CN105690374B - 一种含丝传动的三自由度同轴输出机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含丝传动的三自由度同轴输出机构，包括竖直设置的中心传动轴，中心传动轴由水平设置的基座支承，中心传动轴由第一电机驱动；在中心传动轴上从上至下依次安装有第一主动臂、随动架、第二中空轴和第二主动臂；第一主动臂固装于中心传动轴的顶部；随动架转动安装于第二中空轴上，第二中空轴固装有第二中空轴驱动轮，并通过丝线实现对固装于动平台转轴上的随动轮之间的驱动，第二主动臂固装在第三中空轴上，第三中空轴转动连接在中心传动轴上，第二中空轴和第三中空轴分别与第二电机和第三电机通过齿轮传动连接。本发明运动部分转动惯量相对较小，具有高速和高加速度能力。

Description

一种含丝传动的三自由度同轴输出机构

技术领域

本发明涉及一种机器人机构，特别是涉及一种含丝传动可实现整周回转的高速并联机器人机构。

背景技术

为满足快速多变的市场需求，提高产品生产率，全球轻工业领域都在积极探索和研制各种新型机械手装备。特别对于电子、食品、医药等行业的高速重复性操作(抓取、分拣、包装等)的应用场合，迫切需要相应的高速机械手以取代高强度的人工操作。目前国内外对于该类型的机械手研究越来越广泛，专利文献US4392776、EP0169473以及CN1779936等均涉及了一种三或四自由度的SCARA机械手，此类机器人虽然可实现在平面内的整周回转，但机构本身采用开环结构，在高速和高加速度的工况下其动力学特性受到一定的限制。专利文献CN101973030提出了一种可实现整周回转的并联机构，但由于其第三近架杆的转动直接依靠安装在转体上的电机和减速器驱动，极大地增加了运动部件的质量，同样不能够满足高速和高加速度工况下的需求。

近年来丝传动的方式被越来越多地运用于机器人设计当中，丝传动的传动精度高、重量轻，有力弥补了传统机器人运动部件惯性大的缺点。

因此，针对以上问题，需要结合丝传动的方式对现有整周回转机构进行合理的设计。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种含丝传动的三自由度同轴输出机构，该机构运动部分转动惯量相对较小，具有高速和高加速度能力。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种含丝传动的三自由度同轴输出机构，包括竖直设置的中心传动轴，所述中心传动轴由水平设置的基座支承，所述中心传动轴由第一减速器传动，所述第一减速器安装在所述基座上，所述第一减速器由第一电机驱动；在所述中心传动轴上从上至下依次安装有第一主动臂、随动架、第二中空轴和第二主动臂；所述第一主动臂固定在所述中心传动轴的顶部；所述第二中空轴转动连接在所述中心传动轴上，在所述第二中空轴上固装有第一大齿轮，所述第一大齿轮与第一小齿轮啮合，所述第一小齿轮由第二减速器传动，所述第二减速器安装在所述基座上，所述第二减速器由第二电机驱动；在所述第二中空轴上固装有第二中空轴驱动轮，所述第二中空轴驱动轮通过丝线传动随动轮，所述随动轮固装在动平台转轴上，所述动平台转轴与所述中心传动轴平行设置，在所述动平台转轴上固接有与其垂直的动平台基座；

所述第二主动臂固装在第三中空轴上，所述第三中空轴转动连接在所述中心传动轴上，在所述第三中空轴上固装有第二大齿轮，所述第二大齿轮与第二小齿轮啮合，所述第二小齿轮由第三减速器传动，所述第三减速器安装在所述基座上，所述第三减速器由第三电机驱动；所述随动架空套在所述中心传动轴上，所述随动架的底部由套杯支承，二者形成转动连接，所述套杯固定在所述第二中空轴；所述套杯位于所述第二中空轴驱动轮的上方；在所述随动架上设有水平外伸段，在所述水平外伸段上固定有与随动架转体部分轴线垂直的直线导轨，在所述直线导轨上安装有随动滑块，在所述随动滑块和随动架转体部分的两侧均设有一储丝结构，两个所述储丝结构相互平行，每个所述储丝结构由从上至下依次设置的k个储丝滑轮组形成，k为整数，且k＞1；所述丝线绕过所述储丝滑轮组；所述第一主动臂远离中心传动轴的端部通过第一从动臂支链与所述动平台基座的一侧连接，所述动平台基座的另一侧通过第二从动臂支链与所述第二主动臂远离中心传动轴的端部铰接，所述第二从动臂支链通过铰链轴Ⅱ与所述动平台基座连接；在所述第一主动臂远离中心传动轴的端部设有与其转动连接的约束脚架，所述约束脚架设有相互垂直的连接端Ⅰ和连接端Ⅱ；所述第一主动臂设有与其平行的主动臂平行杆，所述主动臂平行杆远离中心传动轴的端部与所述约束脚架的连接端Ⅰ铰接，所述主动臂平行杆靠近中心传动轴的端部与随动架转体部分铰接；所述第一从动臂支链设有第一从动臂杆和与其平行的从动臂平行杆，所述从动臂平行杆位于所述第一从动臂杆的外侧，一端与所述约束脚架的连接端Ⅱ铰接，另一端与所述动平台基座铰接；所述第一从动臂杆的一端与所述第一主动臂铰接，另一端通过铰链轴Ⅰ与所述动平台基座铰接；所述第二主动臂转体部分的上端面、所述随动滑块的下端面和所述随动架伸出段的下端面通过与它们对应铰接的第一副杆、第二副杆和第三副杆连接在一起；所述第二主动臂转体部分的上端面通过第二主动臂定位销与所述第一副杆铰接；所述随动架伸出段的上端面、所述随动滑块的上端面和所述第一主动臂转体部分的下端面通过与它们对应铰接的第四副杆、第五副杆和第六副杆连接在一起；所述第一主动臂转体部分的下端面通过第一主动臂定位销与所述第六副杆铰接；所述第四副杆通过水平外伸段连接轴与所述随动架伸出段的上端面铰接；在所述随动滑块的上端面上固定有上转轴，在所述随动滑块的下端面上固定有下转轴，所述第五副杆通过所述上转轴与所述随动滑块铰接，所述第二副杆通过所述下转轴与所述随动滑块铰接；所述第一主动臂和所述第二主动臂长度相等，所述第一从动臂支链和所述第二从动臂支链长度相等；所述主动臂平行杆与所述第一主动臂长度相等，所述随动架、所述第一主动臂、所述主动臂平行杆和所述约束角架构成平行四边形机构；所述从动臂平行杆和所述第一从动臂支链长度相等，所述约束角架、所述从动臂平行杆、所述第一从动臂支链和所述动平台基座构成平行四边形机构；所述第三副杆的长度与所述第二主动臂定位销轴线到第三中空轴轴线距离b相等，第四副杆长度与第一主动臂定位销轴线到中心传动轴轴线距离b相等，所述第一副杆长度与所述随动架自身旋转轴线到其水平外伸段连接轴轴线距离a相等，第六副杆长度与随动架自身旋转轴线到其伸长端连接轴轴线距离a相等；所述第二从动臂支链的长度与所述第二副杆的长度之比、所述第一从动臂支链的长度与所述第五副杆的长度之比、所述第二主动臂的长度与所述第三副杆的长度之比、所述第一主动臂的长度与所述第四副杆的长度之比、铰链轴Ⅰ与铰链轴Ⅱ轴线距离m与位于所述随动滑块上的所述上转轴和所述下转轴轴线的距离n之比均为k，k为整数，且k＞1。

所述第一从动臂杆有上下平行设置的两根，两根所述第一从动臂杆通过第一从动臂约束架连接在一起；所述第二从动臂杆有上下平行设置的两根，两根所述第二从动臂杆通过第二从动臂约束架连接在一起。

所述直线导轨有相互平行的三根，所述随动滑块装配在位于中间的所述直线导轨上，在位于两边的所述直线导轨上分别转配有一直线导轨滑块，所述直线导轨滑块与所述随动滑块固接在一起。

本发明具有的优点和积极效果是：第一主动臂和第二主动臂可实现整周回转，动平台可实现平面内的二维运动，通过第二中空轴驱动轮的驱动、丝线及随动轮的传动，动平台转轴可实现绕垂直于动平台运动平面的自身轴线的转动，丝线长度固定，在机构运动过程中，因主动臂旋转轴线到动平台转轴轴线距离的变化而引起的丝线分布变化可通过丝传动机构进行调整。本发明能够满足一般的运动需求，运动部分转动惯量相对较小，具有高速和高加速度能力，运动学和动力学性能具有轴对称性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图之一；

图2为本发明的结构示意图之二；

图3为本发明的同轴传动部分剖视图；

图4为本发明的丝传动部分结构示意图；

图5为本发明的动平台结构示意图；

图6为本发明的机构原理图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图6，一种含丝传动的三自由度同轴输出机构，包括竖直设置的中心传动轴36，所述中心传动轴36由水平设置的基座7支承，所述中心传动轴36由第一减速器8传动，所述第一减速器8安装在所述基座7上，所述第一减速器8由第一电机9驱动。

在所述中心传动轴36上从上至下依次安装有第一主动臂23、随动架49、第二中空轴39和第二主动臂19。

所述第一主动臂23固定在所述中心传动轴36的顶部，所述第二中空轴39转动连接在所述中心传动轴36上，在所述第二中空轴39上固装有第一大齿轮17，所述第一大齿轮17与第一小齿轮14啮合，所述第一小齿轮14由第二减速器10传动，所述第二减速器10安装在所述基座7上，所述第二减速器10由第二电机11驱动；在所述第二中空轴39上固装有第二中空轴驱动轮44，所述第二中空轴驱动轮44通过丝线62传动随动轮68，所述随动轮68固装在动平台转轴66上，所述动平台转轴66与所述中心传动轴36平行设置，在所述动平台转轴66上固接有与其垂直的动平台基座63。

所述第二主动臂19固装在第三中空轴42上，所述第三中空轴42转动连接在所述中心传动轴36上，在所述第三中空轴42上固装有第二大齿轮18，所述第二大齿轮18与第二小齿轮16啮合，所述第二小齿轮16由第三减速器12传动，所述第三减速器12安装在所述基座7上，所述第三减速器12由第三电机13驱动。

所述随动架49空套在所述中心传动轴36上，所述随动架49的底部由套杯46支承，二者形成转动连接，所述套杯46固定在所述第二中空轴39；所述套杯46位于所述第二中空轴驱动轮44的上方；在所述随动架49上设有水平外伸段，在所述水平外伸段上固定有与随动架转体部分轴线垂直的直线导轨51，在所述直线导轨51上安装有随动滑块53，在所述随动滑块53和随动架转体部分的两侧均设有一储丝结构，两个所述储丝结构相互平行，每个所述储丝结构由从上至下依次设置的k个储丝滑轮组形成，k为整数，且k＞1；所述丝线62绕过所述储丝滑轮组。

所述第一主动臂23远离中心传动轴的端部通过第一从动臂支链与所述动平台基座63的一侧连接，所述动平台基座63的另一侧通过第二从动臂支链与所述第二主动臂19远离中心传动轴的端部铰接，所述第二从动臂支链通过铰链轴Ⅱ与所述动平台基座63连接。

在所述第一主动臂23远离中心传动轴的端部设有与其转动连接的约束脚架27，所述约束脚架27设有相互垂直的连接端Ⅰ和连接端Ⅱ；所述第一主动臂23设有与其平行的主动臂平行杆25，所述主动臂平行杆25远离中心传动轴的端部与所述约束脚架27的连接端Ⅰ铰接，所述主动臂平行杆25靠近中心传动轴的端部与随动架转体部分铰接。

所述第一从动臂支链设有第一从动臂杆31和与其平行的从动臂平行杆30，所述从动臂平行杆30位于所述第一从动臂杆31的外侧，一端与所述约束脚架27的连接端Ⅱ铰接，另一端与所述动平台基座63铰接；所述第一从动臂杆31的一端与所述第一主动臂23铰接，另一端通过铰链轴Ⅰ与所述动平台基座63铰接。

所述第二主动臂19转体部分的上端面、所述随动滑块53的下端面和所述随动架伸出段的下端面通过与它们对应铰接的第一副杆54、第二副杆55和第三副杆56连接在一起；所述第二主动臂19转体部分的上端面通过第二主动臂定位销43与所述第一副杆54铰接。

所述随动架伸出段的上端面、所述随动滑块53的上端面和所述第一主动臂23转体部分的下端面通过与它们对应铰接的第四副杆58、第五副杆59和第六副杆60连接在一起；所述第一主动臂23转体部分的下端面通过第一主动臂定位销48与所述第六副杆60铰接；所述第四副杆58通过水平外伸段连接轴与所述随动架伸出段的上端面铰接。

在所述随动滑块53的上端面上固定有上转轴，在所述随动滑块53的下端面上固定有下转轴，所述第五副杆59通过所述上转轴与所述随动滑块53铰接，所述第二副杆55通过所述下转轴与所述随动滑块53铰接。

所述第一主动臂23和所述第二主动臂19长度相等，所述第一从动臂支链和所述第二从动臂支链长度相等；所述主动臂平行杆25与所述第一主动臂23长度相等，所述随动架49、所述第一主动臂23、所述主动臂平行杆25和所述约束角架27构成平行四边形机构；所述从动臂平行杆30和所述第一从动臂支链长度相等，所述约束角架27、所述从动臂平行杆30、所述第一从动臂支链和所述动平台基座63构成平行四边形机构。

所述第三副杆56的长度与所述第二主动臂定位销43轴线到第三中空轴42轴线距离b₂相等，第四副杆58长度与第一主动臂定位销48轴线到中心传动轴36轴线距离b₁相等，所述第一副杆54长度与所述随动架49自身旋转轴线到其水平外伸段连接轴轴线距离a相等，第六副杆60长度与随动架49自身旋转轴线到其伸长端连接轴轴线距离a相等。

所述第二从动臂支链的长度与所述第二副杆55的长度之比、所述第一从动臂支链的长度与所述第五副杆59的长度之比、所述第二主动臂19的长度与所述第三副杆56的长度之比、所述第一主动臂23的长度与所述第四副杆58的长度之比、铰链轴Ⅰ与铰链轴Ⅱ轴线距离m与位于所述随动滑块53上的所述上转轴和所述下转轴轴线的距离n之比均为k，k为整数，且k＞1。

在本实施例中，所述第一从动臂杆31有上下平行设置的两根，两根所述第一从动臂杆31通过第一从动臂约束架32连接在一起；所述第二从动臂杆21有上下平行设置的两根，两根所述第二从动臂杆21通过第二从动臂约束架22连接在一起。所述直线导轨51有相互平行的三根，所述随动滑块53装配在位于中间的所述直线导轨上，在位于两边的所述直线导轨上分别转配有一直线导轨滑块52，所述直线导轨滑块52与所述随动滑块53固接在一起。

现结合图1～图6对上述机构的结构进行详细说明：

一种含丝传动的三自由度同轴输出机构包括驱动部分1、同轴传动部分2、丝传动部分3、第一从动臂支链4、第二从动臂支链5和动平台部分6。如图2～3所示，驱动部分1包括基座7、第一减速器8、第一电机9、第二减速器10、第二电机11、第三减速器12、第三电机13、第一小齿轮14、连接轴15、第二小齿轮16、第一大齿轮17和第二大齿轮18，第一减速器8输入端与第一电机9输出轴固定连接，第一减速器8安装在基座7上，第二减速器10输入端与第二电机11输出轴固定连接，第二减速器10安装在基座7上。第三减速器12输入端与第三电机13输出轴固定连接，第三减速器12安装在基座7上。第二减速器10输出轴与第一小齿轮14固定连接，第三减速器12的输出轴与连接轴15下端同轴固定连接，连接轴15的上端与第二小齿轮16固定连接，第一大齿轮17固装在第二中空轴39的下端，第一大齿轮17下端面与第二中空轴39下端轴肩端面重合，第二大齿轮18固装在第三中空轴42的下端，第二大齿轮18下端面与第三中空轴42下端轴肩端面重合，第一小齿轮14与第一大齿轮17按照一定的中心距及传动比配合安装，第二小齿轮16与第二大齿轮18按照一定的中心距及传动比配合安装。

如图3所示，同轴传动部分2包括第二主动臂19、第一主动臂23、锁紧环34a、锁紧环34b、抱箍35、中心传动轴36、基座轴承37a、基座轴承37b、加强轴38、第二中空轴39、第二中空轴底部轴承40a、第二中空轴底部轴承40b、第三中空轴轴承41a、第三中空轴轴承41b、第三中空轴42、第二主动臂定位销43、第二中空轴驱动轮44、第二中空轴顶部轴承45a、第二中空轴顶部轴承45b、套杯46、套杯轴承47和第一主动臂定位销48，抱箍35下端与第一减速器8输出轴通过锁紧环34a锁紧连接，抱箍35上端与中心传动轴36底部轴端通过锁紧环34b锁紧连接，基座轴承37a和基座轴承37b并列安装于基座7的轴承孔内，加强轴38与中心传动轴36同轴安装，其下端安装于基座轴承37a和基座轴承37b的轴承内孔中并通过轴肩端面定位，第二中空轴39与中心传动轴36同轴安装，其底部与加强轴38固定连接，第二中空轴底部轴承40a和第二中空轴底部轴承40b并列安装于第二中空轴39的底部轴承孔内，第三中空轴42与第二中空轴39同轴安装，第三中空轴轴承41a安装于第三中空轴42底部轴承孔内，其轴承内圈下端面与第二中空轴39轴肩端面重合，第三中空轴轴承41b安装于第三中空轴42顶部轴承孔内，第二主动臂19与第三中空轴42固定连接，第二主动臂定位销43固定连接于第二主动臂19转体部分上端面且与第二主动臂19臂长方向成180°对称安装，第二中空轴驱动轮44同轴固定安装于第二中空轴39顶部，第二中空轴顶部轴承45a和第二中空轴顶部轴承45b并列安装于第二中空轴39顶部的轴承孔内，套杯46同轴固定安装于第二中空轴39顶部，套杯轴承47安装于套杯46上并通过轴肩端面定位，第一主动臂23与中心传动轴36顶部固定连接，第一主动臂定位销48固定连接于第一主动臂23转体部分下端面且与第一主动臂23臂长方向成180°对称安装。

如图3～4所示，丝传动部分4包括随动架49、滑轮50、直线导轨51、直线导轨滑块52、随动滑块53、第一副杆54、第二副杆55、第三副杆56、第一副杆转轴57、第四副杆58、第五副杆59、第六副杆60、第二副杆转轴61和丝线62，随动架49转体部分与套杯46同轴安装，其底部轴承孔与套杯轴承47配合安装，滑轮50对称安装于随动架49和随动滑块53两侧，直线导轨51固定安装于随动架49的水平外伸段，直线导轨滑块52安装于直线导轨51上，随动滑块53与直线导轨滑块52固定连接，第一副杆54的一端与第二主动臂定位销43连接，其另一端与第一副杆转轴57连接，第二副杆55的一端与随动滑块53底部的转轴连接，其另一端与第一副杆转轴57连接，第三副杆56的一端与随动架49伸出端底部转轴连接，其另一端与第一副杆转轴57连接，第四副杆58的一端与随动架49伸出端顶部转轴连接，其另一端与第二副杆转轴61连接，随动架49伸出端顶部转轴与底部转轴同轴心，第五副杆59的一端与随动滑块53顶部转轴连接，其另一端与第二副杆转轴61连接，第六副杆60的一端与第一主动臂定位销48连接，其另一端与第二副杆转轴61连接，丝线62依次绕过对称安装于随动架49和随动滑块53两侧的滑轮50以及第二中空轴驱动轮44。

如图1～2所示，第一从动臂支链4主要包括主动臂平行杆第一转轴24、主动臂平行杆25、主动臂平行杆第二转轴26、约束角架27、第一主动臂转轴28、从动臂平行杆第一转轴29、从动臂平行杆30、第一从动臂杆31、第一从动臂约束架32和从动臂平行杆第二转轴33，主动臂平行杆25的一端与安装于随动架49后端的主动臂平行杆第一转轴24连接，主动臂平行杆25的另一端与安装于约束脚架27上的主动臂平行杆第二转轴26连接，从动臂平行杆30的一端与安装于约束脚架27上的从动臂平行杆第一转轴29连接，从动臂平行杆30的另一端与安装于动平台基座63上的从动臂平行杆第二转轴33连接，约束脚架27通过第一主动臂转轴28与第一主动臂23连接，约束脚架27的两个连接端成平面90°垂直设计，第一从动臂杆31对称安装于第一从动臂约束架32两侧，第一从动臂杆31的一端与第一主动臂转轴28连接，其另一端与动平台基座63一侧的铰链轴Ⅰ连接。

如图1～2所示，第二从动臂支链5主要包括第二主动臂转轴20、第二从动臂杆21和第二从动臂约束架22，第二从动臂杆21对称安装于第二从动臂约束架22两侧，第二从动臂杆21的一端与第二主动臂转轴20连接，其另一端与动平台基座63一侧的铰链轴Ⅱ连接。

如图5所示，动平台部分6主要包括动平台基座63、轴承端盖64、动平台轴承65、动平台转轴66、动平台滑轮67和随动轮68，轴承端盖64分别安装于动平台基座63上下轴承孔两侧，动平台轴承65分别安装于动平台基座63上下两侧的轴承孔内，动平台转轴66两端分别安装于动平台轴承65的轴承内孔中，动平台滑轮67分别安装于动平台基座63的滑轮转轴上，随动轮68与动平台转轴66的一端同轴固定连接，且动平台滑轮67与随动轮68的中心平面重合，丝线62依次绕过动平台滑轮67和随动轮68。

如图1～2所示，第一主动臂23和第二主动臂19长度相等，第一从动臂杆31和第二从动臂杆21长度相等；主动臂平行杆25与第一主动臂23长度相等，随动架49后端与第一主动臂23、主动臂平行杆25和约束角架27构成平行四边形机构；从动臂平行杆30与第一从动臂杆31长度相等，约束角架27与从动臂平行杆30、第一从动臂杆31和动平台基座63伸出端构成平行四边形机构。

如图1～4所示，第三副杆56长度与第二主动臂定位销43轴线到第三中空轴42轴线距离b2相等，第四副杆58长度与第一主动臂定位销48轴线到中心传动轴36轴线距离b1相等，第一副杆54长度与随动架49自身旋转轴线到其伸长端连接轴轴线距离a相等，第六副杆60长度与随动架49自身旋转轴线到其水平外伸段连接轴轴线距离a相等。

如图1～2和图4～5所示，第二从动臂杆21长度与第二副杆55长度之比、第一从动臂杆31长度与第五副杆59长度之比、第二主动臂19长度与第三副杆56长度之比、第一主动臂23长度与第四副杆58长度之比、动平台上与从动臂连接的两铰链轴轴线距离m与随动滑块53上下转轴轴线距离n之比均为k(k为整数，且k＞1)。

本发明的工作原理：

如图1～3所示，通过第一电机9的驱动，经过第一减速器8和中心传动轴36的传动，可实现第一主动臂23绕z轴整周回转，通过第三电机13的驱动，经过第三减速器12、连接轴15、第二小齿轮16、第二大齿轮18和第三中空轴42的传动，可实现第二主动臂19绕z轴整周回转，通过第一从动臂支链4和第二从动臂支链5的传动，可实现动平台基座63在垂直z轴平面内的二维运动。

本发明可以简化为如图6所示的原理机构，随着第一主动臂23和第二主动臂19的同轴转动，通过随动架49、第一主动臂23、主动臂平行杆25和约束脚架27以及从动臂平行杆30、第一从动臂杆31和动平台基座63伸出端所组成的两个平行四边形约束机构，使得动平台始终垂直于第一主动臂23和第二主动臂19的角平分线。

如图6所示，随着第一主动臂23和第二主动臂19的同轴转动，各副杆和随动滑块53将跟随两个主动臂进行平面运动，随动架49伸出端方向将始终沿着第一主动臂23和第二主动臂19的角平分线。

如图6所示，当第一主动臂23和第二主动臂19从初始位置开始进行旋转运动后，动平台基座63中心点由c₁点运动到c₂点，随动滑块53中心点由d₁点运动到d₂点，主动臂旋转轴线到动平台基座63中心点垂直距离由H增加至H+ΔH，随动架49前端连接轴轴线到随动滑块53中心点垂直距离由h增加至h+Δh，且ΔH＝k×Δh，其中k为主、从动臂与各对应副杆长度的比值；

如图4和图6所示，就一侧而言，每一个安装于随动架49上的滑轮和相应安装于随动滑块53上的滑轮构成一个滑轮组，共计k组(其余安装于随动架49上的滑轮仅用于缠绕丝线62)，当主动臂旋转轴线到动平台基座63中心点垂直距离增加ΔH时，此时随动架49前端连接轴轴线到随动滑块53中心点垂直距离增加Δh，相应的从主动臂旋转轴线到动平台基座63中心点之间的丝线长度增加ΔH，而安装于随动架上的一个滑轮组之间的丝线距离减少Δh，共计减少k×Δh，且k×Δh＝ΔH，故丝线62可保持总长固定不变。

如图2～5所示，通过第二电机11的驱动，经过第一小齿轮14、第一大齿轮17、第二中空轴39、第二中空轴驱动轮44、丝线62和随动轮68的传动，以实现动平台转轴66绕自身轴线的旋转运动。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种含丝传动的三自由度同轴输出机构，其特征在于，包括竖直设置的中心传动轴，所述中心传动轴由水平设置的基座支承，所述中心传动轴由第一减速器传动，所述第一减速器安装在所述基座上，所述第一减速器由第一电机驱动；

在所述中心传动轴上从上至下依次安装有第一主动臂、随动架、第二中空轴和第二主动臂；

所述第一主动臂固定在所述中心传动轴的顶部；

所述第二中空轴转动连接在所述中心传动轴上，在所述第二中空轴上固装有第一大齿轮，所述第一大齿轮与第一小齿轮啮合，所述第一小齿轮由第二减速器传动，所述第二减速器安装在所述基座上，所述第二减速器由第二电机驱动；在所述第二中空轴上固装有第二中空轴驱动轮，所述第二中空轴驱动轮通过丝线传动随动轮，所述随动轮固装在动平台转轴上，所述动平台转轴与所述中心传动轴平行设置，在所述动平台转轴上固接有与其垂直的动平台基座；

所述第二主动臂固装在第三中空轴上，所述第三中空轴转动连接在所述中心传动轴上，在所述第三中空轴上固装有第二大齿轮，所述第二大齿轮与第二小齿轮啮合，所述第二小齿轮由第三减速器传动，所述第三减速器安装在所述基座上，所述第三减速器由第三电机驱动；

所述随动架空套在所述中心传动轴上，所述随动架的底部由套杯支承，二者形成转动连接，所述套杯固定在所述第二中空轴；

所述套杯位于所述第二中空轴驱动轮的上方；

在所述随动架上设有水平外伸段，在所述水平外伸段上固定有与随动架转体部分轴线垂直的直线导轨，在所述直线导轨上安装有随动滑块，在所述随动滑块和随动架转体部分的两侧均设有一储丝结构，两个所述储丝结构相互平行，每个所述储丝结构由从上至下依次设置的k个储丝滑轮组形成，k为整数，且k＞1；

所述丝线绕过所述储丝滑轮组；

所述第一主动臂远离中心传动轴的端部通过第一从动臂支链与所述动平台基座的一侧连接，所述动平台基座的另一侧通过第二从动臂支链与所述第二主动臂远离中心传动轴的端部铰接，所述第二从动臂支链通过铰链轴Ⅱ与所述动平台基座连接；

在所述第一主动臂远离中心传动轴的端部设有与其转动连接的约束脚架，所述约束脚架设有相互垂直的连接端Ⅰ和连接端Ⅱ；所述第一主动臂设有与其平行的主动臂平行杆，所述主动臂平行杆远离中心传动轴的端部与所述约束脚架的连接端Ⅰ铰接，所述主动臂平行杆靠近中心传动轴的端部与随动架转体部分铰接；

所述第一从动臂支链设有第一从动臂杆和与其平行的从动臂平行杆，所述从动臂平行杆位于所述第一从动臂杆的外侧，一端与所述约束脚架的连接端Ⅱ铰接，另一端与所述动平台基座铰接；所述第一从动臂杆的一端与所述第一主动臂铰接，另一端通过铰链轴Ⅰ与所述动平台基座铰接；

所述第二主动臂转体部分的上端面、所述随动滑块的下端面和所述随动架伸出段的下端面通过与它们对应铰接的第一副杆、第二副杆和第三副杆连接在一起；所述第二主动臂转体部分的上端面通过第二主动臂定位销与所述第一副杆铰接；

所述随动架伸出段的上端面、所述随动滑块的上端面和所述第一主动臂转体部分的下端面通过与它们对应铰接的第四副杆、第五副杆和第六副杆连接在一起；所述第一主动臂转体部分的下端面通过第一主动臂定位销与所述第六副杆铰接；所述第四副杆通过水平外伸段连接轴与所述随动架伸出段的上端面铰接；

在所述随动滑块的上端面上固定有上转轴，在所述随动滑块的下端面上固定有下转轴，所述第五副杆通过所述上转轴与所述随动滑块铰接，所述第二副杆通过所述下转轴与所述随动滑块铰接；

所述第一主动臂和所述第二主动臂长度相等，所述第一从动臂支链和所述第二从动臂支链长度相等；所述主动臂平行杆与所述第一主动臂长度相等，所述随动架、所述第一主动臂、所述主动臂平行杆和约束角架构成平行四边形机构；所述从动臂平行杆和所述第一从动臂支链长度相等，所述约束角架、所述从动臂平行杆、所述第一从动臂支链和所述动平台基座构成平行四边形机构；

所述第三副杆的长度与所述第二主动臂定位销轴线到第三中空轴轴线距离b相等，第四副杆长度与第一主动臂定位销轴线到中心传动轴轴线距离b相等，所述第一副杆长度与所述随动架自身旋转轴线到其水平外伸段连接轴轴线距离a相等，第六副杆长度与随动架自身旋转轴线到其伸长端连接轴轴线距离a相等；

所述第二从动臂支链的长度与所述第二副杆的长度之比、所述第一从动臂支链的长度与所述第五副杆的长度之比、所述第二主动臂的长度与所述第三副杆的长度之比、所述第一主动臂的长度与所述第四副杆的长度之比、铰链轴Ⅰ与铰链轴Ⅱ轴线距离m与位于所述随动滑块上的所述上转轴和所述下转轴轴线的距离n之比均为k，k为整数，且k＞1。

2.根据权利要求1所述的含丝传动的三自由度同轴输出机构，其特征在于，所述第一从动臂杆有上下平行设置的两根，两根所述第一从动臂杆通过第一从动臂约束架连接在一起；所述第二从动臂支链设有上下平行设置的两根第二从动臂杆，两根所述第二从动臂杆通过第二从动臂约束架连接在一起。

3.根据权利要求1所述的含丝传动的三自由度同轴输出机构，其特征在于，所述直线导轨有相互平行的三根，所述随动滑块装配在位于中间的所述直线导轨上，在位于两边的所述直线导轨上分别转配有一直线导轨滑块，所述直线导轨滑块与所述随动滑块固接在一起。