一種基於差速驅動結構的六自由度並聯機構的製作方法

2023-04-24 09:34:04

本實用新型屬於機器人技術領域，具體地說是一種基於差速驅動結構的六自由度並聯機構。

背景技術：

並聯機構為動平臺和靜平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，具有兩個或兩個以上的自由度，且以並聯方式驅動的一種閉環機構。和串聯機器人相比，並聯機器人具有以下優點：累積誤差小、精度較高；驅動裝置可置於定平臺上或接近定平臺的位置，運動部分重量輕，速度高，動態響應好；結構緊湊，剛度高，承載能力大。

6自由度並聯機構是通常指動平臺具有3個平動自由度和3個移動自由度的並聯機構，可應用於許多適於重載操作任務。與串聯機構相比，並聯機構具有承載能力強、動態效應好等優點；並且具有更複雜的運動特性，由於動平臺的移動和轉動受到約束而表現出很多特殊的性質。

由於受到奇異位形、支鏈之間物理幹涉等因素的限制，並聯機構動平臺的轉動能力往往都比較小，即使是較為簡單的平面並聯機構，在理論上能達到的轉動範圍不超過180°，實際上會更小。

部分並聯機構通過增加冗餘驅動支鏈來輔助平臺跨越奇異位形從而得到更大的轉動能力，但冗餘驅動會導致過約束從而產生內力，使機構面臨複雜的控制問題；還有一部分並聯機構則選擇在某些支鏈中增加冗餘驅動，但這導致了混合結構的出現，從而改變原有並聯機構的載荷傳遞特性。

在自動化生產線上，現有的並聯機構方案主要是靠在並聯機構的末端增加執行器 (抓手或吸盤等)來實現抓取功能，這就要求在並聯機構的動平臺上增加輔助裝置，甚至需要增設電機，直接增加了並聯機構運動部件的重量，嚴重影響並聯機構的動態特性。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種基於差速驅動結構的六自由度並聯機構，增加轉動範圍能力，無冗餘驅動，具有傳統串聯工業機器人腕關節的轉動能力。

為了解決上述技術問題，本實用新型採取以下技術方案：

一種基於差速驅動結構的六自由度並聯機構，其特徵在於，包括：

固定機架；

兩個三自由度平動結構，該兩個三自由度平動結構對稱安裝在固定機架兩側；

差速驅動結構，該差速驅動結構由兩根差速連杆、兩個虎克鉸、兩根三維平動連杆和末端執行器構成，兩根差速連杆通過移動副連接；

一個三自由度平動結構固定連接一根三維平動連杆，一根三維平動連杆上轉動安裝一個虎克鉸，一個虎克鉸轉動安裝一根差速連杆，末端執行器分別與兩根差速連杆連接；

虎克鉸具有水平連接端和豎直連接端，該虎克鉸的豎直連接端與三維平動連杆轉動連接、水平連接端與差速連杆轉動連接。

所述兩個虎克鉸的水平連接端和豎直連接端均朝向相反方向伸出，其中一個虎克鉸的豎直連接端豎直向上伸出設置，另外一個虎克鉸的豎直連接端豎直向下伸出設置。

所述末端執行器與其中一個差速連杆通過轉動副相連、與另一個差速連杆通過螺旋副相連，該末端執行器以差速連杆的中心軸線為轉動中心進行轉動。

所述虎克鉸的水平連接端和中心軸線與豎直連接端的中心軸線相互垂直。

所述兩個虎克鉸的水平連接端的中心軸線相互平行，兩個虎克鉸的豎直連接端的中心軸線相互平行。

本實用新型結構簡單，設計合理，通過差速驅動結構和設置於差速驅動結構兩側的三自由度平動結構，組成六自由度並聯機構，增加並聯機構的大範圍轉動能力。機構具有傳統串聯工業機器人腕關節的轉動能力，無冗餘驅動，滿足實際工程應用的迫切需要，尤其在智能裝配、智能製造領域具有廣泛的應用前景。

附圖說明

附圖1為本實用新型立體結構示意圖；

附圖2為本實用新型差速驅動結構的立體結構示意圖。

具體實施方式

為了便於本領域技術人員的理解，下面結合附圖對本實用新型作進一步的描述。

如附圖1和2所示，本實用新型揭示了一種基於差速驅動結構的六自由度並聯機構，包括固定機架3、兩個三自由度平動結構2和差速驅動結構1，兩個三自由度平動結構2對稱安裝在固定機架3兩側，通常以固定機架3的中間為基準點將兩個三自由度平動結構2對稱設置。差速驅動結構1由兩根差速連杆6、兩個虎克鉸5、兩根三維平動連杆4和末端執行器7構成，兩個差速連杆6通過移動副連接；一個三自由度平動結構2固定連接一根三維平動連杆4，一根三維平動連杆4上轉動安裝一個虎克鉸5，一個虎克鉸5轉動安裝連接一根差速連杆6，末端執行器7與其中一個差速連杆通過轉動副相連、與另一個差速連杆通過螺旋副相連，該末端執行器以差速連杆的中心軸線為轉動中心進行轉動。虎克鉸5具有水平連接端51和豎直連接端52，該虎克鉸52的豎直連接端52與三維平動連杆4轉動連接、水平連接端51與差速連杆6轉動連接。從而使得差速驅動結構具有傳統串聯工業機器人腕關節的轉動能力，整個機構沒有驅動電機安置於運動部件上。

具體地，兩個虎克鉸5的水平連接端51和豎直連接52端均朝向相反方向伸出，其中一個虎克鉸的豎直連接端豎直向上伸出設置，另外一個虎克鉸的豎直連接端豎直向下伸出設置。虎克鉸的水平連接端的中心軸線與豎直連接端的中心軸線相互垂直。

兩個虎克鉸的水平連接端的中心軸線相互平行，兩個虎克鉸的豎直連接端的中心軸線相互平行。

本實用新型中的三自由度平動結構包括但不限於：任意空間平動串聯機構，如三個串聯的移動副構成的機構；或者任意空間平動並聯機構，如Delta機構、Gantry Robot機構、Cartesian Robot機構、Orthoglide機構或Tsai’s機構。

本實用新型為三平三轉的六自由度並聯機構，具有三個轉動自由度和三個平動自由度。差速驅動結構控制三個轉動自由度：兩根差速驅動連杆驅動末端執行器繞該差速連杆的軸線轉動運動，形成一個轉動自由度；虎克鉸的水平連接端和豎直連接端各自繞其中心軸線轉動，形成兩個轉動自由度，從而使得差速驅動結構共具有三個轉動自由度。三個平動自由度由三維平動連杆的X軸、Y軸和Z軸三個方向的平移運動耦合控制，並由兩個三自由度平動結構同步運動控制；機構無冗餘驅動和複雜內力，控制簡單。通過該六個自由度的控制，使得差速驅動結構具有傳統串聯工業機器人腕關節的轉動能力。

需要說明的是，以上所述並非是對本實用新型的限定，在不脫離本實用新型的創造構思的前提下，任何顯而易見的替換均屬於本實用新型的保護範圍之內。