一種具有冗餘驅動的三自由度多環耦合工作裝置的製作方法
2024-03-02 08:07:15
專利名稱：一種具有冗餘驅動的三自由度多環耦合工作裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種連杆工作裝置，特別是一種多環耦合連杆工作裝置。
背景技術：
機構是機器裝備的核心，機構的創新一直是機器裝備創新的關鍵，開發相應的具有自主智慧財產權的機構對提高我國機械裝備的科技水平核心競爭力非常重要。實現挖掘、 抓取、搬運等功能工作裝置，應用連杆機構較為普遍。傳統的串聯機械手，工作空間大，但承載能力低，只能抓取、搬運一些較輕的物體。相反，並聯機械手工作空間小，但承載能力高。 由於串聯和並聯機械手的優勢有互補性，如果能有效的結合兩者的優點來設計出混聯機械手，或者說是多環耦合機構，那麼這種機械手的性能會更優越。中國專利CN2010105897^. 4 涉及一種四自由度混聯機器人，它由底座和一個移動自由度和兩個的轉動自由度串聯機構、與之並聯的一個轉動自由度轉頭結構以及安裝在所述轉頭結構上支撐架的末端執行器構成。中國專利CN20111004^34. 5公開了一種四自由度混聯解耦機械手，包括底座、導軌、 滑塊、大轉臂及二自由度平面並聯機構操作手，運動學正反解求解容易，且控制解耦性好、 工作空間大、結構緊湊、運動靈活、製造成本低，能實現空間四自由度的操作或加工。然而， 現有的混聯機械手大多不是基於重載來設計的，不適用於重載物體的搬運工作。
發明內容
本發明的目的在於提供一種剛度較高、承載能力強、工作空間大的具有冗餘驅動的三自由度多環耦合工作裝置。底座上有平行對稱的基座，其一端的一對基座通過鉸鏈與大臂一端連接，該大臂的另一端通過鉸鏈與小臂的一端連接，該小臂的另一端通過鉸鏈與末端執行器的一個部位連接；一對搖杆通過鉸鏈分別連接在大臂中部的兩側，該一對搖杆上分別通過鉸鏈連接一對第一驅動油缸的缸套端部、一對第二驅動油缸的缸套的端部、一對第三驅動油缸的缸套的端部，上述三個鉸接在搖杆上呈三角形分布；上述第一驅動油缸的活塞杆端部通過鉸鏈連接在底座中部的一對基座上，上述第二驅動油缸的活塞杆端部通過鉸鏈連接在底座中部的另一對基座上，上述第三驅動油缸的活塞杆端部通過鉸鏈連接在末端執行器的另一個部位上；一對第四驅動油缸的活塞杆端部通過鉸鏈連接在小臂中部， 該第四驅動油缸的缸套端部通過鉸鏈連接在底座另一端的基座上，該一對第四驅動油缸可以用一個規格較大的油缸代替。上述四對油缸的活塞杆和缸套的位置可以互換。本發明從底座到末端執行器是由兩個對稱的平面機構組成，在每個平面機構中， 末端執行器到底座的自由度都是3，而每個平面機構都採用了四個油缸進行冗餘驅動。在保證杆件數目和杆件之間相互連接關係不變的情況下，具體使用時，可根據實際情況合理設計。本機構和現有技術相比，有如下優點
(1)承載能力高，工作空間大，能應用於多種機械裝備。(2)冗餘驅動不僅提高了機構的承載能力，而且可以優化輸入力，改善機構的驅動平穩性，此外，還增強了機構消除奇異位形的能力。(4)結構解耦，運動和動力求解容易，易於實現實時控制。
圖1是本發明的立體示意簡圖。圖2是本發明挖掘使用狀態的立體示意簡圖。圖3是本發明抓取使用狀態的立體示意簡圖。圖4是本發明用一個第四驅動油缸的立體示意簡圖。附圖中1-底座、2-大臂、3-第一驅動油缸、4-搖杆、5-小臂、6-末端執行器、7-第三驅動油缸、8-第四驅動油缸、9-第二驅動油缸。
具體實施例方式
在圖1所示的一種三自由度冗餘驅動多環耦合連杆工作裝置的立體示意簡圖中，底座 1上有平行對稱的基座，其一端的一對基座通過鉸鏈Rl與大臂2下端連接，該大臂的上端通過鉸鏈R5與小臂5的一端連接，該小臂的另一端通過鉸鏈R7與末端執行器6的一個部位連接；一對搖杆4通過鉸鏈R3分別連接在大臂中部的兩側；該一對搖杆上分別通過鉸鏈R2 連接一對第一驅動油缸3的缸套端部、通過鉸鏈R12連接一對第二驅動油缸9的缸套端部、 通過鉸鏈R4連接一對第三驅動油缸7的缸套端部，上述三個鉸接在搖杆上呈三角形分布； 上述第一驅動油缸的活塞杆端部通過鉸鏈Rll連接在底座中部的一對基座上，上述第二驅動油缸的活塞杆端部通過鉸鏈RlO連接在底座中部的另一對基座上，上述第三驅動油缸的活塞杆端部通過鉸鏈R8連接在末端執行器的另一個部位上；一對第四驅動油缸8的活塞杆端部通過鉸鏈R6連接在小臂中部，該第四驅動油缸的缸套端部通過鉸鏈R9連接在底座另一端的基座上，該第四驅動油缸可採用一個規格較大的驅動油缸，如圖4所示。在圖2所示的本發明挖掘使用狀態立體示意簡圖中，末端執行器為鏟鬥結構，其它杆件連接關係與圖1相同。在圖3所示的本發明抓取使用狀態立體示意簡圖中，末端執行器為抓手裝卡結構，其它杆件連接關係與圖1相同。
權利要求
1.一種具有冗餘驅動的三自由度多環耦合工作裝置，其特徵在於底座(1)設上有平行對稱的基座，其一端的一對基座通過鉸鏈與大臂(2) —端連接，該大臂(2)的另一端通過鉸鏈與小臂(5)的一端連接，該小臂(5)的另一端通過鉸鏈與末端執行器(6)的一個部位連接；一對搖杆(4)通過鉸鏈分別連接在大臂中部的兩側，該一對搖杆(4)上分別通過鉸鏈連接一對第一驅動油缸(3)的缸套端部、一對第二驅動油缸(9)的缸套端部和一對第三驅動油缸(7)的缸套端部，上述三個鉸接在搖杆(4)上呈三角形分布；上述第一驅動油缸(3)的活塞杆端部通過鉸鏈連接在底座(1)中部的一對基座上，上述第二驅動油缸(9)的活塞杆端部通過鉸鏈連接在底座(1)中部的另一對基座上，上述第三驅動油缸(7)的活塞杆端部通過鉸鏈連接在末端執行器(6)的另一個部位上；一對第四驅動油缸(8)的活塞杆端部通過鉸鏈連接在小臂(5)中部，該第四驅動油缸(8)的缸套端部通過鉸鏈連接在底座(1)另一端的基座上。
2.根據權利要求1所述的一種具有冗餘驅動的三自由度多環耦合工作裝置，其特徵在於一對第四驅動油缸(8)可以用一個規格較大的油缸代替。
3.根據權利要求1所述的一種具有冗餘驅動的三自由度多環耦合工作裝置，其特徵在於上述四對油缸的活塞杆和缸套的位置可以互換。
全文摘要
一種具有冗餘驅動的三自由度多環耦合工作裝置，底座上設有平行對稱的基座，其一端的一對基座與大臂下端鉸接，該大臂上端與小臂的一端鉸接，該小臂的另一端與末端執行器鉸接；搖杆通過鉸鏈連接在大臂中部，該搖杆上分別連接第一驅動油缸的缸套端部、第二驅動油缸的缸套的端部、第三驅動油缸的缸套的端部，上述第一驅動油缸的活塞杆鉸接在底座中部的基座上，上述第二驅動油缸活塞杆與底座中部的另一基座鉸接，上述第三驅動油缸活塞杆與末端執行器鉸接；第四驅動油缸的活塞杆與小臂中部鉸接，該小臂油缸的缸套與底座另一端的基座鉸接。該發明具有工作空間大、承載能力高，能夠消除奇異位形等優點。
文檔編號B25J18/02GK102528820SQ20111044428
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者丁華鋒, 曹宇, 曹文熬, 楊鳳霞, 陳誼超 申請人:燕山大學