一種具有嵌套結構的四自由度並聯機械手的製作方法

2023-10-20 04:02:57

一種具有嵌套結構的四自由度並聯機械手的製作方法
【專利說明】
[0001]技術領域本發明屬於機器人領域，特別涉及一種機械手。
[0002]【背景技術】具有三個轉動自由度和一個移動自由度的機械手在機械工業領域具有廣泛的應用。
[0003]傳統的機械手一般都是串聯結構，其末端執行器姿態靈活，但因懸臂結構使承載能力相對較弱，且其驅動裝置通常都要布置在關節處，影響了機構的運動學和動力學特性。而在實際的生產過程中，要求機械手在工作時具有較高的精度、速度和加速度性能。並聯機構無累積誤差，且驅動裝置可置於定平臺上或接近定平臺的位置，理論上具有速度快、精度高、剛度大等優勢。
[0004]目前，已有一些學者設計出具有三轉一移自由度的並聯機構，如中國專利公開號為CNl05108734A的一種三轉一移完全各向同性並聯機器人機構，中國專利公開號為CN103383827B的一種三轉一移四自由度重載靜平衡並聯運動模擬臺機構，但上述機構均不能實現整周迴轉。為充分發揮並聯機構的優勢，同時又可以實現抓取、放置和迴轉等動作，需設計一種新型的機器人。
[0005]
【發明內容】
本發明的目的在於提供一種運動部分重量輕、速度高、動態性能好，沒有累積誤差、運動精度較高、可以實現末端手爪整周迴轉的具有嵌套結構的四自由度並聯機械手。
[0006]本發明包括兩個結構相同的內並聯機構和外並聯機構，所述兩個並聯機構均由下平臺、上平臺和連接這兩個平臺的三條結構完全相同的活動分支構成，外並聯機構套在內並聯機構之外，上述內外兩個並聯機構的下平臺相互平行;上述每個活動分支中的下連杆的一端通過下轉動副與下平臺連接，該下連杆的另一端通過球副與上連杆的一端連接，該上連杆的另一端通過上轉動副與上平臺連接，上述內外兩個並聯機構的上平臺相互平行；上述每個分支中的下轉動副、上轉動副分別與其所連接的下平臺、上平臺水平布置或傾斜布置，當傾斜布置時傾斜角度相等;末端手爪連杆和下平臺連杆有以下三種連接方式。
[0007]第一種連接方式，末端手爪連杆與內並聯機構上平臺固定連接，該末端手爪連杆通過轉動副與外並聯機構上平臺連接;下平臺連杆與內並聯機構下平臺固定連接，該下平臺連杆通過轉動副與外並聯機構下平臺連接。
[0008]第二種連接方式，末端手爪連杆與內並聯機構上平臺固定連接，該末端手爪連杆通過轉動副與外並聯機構上平臺連接;下平臺連杆與外並聯機構下平臺固定連接，該下平臺連杆通過轉動副與內並聯機構下平臺連接。
[0009]第三種連接方式，末端手爪連杆通過轉動副與內並聯機構上平臺連接，該末端手爪連杆與外並聯機構上平臺固定連接;下平臺連杆與內並聯機構下平臺固定連接，該下平臺連杆通過轉動副與外並聯機構下平臺連接。
[0010]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0011]1、驅動裝置可以布置在接近機架的位置，運動部分重量輕、速度高、動態性能好，沒有累積誤差、運動精度較高；
[0012]2、末端機械手具有較大的運動範圍，且可以實現不受限制的整周迴轉，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
:
[0013]圖1是本發明實施例1的立體示意圖。
[0014]圖2是本發明實施例2的立體示意圖。
[0015]圖3是本發明實施例3的立體示意圖。
[0016]圖4是本發明實施例4的立體示意圖。
[0017]圖5是本發明實施例5的立體示意圖。
[0018]圖6是本發明實施例6的立體示意圖。
【具體實施方式】
:
[0019]實施例1
[0020]在圖1所示的具有嵌套結構的四自由度並聯機械手立體示意圖中，兩個結構相同的內並聯機構和外並聯機構均由上、下平臺和連接這兩個平臺的三條結構完全相同的活動分支構成，外並聯機構套在內並聯機構之外，上述內、外兩個並聯機構的下平臺相互平行，下平臺連杆5與內並聯機構下平臺6固定連接，該下平臺連杆5通過轉動副R5與外並聯機構下平臺I連接;外並聯機構的每一個活動分支中的下連杆2的一端通過下轉動副Rl與外並聯機構下平臺連接，該下連杆2的另一端通過球副SI與上連杆3的一端連接，該上連杆3的另一端通過上轉動副R2與外並聯機構上平臺4連接，上述下轉動副Rl與外並聯機構下平臺I平行布置，上轉動副R2與外並聯機構上平臺4平行布置；內並聯機構的每一個活動分支中的下連杆7的一端通過下轉動副R3與內並聯機構下平臺6連接，該下連杆7的另一端通過球副S2與上連杆8的一端連接，該上連杆8的另一端通過上轉動副R4與內並聯機構上平臺9連接，上述下轉動副R3與內並聯機構下平臺6平行布置，上轉動副R4與內並聯機構上平臺9平行布置；上述內、外兩個並聯機構的上平臺相互平行，末端手爪連杆10與內並聯機構上平臺固定連接，該末端手爪連杆通過轉動副R6與外並聯機構上平臺連接。
[0021]實施例2
[0022]如圖2所示，兩個結構相同的內並聯機構和外並聯機構均由上、下平臺和連接這兩個平臺的三條結構完全相同的活動分支構成，外並聯機構套在內並聯機構之外，下平臺連杆5與外並聯機構下平臺I固定連接，該下平臺連杆通過轉動副R5與內並聯機構下平臺6連接;其它部件與連接關係與實施例1相同。
[0023]實施例3
[0024]如圖3所示，兩個結構相同的內並聯機構和外並聯機構均由上、下平臺和連接這兩個平臺的三條結構完全相同的活動分支構成，外並聯機構套在內並聯機構之外，下平臺連杆5與內並聯機構下平臺6固定連接，該下平臺連杆通過轉動副R5與外並聯機構下平臺I連接;末端手爪連杆10通過轉動副R6與內並聯機構上平臺9連接，該末端手爪連杆與外並聯機構上平臺4固定連接;其它部件與連接關係與實施例1相同。
[0025]實施例4
[0026]如圖4所示，兩個結構相同的內並聯機構和外並聯機構均由上、下平臺和連接這兩個平臺的三條結構完全相同的活動分支構成，外並聯機構套在內並聯機構之外，上述內、夕卜兩個並聯機構的下平臺相互平行，下平臺連杆5與內並聯機構下平臺6固定連接，該下平臺連杆通過轉動副R5與外並聯機構下平臺I連接;外並聯機構的每一個活動分支中的下連杆2的一端通過下轉動副Rl與外並聯機構下平臺連接，該下連杆的另一端通過球副SI與上連杆3的一端連接，該上連杆的另一端通過上轉動副R2與外並聯機構上平臺4連接，上述轉動副Rl、轉動副R2分別與外並聯機構下平臺1、外並聯機構上平臺4傾斜布置，且傾斜角度相等；內並聯機構的每一個活動分支中的下連杆7的一端通過下轉動副R3與內並聯機構下平臺連接，該下連杆的另一端通過球副S2與上連杆8的一端連接，該上連杆的另一端通過上轉動副R4與內並聯機構上平臺9連接，上述轉動副R3、轉動副R4分別與內並聯機構下平臺6、內並聯機構上平臺9傾斜布置，且傾斜角度相等;上述內、外兩個並聯機構的上平臺相互平行;末端手爪連杆10與內並聯機構上平臺固定連接，該末端手爪連杆通過轉動副R6與外並聯機構上平臺連接。
[0027]實施例5
[0028]如圖5所示，兩個結構相同的內並聯機構和外並聯機構均由上、下平臺和連接這兩個平臺的三條結構完全相同的活動分支構成，外並聯機構套在內並聯機構之外，下平臺連杆5與外並聯機構下平臺I固定連接，該下平臺連杆通過轉動副R5與內並聯機構下平臺6連接;其它部件與連接關係與實施例4相同。
[0029]實施例6
[0030]如圖6所示，兩個結構相同的內並聯機構和外並聯機構均由上、下平臺和連接這兩個平臺的三條結構完全相同的活動分支構成，外並聯機構套在內並聯機構之外，下平臺連杆5與內並聯機構下平臺6固定連接，該下平臺連杆通過轉動副R5與外並聯機構下平臺I連接;末端手爪連杆10通過轉動副R6與內並聯機構上平臺9連接，該末端手爪連杆與外並聯機構上平臺4固定連接;其它部件與連接關係與實施例4相同。
【主權項】
1.一種具有嵌套結構的四自由度並聯機械手，其包括兩個結構相同的內並聯機構和外並聯機構，其特徵在於:所述兩個並聯機構均由下平臺、上平臺和連接這兩個平臺的三條結構完全相同的活動分支構成，外並聯機構套在內並聯機構之外，上述內外兩個並聯機構的下平臺相互平行;上述每個活動分支中的下連杆的一端通過下轉動副與下平臺連接，該下連杆的另一端通過球副與上連杆的一端連接，該上連杆的另一端通過上轉動副與上平臺連接，上述內外兩個並聯機構的上平臺相互平行，所述每個分支中的下轉動副、上轉動副分別與其所連接下平臺、上平臺平行布置;末端手爪連杆與內並聯機構上平臺固定連接，該末端手爪連杆通過轉動副與外並聯機構上平臺連接；下平臺連杆與內並聯機構下平臺固定連接，該下平臺連杆通過轉動副與外並聯機構下平臺連接。2.根據權利要求1所述的一種具有嵌套結構的四自由度並聯機械手，其特徵在於:所述每個分支中的下轉動副、上轉動副分別與其所連接的下平臺、上平臺傾斜布置，且傾斜角度相等。3.根據權利要求1所述的一種具有嵌套結構的四自由度並聯機械手，其特徵在於:所述末端手爪連杆通過轉動副與內並聯機構上平臺連接，該末端手爪連杆與外並聯機構上平臺固定連接。4.根據權利要求1所述的一種具有嵌套結構的四自由度並聯機械手，其特徵在於:所述下平臺連杆與外並聯機構下平臺固定連接，該下平臺連杆中部通過轉動副與內並聯機構下平臺連接。
【專利摘要】一種具有嵌套結構的四自由度並聯機械手，其包括內外兩個結構相同的並聯機構，所述兩個並聯機構由下平臺、上平臺和連接這兩個平臺的三條結構完全相同的活動分支構成，外並聯機構套在內並聯機構之外，內外並聯機構的上平臺和下平臺分別平行，每個活動分支均包括一個與下平臺相連的轉動副、一個球副、一個與上平臺相連的轉動副以及連接它們的連杆，末端手爪與內並聯機構上平臺固定連接，其中部通過一個轉動副與外並聯機構上平臺連接，其繞自身軸線的轉動由驅動連杆驅動。本發明所有的驅動都可以安裝機架上，具有運動範圍大，剛度大，可以實現整周迴轉等優點。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號】CN105710866
【申請號】CN201610257170
【發明人】陳子明, 劉曉檬, 黃坤, 張揚, 成棟良, 魏雪丹
【申請人】燕山大學