可實現四自由度高速並聯機械手的製作方法

2023-05-31 00:34:01 2

可實現四自由度高速並聯機械手的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種可實現四自由度高速並聯機械手，包括固定架、動平臺以及布置在固定架與動平臺之間的四條結構相同的支鏈，固定架上安裝有四個驅動裝置，每條支鏈由近架杆、上連接軸、兩個相互平行且等長的遠架杆和下連接軸構成，其中上、下連接軸和兩個遠架杆構成一平行四邊形結構；動平臺包括一個中心板、四個擺杆、兩個螺母和一個螺杆，四個擺杆按照放射狀均布在中心板的四周，形成了兩對相對位置的擺杆，每對相對位置的擺杆、與該對相對位置擺杆相連的兩個連杆和中心板、與該兩個連杆相連的一個螺母組成一平面六桿機構，在驅動裝置的作用下，動平臺既可實現空間三維平動，亦可通過自身的變形產生螺杆的轉動自由度。
【專利說明】可實現四自由度高速並聯機械手
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種機器人，特別是涉及一種機器人的具有空間三維平動一維轉動自由度的並聯機構。
【背景技術】
[0002]在高速物料抓放領域多採用可實現高速運動的四自由度並聯機械手。專利文獻US20090019960和EP1084802公開了一種可實現三維平動一維轉動的並聯機構，包括四個主動支鏈和一個動平臺。該機構的動平臺受驅動的部件只有兩個，這兩個部件相當於平行四邊形的一組對邊，這樣的驅動方式不靈活，受力情況不均勻，不利於機構的順暢運行。

【發明內容】

[0003]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種動平臺力傳遞效果好，使用壽命長且設計巧妙的可實現四自由度高速並聯機械手。
[0004]本發明一種可實現四自由度高速並聯機械手的技術方案是:該機械手包括固定架、動平臺以及布置在所述固定架與動平臺之間的呈中心對稱布置的四條結構相同的支鏈，所述固定架上安裝有四個驅動裝置，每條支鏈由近架杆、上連接軸、兩個相互平行且等長的遠架杆和下連接軸構成。
[0005]四條支鏈中，所有近架杆的一端分別一一對應的與安裝在固定架上的四個驅動裝置的輸出端固接，所述近架杆的另一端與上所述連接軸固接，兩個相互平行且等長的遠架杆的一端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸球鉸接，兩個相互平行且等長的遠架杆的另一端分別通過球鉸鏈與所述下連接軸球鉸接；每條支鏈上的所述下連接軸、所述上連接軸和兩個相互平行且等長的遠架杆構成一平行四邊形結構，在驅動裝置的驅動下，所述平行四邊形結構帶動所述下連接軸產生平動。
[0006]所述動平臺包括一個中心板、四個擺杆、兩個螺母和一個螺杆以及固接於螺杆一端的吸盤，所述螺杆通過轉動副與所述中心板連接，所述螺杆上包括位於中心板上部和下部的兩段旋向相反的螺紋段，該兩螺紋段上分別設有一螺母，四個擺杆按照放射狀均布在所述中心板的四周，四個擺杆形成了兩對相對位置的擺杆，每個擺杆的一端均分別通過第一轉動副與所述中心板連接，第一轉動副的軸線均與所述螺杆的軸線垂直，四個擺杆中，一對相對位置的兩個擺杆與一螺母之間、另一對相對位置的兩個擺杆與另一螺母之間均分別通過一第二轉動副連接有一連杆，所述第二轉動副的軸線與所述第一轉動副的軸線平行；每對相對位置的擺杆、與該對相對位置擺杆相連的兩個連杆和中心板、與該兩個連杆相連的一個螺母組成一平面六桿機構；每個擺杆的另一端分別與一下連接軸固接。
[0007]當四條支鏈中的四個下連接軸產生相同平動時，所述動平臺實現三維平動自由度；當每對相對位置的兩個擺杆相對於所述中心板轉動時，通過連杆帶動兩個螺母相對於所述中心板上下移動，進而使所述螺杆產生轉動。
[0008]與現有技術相比，本發明的有益效果是:[0009]由於本發明四自由度高速並聯機構中的動平臺結構採用了兩組平面六桿機構，保證該結構始終保持在一個平面上做單自由度變形運動。該動平臺運動靈活，受力均勻，運動精度聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發明可實現四自由度高速並聯機械手的整體結構示意圖；
[0011]圖2是圖1中所示動平臺的結構示意圖。
[0012]圖中:1-驅動裝置，2-固定架，3-近架杆，4-上連接軸，5a、5b_遠架杆，6-下連接軸，7-動平臺，8-中心板，9a?9d -擺杆，IOa?IOd -連杆，11-螺杆，12a、12b_螺母，13-吸盤。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和具體實施例對本發明技術方案作進一步詳細描述。
[0014]如圖1所示，本發明一種可實現四自由度高速並聯機械手，包括固定架2、動平臺7以及布置在所述固定架2與動平臺7之間的呈中心對稱布置的四條結構相同的支鏈，所述固定架2上安裝有四個驅動裝置1，每條支鏈由近架杆3、上連接軸4、兩個相互平行且等長的遠架杆5a、5b和下連接軸6構成；四條支鏈中，所有近架杆3的一端分別一一對應的與安裝在固定架2上的四個驅動裝置I的輸出端固接，所述近架杆3的另一端與上所述連接軸4固接，兩個相互平行且等長的遠架杆5a、5b的一端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸4球鉸接，兩個相互平行且等長的遠架杆5a、5b的另一端分別通過球鉸鏈與所述下連接軸6球鉸接；每條支鏈上的所述下連接軸6、所述上連接軸4和兩個相互平行且等長的遠架杆5a、5b構成一平行四邊形結構，在驅動裝置I的驅動下，所述平行四邊形結構帶動所述下連接軸6產生平動。
[0015]如圖2所示,所述動平臺7包括一個中心板8、四個擺杆9a?9d、兩個螺母12a、12b和一個螺杆11以及固接於螺杆11 一端的吸盤13，所述螺杆11通過轉動副與所述中心板8連接，所述螺杆11上包括位於中心板8上部和下部的兩段旋向相反的螺紋段，該兩螺紋段上分別設有一螺母，四個擺杆9a?9d按照放射狀均布在所述中心板8的四周，四個擺杆形成了兩對相對位置的擺杆，如圖2中所示，擺杆9a和擺杆9c為一對，擺杆9b和擺杆9d為另一對，每個擺杆(擺杆9a、擺杆％、擺杆9c和擺杆9d)的一端均分別通過第一轉動副與所述中心板8連接，第一轉動副的軸線均與所述螺杆11的軸線垂直，四個擺杆9a?9d中，一對相對位置的兩個擺杆9a和9c中的擺杆9a與螺母12a之間通過一個第二轉動副連接有連杆10a、擺杆9c與螺母12a之間也是通過一個第二轉動副連接有連杆10c，另一對相對位置的兩個擺杆9b和9d中的擺杆9b與螺母12b之間通過一個第二轉動副連接有連杆10b，擺杆9d與螺母12b之間通過一個第二轉動副連接有連杆IOd ;所述第二轉動副的軸線與所述第一轉動副的軸線平行；每對相對位置的擺杆、與該對相對位置擺杆相連的兩個連杆和中心板、與該兩個連杆相連的一個螺母組成一平面六桿機構，即:擺杆9a、中心板8、擺杆9c、連杆10c、螺母12a和連杆IOc組成一個平面六桿機構，擺杆％、中心板8、擺杆9d、連杆10d、螺母12b和連杆IOb組成另一個平面六桿機構；每個擺杆9a?9d的另一端分別與一下連接軸6固接。[0016]本發明機械手，當四條支鏈中的四個下連接軸6產生相同平動時，所述動平臺7實現三維平動自由度；當每對相對位置的兩個擺杆相對於所述中心板8轉動時，通過與每個擺杆相連的連杆帶動位於螺杆11上兩個旋向相反的螺母12a和12b相對於所述中心板8上下移動，進而使所述螺杆11產生轉動。
[0017]本發明與現有技術相比，其不同點在於:
[0018]本發明中的動平臺由一個中心板、四個擺杆、四個連杆、兩個螺母和一個螺杆以及固接於螺杆一端的吸盤組成，構成了兩個平面六桿機構。該動平臺運動靈活，受力均勻，運動精度高。
[0019]儘管上面結合附圖對本發明進行了描述，但是本發明並不局限於上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬於本發明的保護之內。
【權利要求】
1.一種可實現四自由度高速並聯機械手，包括固定架(2)、動平臺(7)以及布置在所述固定架(2)與動平臺(7)之間的呈中心對稱布置的四條結構相同的支鏈，所述固定架(2)上安裝有四個驅動裝置(1)，每條支鏈由近架杆(3)、上連接軸(4)、兩個相互平行且等長的遠架杆(5a、5b)和下連接軸(6)構成； 四條支鏈中，所有近架杆(3)的一端分別一一對應的與安裝在固定架(2)上的四個驅動裝置(I)的輸出端固接，所述近架杆(3)的另一端與上所述連接軸(4)固接，兩個相互平行且等長的遠架杆(5a、5b)的一端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸(4)球鉸接，兩個相互平行且等長的遠架杆(5a、5b)的另一端分別通過球鉸鏈與所述下連接軸(6)球鉸接；每條支鏈上的所述下連接軸(6)、所述上連接軸(4)和兩個相互平行且等長的遠架杆(5a、5b)構成一平行四邊形結構，在驅動裝置(I)的驅動下，所述平行四邊形結構帶動所述下連接軸(6)產生平動； 其特徵在於: 所述動平臺(7 )包括一個中心板(8 )、四個擺杆(9a?9d)、兩個螺母(12a、12b )和一個螺杆(11)以及固接於螺杆(11) 一端的吸盤(13)，所述螺杆(11)通過轉動副與所述中心板(8)連接，所述螺杆(11)上包括位於中心板(8)上部和下部的兩段旋向相反的螺紋段，該兩螺紋段上分別設有一螺母，四個擺杆(9a?9d)按照放射狀均布在所述中心板(8)的四周，四個擺杆形成了兩對相對位置的擺杆，每個擺杆的一端均分別通過第一轉動副與所述中心板(8)連接，第一轉動副的軸線均與所述螺杆(11)的軸線垂直，四個擺杆中，一對相對位置的兩個擺杆與一螺母之間、另一對相對位置的兩個擺杆與另一螺母之間均分別通過一第二轉動副連接有一連杆，所述第二轉動副的軸線與所述第一轉動副的軸線平行；每對相對位置的擺杆、與該對相對位置擺杆相連的兩個連杆和中心板、與該兩個連杆相連的一個螺母組成一平面六桿機構；每個擺杆的另一端分別與一下連接軸(6)固接； 當四條支鏈中的四個下連接軸(6)產生相同平動時，所述動平臺(7)實現三維平動自由度；當每對相對位置的兩個擺杆相對於所述中心板(8)轉動時，通過連杆帶動兩個螺母相對於所述中心板上下移動，進而使所述螺杆(11)產生轉動。
【文檔編號】B25J9/00GK103846909SQ201410073020
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】趙學滿, 王攀峰 申請人:天津大學