[發明專利]三維平動二維轉動自由度的并聯機械手

無效

• 申請號: 201210513676.1
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN102975197A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 王攀峰;趙學滿
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

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二維轉動自由度的并聯機構。

背景技術

目前國內五自由度并聯機構多應用于機械加工、測量、噴涂、裝配等領域，而在高速物料抓放領域尚缺乏可實現高速運動五自由度并聯機械手。多數采用串聯機械手或以三平動并聯機構為本體串接二自由度轉頭以實現物料抓放作業。其局限在于增大了機構運動部件的質量與慣量，影響機構的動態性能，導致該機構難以實現高速運動。

發明內容

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三維平動二維轉動自由度的并聯機械手。

為了解決上述技術問題，本發明三維平動二維轉動自由度的并聯機械手予以實現的技術方案是：包括固定架、動平臺以及設置在所述固定架與動平臺之間、且呈中心對稱布置的五條結構相同的支鏈；所述固定架分別固接有五個驅動裝置；每條支鏈包括近架桿和兩個平行且等長的遠架桿，所述近架桿的一端與其中一個驅動裝置的輸出軸固接，所述近架桿另一端固接有上連接軸；所述兩個平行的遠架桿的一端均分別與所述上連接軸球鉸接，所述兩個平行的遠架桿的另一端分別與設置在所述動平臺上的下連接軸球鉸接；每條支鏈上的所述下連接軸、所述上連接軸和所述兩個平行的遠架桿構成一平行四邊形；所述動平臺包括五個角板和五組連桿，所述五個角板分別將五組連桿順序連接成平面閉合環狀結構；其中，每組連桿包括兩個長度相同且平行布置的桿件，兩個桿件的兩端分別與兩個相鄰的角板用轉動副連接組成一組平面平行四邊形結構；由此，在所述動平臺中形成有五組平面平行四邊形結構；每條支鏈的下連接軸分別固定在一角板上；其中兩個相鄰的兩組連桿、且位于所述平面閉合環狀結構的內或外同一側的兩個桿件的固定端設有一對相互嚙合的分角齒輪，每個分角齒輪的轉軸固定在該相鄰兩組連桿之間的角板上，上述兩個桿件、一個角板和相互嚙合的分角齒輪構成一分角機構；在五條支鏈的驅動作用下，并且在所述分角機構和所述五組平面平行四邊形結構的運動限制作用下，可使所述動平臺整體在空間內實現三維平動，且動平臺自身在一個平面內做二自由度變形運動；還包括一二自由度轉動機構，所述二自由度轉動機構由兩根拉絲、兩根橫梁連桿和一個二自由度機器人手腕組成；所述兩根拉絲的一端分別與兩個角板固連，所述兩根拉絲的另一端分別與所述二自由度機器人手腕的兩個輸入軸繞接；與兩根拉絲連接的兩個角板為相鄰位置、且與所述分角機構所在的角板相對；兩個橫梁連桿的一端分別用轉動副與所述二自由度機器人手腕連接，所述兩個橫梁連桿的另一端分別用轉動副與一角板連接；與兩個橫梁連桿連接的兩個角板為相間位置、且與所述分角機構所在的角板相鄰；所述二自由度機器人手腕的兩個輸入軸與兩個橫梁連桿之間分別安裝有一獨立的、用于使拉絲張緊的彈性裝置；當所述動平臺在平面內做二自由度變形運動時，每根拉絲為二自由機器人手腕的輸入軸提供一個動力輸入，使所述二自由度機器人手腕實現二自由度轉動。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

由于本發明三維平動二維轉動自由度的并聯機械手中的動平臺結構利用了分角齒輪配合，并且運用了多組平行四邊形結構的約束作用，從而限制動平臺結構中的多余自由度，使動平臺成為一個平面五邊形結構，并保證該結構始終保持在一個平面上做二自由度變形運動。五條支鏈中與該機構動平臺的五個角板固結的五個下連接軸位于同一平面內，通過驅動裝置驅動五條支鏈，進而帶動五個角板運動，動平臺隨之產生三自由度移動和二自由度變形運動。該動平臺運動靈活，受力均勻，運動精度高。基于上述三維平動二維轉動自由度的并聯機械手，在動平臺上安裝一種機器人手腕結構，通過絲傳動的方式將動平臺的二自由度變形運動轉化為執行器的二自由度旋轉運動，由于本發明的三維平動二維轉動自由度的并聯機械手中沒有使用移動副，避免了受力不均勻、摩擦力大、使用壽命低等不足，其整體結構的剛性和穩定性好，易實現高速運動，且滿足復雜抓放操作的要求。

附圖說明

圖1是本發明三維平動二維轉動自由度的并聯機械手的整體結構示意圖；

圖2是動平臺上安裝有二自由度轉動機構的示意圖

圖中：

1-驅動裝置????????????????2-固定架????????????????3-近架桿

4-上連接軸????????????????5a、5b-遠架桿???????????6-下連接軸

7-動平臺??????????????????8a~8e-角板??????????????9a~9e-連桿