国第一台六自由度并联机器人样机，在1994年研制出一台柔性铰链并联式六自由度机器人误差补偿器。

现在工业上应用最广的并联机器人就是Delta并联机器人，这种机器人有三条分支，在空间成120度分布，分为动平台和静平台，但是由于机构本身的限制，动平台只有3个自由度：沿X轴的平动、沿Y轴的平动以及沿Z轴的平动，机器人的运动姿态被严格限制住；后又有人在动平台中间添加一个转轴，将Delta机器人增加了一个转动自由度，使得机器人操作末端可以调整转动姿态，这就大大提高了Delta机器人的应用范围，一般用于工业上的分拣、装配、搬运等。

然而，随着Delta机器人的广泛推广，仅仅四个自由度已经不能满足更加复杂的工况。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种五自由度混联机器人，该机器人以串并联混联的方式，将机器人的自由度增加到5自由度，能够实现3个坐标轴的平动，以及绕Z轴的转动，还有操作末端的摆动。

为实现以上目的，本发明提供一种五自由度混联机器人，包括动力驱动系统、定位系统和定向系统，其中：

所述动力驱动系统，位于所述定位系统的顶端，用于为定位系统和定向系统提供动力驱动，同时设有静平台；

所述定位系统包括：

驱动臂机构，为由三个驱动臂构成的互成120度的空间对称结构，其中：驱动臂与动力驱动系统连接，且动力驱动系统带动驱动臂转动；

从动臂机构，为由三组平行四边形结构组成的空间对称机构，并以球铰链的形式连接到驱动臂机构和动平台机构；

动平台机构，包括一个动平台端盖和一个动平台，动平台端盖连接从动臂机构，动平台的空腔中设置有定向系统的动力转向机构；

所述定向系统包括：

支撑机构，包括三组换向子机构，三组换向子机构呈直线对称分布在静平台上和动平台之间，三组换向子机构将动力驱动系统的旋转扭矩传递到动力转向机构中；

动力转向机构，包括转动机构和摆动机构，转动机构和和摆动机构将支撑机构传递下来的旋转扭矩转换成定向系统的绕Z轴旋转、以及定向系统的摆动。

优选地，所述从动臂机构包括：从动臂接头、关节轴承和从动杆，其中：从动臂接头与驱动臂机构的驱动臂连接，从动臂接头与从动杆通过关节轴承连接，从动杆的两边分别通过金属接头连接关节轴承，然后从动杆和关节轴承整体的一端再与驱动臂机构的驱动臂连接、另一端与动平台机构的动平台端盖连接。

优选地，所述从动臂机构中三组平行四边形，其中每个平行四边形为两个从动杆、从动臂接头以及动平台机构的动平台端盖构成的一个平行四边形结构分支，而整个机器人总共有三个分支，空间120度对称分布，每组平行四边形机构的四个顶点均连接有四个关节轴承，上面一组关节轴承与驱动臂连接，下面一组关节轴承与动平台相连接。

优选地，所述转动机构包括空心齿轮轴、第一齿轮、第一转轴和转动腔；摆动机构包括第一锥齿轮轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮轴、第二锥齿轮以及摆动架；其中：动力转向机构中空心齿轮轴的末端与转动腔连接；第一齿轮固定在第一转轴上，与空心齿轮轴上的齿轮外啮合；第一锥齿轮连接在第一锥齿轮轴的末端，第二锥齿轮连接在第二锥齿轮轴的末端并与第一锥齿轮成90度啮合，在第二锥齿轮轴的另一端连接有摆动架，摆动架随第二锥齿轮轴的转动而转动。

所述动力转向机构中：第一转轴上的的转动带动第一齿轮转动，第一齿轮通过外啮合作用带动空心齿轮轴转动，从而使固定在空心齿轮轴末端的转动腔实现绕Z轴的任意角度的旋转；第一锥齿轮轴的转动带动第一锥齿轮转动，通过锥齿轮外啮合带动与第一锥齿轮互成90度的第二锥齿轮转动，从而带动第二锥齿轮轴转动，第二锥齿轮轴的转动则带动其末端的摆动架摆动；整个动力转向机构通过利用空心齿轮轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮，巧妙的将支撑机构传递下来的旋转运动，转化成定向系统的转动，以及摆动架的摆动，从而使整个机器人的自由度为5。

优选地，所述所述定向系统进一步包括平衡机构，所述平衡机构包括第二转轴、第二齿轮，第二齿轮与第二转轴连接并与空心齿轮轴啮合，平衡机构与第一齿轮对称分布于空心齿轮轴的两端。

优选地，所述定位系统的动平台机构中动平台端盖的顶端分布有三个凸台，每个凸台的两个端面均设有内螺纹，用于与从动臂机构中的从动杆连接；动平台的正中间呈直线分布有3个通孔，用于第一转轴、第一锥齿轮轴、第二转轴的分布。

优选地，每个所述换向子机构均包括两个万向节、一个空心滚珠花键轴、一个滚珠花键轴套和套杆；其中：万向节为十字万向节且成对设置，在成对的两个万向节中，其中靠近静平台的万向节一端连接在空心滚珠花键轴的端部，另一端与动力驱动系统相连；靠近动平台的万向节一端通过螺纹连接在滚珠花键轴套端部的套杆上，三个靠近动平台的万向节的另一端从左到右分别连接在动力转向机构中的第一转轴、第一锥齿轮轴以及平衡机构中的第二转轴。

优选地，所述定向系统中的支撑机构采用的是双十字万向节，其中一个万向节与空心滚珠花键轴连接，另一个万向节与支撑机构中的套杆连接。

优选地，所述定向系统中支撑机构的三组换向子机构呈直线分布，且左右对称，其中：与第一转轴和第一锥齿轮轴连接的子机构有驱动传递功能，另一个与第二转轴连接的子机构只起支撑作用。

优选地，所述支撑机构中：动力驱动系统旋转扭矩带动与之连接的万向节即靠近静平台的万向节旋转，从而带动滚珠花键轴、套杆旋转，最终带动靠近动平台的空心滚珠花键轴端的万向节转动，从而将动力驱动系统的旋转传递到与万向节连接的第一转轴、第一锥齿轮轴、第二转轴转动，从而带动三个轴转动。

优选地，所述动力驱动系统包括用于驱动定位系统中驱动臂的三个交流伺服电机，驱动定向系统中第一转轴、第一锥齿轮轴的步进电机，以及一个固定上述电机的圆形静平台，三个交流伺服电机固定在静平台下表面，互成120度。

优选地，所述定位系统的驱动臂机构中的驱动臂采用碳纤维管，从动臂机构中从动杆采用碳纤维管。

优选地，所述定位系统的从动臂机构中关节轴承采用L型球头杆端关节轴承，L型球头杆端关节轴承的一边为螺纹并通过螺栓连接固定在从动臂接头的末端，另一边为内螺纹并通过一个金属接头与从动杆连接；该金属接头一端为内螺纹与关节轴承的螺纹端连接、一端为光杆与从动杆紧连接并用强力胶粘合。

本发明上述机器人中最为关键的创新在于动力转向机构的设计，一般的Delta机器人只具有3个自由度，即分别沿X轴、Y轴、Z轴的平动，对于普通的搬运、装箱可以满足用户需求，但是当要求将分拣物体有序排列时，仅有三个坐标轴的平动是不能满足要求的，因此对机器人的自由度数又有新的要求，即通过增加绕Z轴的转动以及操作手末端的摆动来扩大机器人的操作空间，从而扩大机器人的应用范围。

进一步的，为了减轻动平台的重量，本发明上述机器人中改进了支撑机构的设计，将所有的动力驱动系统构件均固定在静平台上，当动平台平动时，动平台中心点和静平台中心点之间的距离和角度也会随之变化，因此如何解决当动平台平动时，仍能将静平台上的步进电机旋转扭矩传递到动平台以保持转动腔和摆动架的正常转动，成为一个关键问题。本发明使用双万向节搭配滚珠花键结构，很好的解决了这个问题：滚珠花键机构既可以传递扭矩，又可以沿花键轴轴向方向移动，且运动平稳，而且分布在花键轴机构两端的万向节可以自动调整以适应动平台和静平台之间的距离和角度变化，因此，可以很好的解决上述问题。

更进一步的，本发明上述机器人中驱动臂和从动臂材料均为碳纤维管，大大减轻了机器人的重量，提高了动平台的负载重量。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明所述机器人充分综合了并联机器人以及串联机器人的优、缺点，将并联机构作为定位系统，可以实现机器人末端精确定位的目的；串联机构作为定向系统，对末端操作实现微调，以串并联混联的方式，将机器人的自由度增加到5，能够实现3个坐标轴的平动，以及绕Z轴的转动，还有操作末端的摆动，不仅是一次机构上的创新，更是扩大了工业应用的范围，具有适应性广、结构紧凑、定位精确、高速、重量轻等优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一较优实施例的分支结构示意图。

图2为本发明一较优实施例的总体立体示意图。

图3为本发明一较优实施例动力转向机构结构示意图。

图中：1为静平台、2为电机固定板、3为驱动臂、4为从动臂接头、5为关节轴承、6为从动杆、7为动平台端盖、8为动平台、9为摆动架、10为转动腔、11为万向节、12为空心滚珠花键轴、13为套杆、14为电机箱体、15为空心齿轮轴、16为第二齿轮、17为第一齿轮、18为第二转轴、19为第一转轴、20为第一锥齿轮轴、21为第二锥齿轮轴、22为第一锥齿轮、23为第二锥齿轮。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、2所示，本实施例提供一种五自由度混联机器人，包括动力驱动系统、定位系统和定向系统，如图1所示为分支机构示意图，如图2所示为总体立体示意图；具体的：

所述定位系统包括：驱动臂机构、从动臂机构、动平台机构，其中：

所述驱动臂机构：包括驱动臂3，三个驱动臂3构成互成120度的空间对称结构，其中：伺服电机伸出轴与驱动臂3通过平键连接并带动驱动臂3转动。

本实施例中，为了减轻整个机构的重量，所述驱动臂3为内径36mm、外径40mm的碳纤维管。碳纤维具有元素碳的各种优良性能，如比重小、耐热性极好、热膨胀系数小、导热系数大、耐腐蚀性和导电性良好等，碳纤维最优良的性能是比强度和比模量超过一般的增强纤维，它和树脂形成的复合材料的比强度和比模量比钢和铝合金还高3倍左右。碳纤维复合材料应用在航天、导弹和运动器材上，可以显著减轻重量，提高有效载荷，改善性能，是航天工业的重要结构材料。

所述从动臂机构：包括从动臂接头4、关节轴承5和从动杆6，其中：从动臂接头4为金属材料，与驱动臂3采用紧连接并用强力胶粘合；从动接头4与从动杆6通过关节轴承5连接，关节轴承5采用球头杆端关节轴承，一边有螺纹，通过螺栓连接固定在从动臂接头4的末端，另一边为内螺纹，与从动杆6通过一个金属接头连接，所述金属接头一端为内螺纹与关节轴承5的螺纹端连接、另一端为光杆与从动杆6紧连接并用强力胶粘合，关节轴承5的球端围绕球套旋转45度，满足机器人运动要求。

本实施例中，所述从动杆6为长度为700mm的碳纤维管，两边分别通过金属接头连接有关节轴承5，一端与驱动臂3连接、另外一端与动平台端盖7通过螺纹连接。

本实施例中，所述从动臂机构每条分支由两个从动杆6构成，再加上从动臂接头4以及动平台端盖7构成平行四边形结构，而整个五自由度混联机器人总共有三个分支，空间120度对称分布，具体如图1所示。

动平台机构：包括动平台端盖7和动平台8，其中：整个动平台机构成圆柱形，动平台端盖7顶端分布有三个凸台，每个凸台的两个端面均设有内螺纹用于与从动臂机构中的从动杆6连接，动平台8的正中间呈直线分布有三个通孔，用于第一转轴19、第一锥齿轮轴20、第二转轴18的分布；动平台8是一个圆柱形的内腔，里边的空腔用于定向系统中动力转向机构的放置。

所述定向系统包括：支撑机构、动力转向机构、平衡机构，其中：

所述支撑机构：包括万向节11、空心滚珠花键轴12和套杆13，其中：万向节11采用的是十字万向节且成对使用，在两个成对的万向节11中，其中靠近静平台1的万向节11一端通过螺纹连接套杆13，另一端与步进电机相连；另一个靠近动平台8的万向节11一端通过螺纹固定在空心滚珠花键轴12上，另一端通过螺纹分别于定向系统中的第一转轴19、第一锥齿轮轴20、第二转轴相连18；滚珠花键结构具有较紧凑的结构，能够传递超额的载荷及动力，并具有较长的寿命，滚道槽经精密磨削加工成近似滚珠直径的R形；当扭矩由花键套上或由花键轴施加到花键轴上时，三列扭矩方向上的负载滚珠便平衡、均匀地传递扭矩，五自由度混联机器人机构中采用滚珠花键结构来协调动平台在运动时与静平台直接的距离，并能将扭矩传递下来驱动定向系统的运转，而不影响动平台的运动，不仅能够起到支撑的作用，还可以将驱动系统放在静平台上，从而进一步减轻动平台的重量，使得操作末端能够有较大的负重。

所述动力转向机构，由转动机构和摆动机构构成，其中转动机构具体包括：空心齿轮轴15、第一齿轮17、第一转轴19、转动腔10；摆动机构具体包括：第一锥齿轮轴20、第一锥齿轮22、第二锥齿轮轴21、第二锥齿轮23以及摆动架9，整体机构示意图如图3所示。

平衡机构，为由第二转轴18、第二齿轮16构成；

本实施例中，所述空心齿轮轴15与定向系统中的转动腔10通过螺纹连接，当空心齿轮轴15旋转时，整个定向系统(包括摆动架9和转动腔10)也随之旋转，且可以实现360度旋转；空心齿轮轴15上的齿轮与第一齿轮16和第二齿轮17分别外啮合，第一齿轮17通过平键连接到第一转轴19上，第一转轴19通过螺纹连接到支撑机构中的十字万向节11(靠近动平台端盖7的万向节11)上，步进电机驱动带动支撑机构子机构旋转，从而带动第一转轴19上的第一齿轮17转，第一齿轮17通过啮合作用带动空心齿轮轴15旋转，从而驱动定向系统实现绕Z轴的任意角度旋转；为保持整个动平台8的平衡，将第二齿轮16作为平衡齿轮与第一齿轮17对称分布于空心齿轮轴15的两端，第二齿轮16通过平键连接到第二转轴18上；由于齿轮在装配的过程中会造成齿轮间隙，影响传动的精度，故为了消除间隙，采取调整中心距的方法，将轴承座孔加工成长槽型，两半圆中心距为1mm，这样就可以通过调整齿轮中心距来减小齿轮转配过程中产生的间隙；第一锥齿轮轴20位于空心齿轮轴15内部，且通过螺纹与十字万向节11相连；第一锥齿轮轴20的末端固定有第一锥齿轮22，通过万向节11带动第一锥齿轮轴20旋转，从而带动第一锥齿轮22的转动，第一锥齿轮22带动与之成90度角啮合的第二锥齿轮23转动，从而带动第二锥齿轮轴21转动；在第二锥齿轮轴21上通过平键连接有摆动架9，摆动架9随第二锥齿轮轴21的转动而转动。整个动力转向机构示意图如图3所示，通过利用空心齿轮轴15、第一锥齿轮22和第二锥齿轮23，巧妙的将驱动电机的旋转运动通过支撑机构传递下来，再通过动力转向机构，步进电机的旋转运动便转化为转动腔10和摆动架9的摆动，从而使整个机器人的自由度数为5。

所述动力驱动系统位于所述定位系统的顶端，包括：一个静平台1、三个电机固定板2、三个交流伺服电机及驱动器、三个谐波减速器以及两个步进电机及其驱动器，其中：静平台为1一个圆形厚平板，三个交流伺服电机分别与谐波减速器连接，并通过电机固定板2固定在静平台1下表面，互成120度；三个驱动臂的电机采用的均是交流伺服电机，相对于其他电机来说，交流伺服电机有较高的精度，可以实现位置，速度和力矩的闭环控制，克服了步进电机失步的问题；此外，高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转；适应性强，抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；稳定，低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象，适用于有高速响应要求的场合；及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内；减速器采用的是谐波减速器，比相当的普通减速器比较，其零件减少50％，体积和重量均减少1/3左右或更多，此外还具有传动比范围大、同时啮合的齿数多、传动的精度高，齿的承载能力大，进而实现大速比、小体积；而定向系统的转动和摆动不需要很精确的定位，因此采用价格相对便宜的步进电机；整个五自由度混联机器人的动力驱动都固定在静平台1上，从而减轻了机器人的操作重量，增加了末端负载重量。

本实施例中，所述静平台1为半径450mm、厚度10mm的铝合金板。

本实施例中，所述电机固定板2为L型铝板。

本发明所述的五自由度混联机器人充分综合了并联机器人以及串联机器人的优点，将并联机构作为定位系统，可以实现机器人末端精确定位的目的；串联机构作为定向系统，对末端操作实现微调，以串并联混联的方式，将机器人的自由度增加到5自由度，能够实现3个坐标轴的平动，以及绕Z轴的转动，还有操作末端的摆动，不仅是一次机构上的创新，更是扩大了工业应用的范围，具有适应性广、结构紧凑、定位精确、高速、重量轻等优点。

本发明具有结构简单、重量轻、运动空间大、易于操作等优点。不仅可用于轻工业中的装配、包装、搬运等，而且无累积误差，精度较高、结构紧凑，刚度高，承载能力大，根据这些特点，可用于需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域，具备广泛的实际应用价值。

以上对本发明的优选实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (14)

1.一种五自由度混联机器人，其特征在于，包括动力驱动系统、定位系统和定向系统，其中：

所述动力驱动系统，位于所述定位系统的顶端，用于为定位系统和定向系统提供动力驱动，同时设有静平台；

所述定位系统包括：

驱动臂机构，为由三个驱动臂构成的互成120度的空间对称结构，其中：驱动臂与动力驱动系统连接，且动力驱动系统带动驱动臂转动；

从动臂机构，为由三组平行四边形结构组成的空间对称机构，并以球铰链的形式连接到驱动臂机构和动平台机构；

动平台机构，包括一个动平台端盖和一个动平台，动平台端盖连接从动臂机构，动平台的空腔中设置有定向系统的动力转向机构；

所述定向系统包括：

支撑机构，包括三组换向子机构，三组换向子机构呈直线对称分布在静平台上和动平台之间，三组换向子机构将动力驱动系统的旋转扭矩传递到动力转向机构中；

动力转向机构，包括转动机构和摆动机构，转动机构和和摆动机构将支撑机构传递下来的旋转扭矩转换成定向系统的绕Z轴旋转、以及定向系统的摆动。

2.根据权利要求1所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述从动臂机构包括：从动臂接头、关节轴承和从动杆，其中：从动臂接头与驱动臂机构的驱动臂连接，从动臂接头与从动杆通过关节轴承连接，从动杆的两边分别通过金属接头连接关节轴承，然后从动杆和关节轴承整体的一端再与驱动臂机构的驱动臂连接、另一端与动平台机构的动平台端盖连接。

3.根据权利要求2所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述从动臂机构包括三组平行四边形，其中每组平行四边形即为一个平行四边形结构分支，一个平行四边形结构分支为两个从动杆、从动臂接头以及动平台机构的动平台端盖构成，而整个机器人总共有三个分支，空间120度对称分布，每组平行四边形机构的四个顶点均连接有四个关节轴承，上面一组关节轴承与驱动臂连接，下面一组关节轴承与动平台相连接。

4.根据权利要求1所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述转动机构包括空心齿轮轴、第一齿轮、第一转轴和转动腔；摆动机构包括第一锥齿轮轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮轴、第二锥齿轮以及摆动架；其中：动力转向机构中空心齿轮轴的末端与转动腔连接；第一齿轮固定在第一转轴上，与空心齿轮轴上的齿轮外啮合；第一锥齿轮连接在第一锥齿轮轴的末端，第二锥齿轮连接在第二锥齿轮轴的末端并与第一锥齿轮成90度啮合，在第二锥齿轮轴的另一端连接有摆动架，摆动架随第二锥齿轮轴的转动而转动。

5.根据权利要求4所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述动力转向机构中：第一转轴上的的转动带动第一齿轮转动，第一齿轮通过外啮合作用带动空心齿轮轴转动，从而使固定在空心齿轮轴末端的转动腔实现绕Z轴的任意角度的旋转；第一锥齿轮轴的转动带动第一锥齿轮转动，通过锥齿轮外啮合带动与第一锥齿轮互成90度的第二锥齿轮转动，从而带动第二锥齿轮轴转动，第二锥齿轮轴的转动则带动其末端的摆动架摆动；整个动力转向机构通过利用空心齿轮轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮，将支撑机构传递下来的旋转运动，转化成定向系统的转动，以及摆动架的摆动，从而使整个机器人的自由度为5。

6.根据权利要求4所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述定向系统进一步包括平衡机构，所述平衡机构包括第二转轴、第二齿轮，第二齿轮与第二转轴连接并与空心齿轮轴啮合，平衡机构与第一齿轮对称分布于空心齿轮轴的两端。

7.根据权利要求6所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述定位系统的动平台机构中动平台端盖的顶端分布有三个凸台，每个凸台的两个端面均设有内螺纹，用于与从动臂机构中的从动杆连接；动平台的正中间呈直线分布有3个通孔，用于第一转轴、第一锥齿轮轴、第二转轴的分布。

8.根据权利要求6所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述支撑机构中，每个所述换向子机构均包括两个万向节、一个空心滚珠花键轴、一个滚珠花键轴套和套杆；其中：万向节为十字万向节且成对设置，在成对的两个万向节中，其中靠近静平台的万向节一端连接在空心滚珠花键轴的端部，另一端与动力驱动系统相连；靠近动平台的万向节一端通过螺纹连接在滚珠花键轴套端部的套杆上，三个靠近动平台的万向节的另一端从左到右分别连接在动力转向机构中的第一转轴、第一锥齿轮轴以及平衡机构中的第二转轴。

9.根据权利要求8所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述定向系统中的支撑机构采用的是双十字万向节，其中一个万向节与空心滚珠花键轴连接，另一个万向节与支撑机构中的套杆连接。

10.根据权利要求8所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述定向系统中支撑机构的三组换向子机构呈直线分布，且左右对称，其中：与第一转轴和第一锥齿轮轴连接的换向子机构有驱动传递功能，另一个与第二转轴连接的换向子机构只起支撑作用。

11.根据权利要求8所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述支撑机构中：动力驱动系统旋转扭矩带动与之连接的万向节即靠近静平台的万向节旋转，从而带动滚珠花键轴、套杆旋转，最终带动靠近动平台的空心滚珠花键轴端的万向节转动，从而将动力驱动系统的旋转传递到与万向节连接的第一转轴、第一锥齿轮轴、第二转轴转动，从而带动三个轴转动。

12.根据权利要求2或3所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述定位系统的从动臂机构中关节轴承采用L型球头杆端关节轴承，L型球头杆端关节轴承的一边为螺纹并通过螺栓连接固定在从动臂接头的末端，另一边为内螺纹并通过一个金属接头与从动杆连接；该金属接头一端为外螺纹与关节轴承的螺纹端连接、一端为光杆与从动杆紧连接并用强力胶粘合。

13.根据权利要求4-11任一项所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述动力驱动系统包括用于驱动定位系统中驱动臂的三个交流伺服电机，驱动定向系统中第一转轴、第一锥齿轮轴的步进电机，以及一个固定上述电机的圆形静平台，三个交流伺服电机固定在静平台下表面，互成120度。

14.根据权利要求2-11任一项所述的一种五自由度混联机器人，其特征在于，所述定位系统的驱动臂机构中的驱动臂采用碳纤维管，从动臂机构中从动杆采用碳纤维管。