[發明專利]一種可實現高速運動的五自由度并聯機械手

有效

• 申請號: 201210514821.8
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN102975202A
• 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: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08
• 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，特別是涉及一種可實現高速運動的具有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

針對上述現有技術，本發明提供一種可實現高速運動的五自由度并聯機械手，本發明整體結構對稱，動平臺受力均勻，運動部件質量輕，易實現高速運動，可滿足復雜抓放操作的要求。

為了解決上述技術問題，本發明可實現高速運動的五自由度并聯機械手予以實現的技術方案是：包括固定架、動平臺以及對稱布置在所述固定架與動平臺之間的五條結構相同的支鏈，所述固定架上固接有五個驅動裝置；每條支鏈由近架桿、上連接軸、兩個相互平行且等長的遠架桿和下連接軸構成；每條支鏈的所述近架桿的一端分別與固定于固定架上的一個驅動裝置的輸出端固接，所述近架桿的另一端與該支鏈中的上連接軸固接；兩個遠架桿的一端分別通過球鉸鏈與該支鏈中的上連接軸球鉸接，兩個遠架桿的另一端分別通過球鉸鏈與該支鏈中的下連接軸球鉸接；每條支鏈中的上連接軸、兩個平行的遠架桿和下連接軸構成一平行四邊形結構；所述動平臺包括兩個球桿座、四個連桿和一中心板；兩個球桿座位于所述中心板的兩側，所述中心板與兩側的球桿座之間均分別連接有兩個平行的連桿；兩個球桿座還分別與兩個下連接軸固接，所述中心板與另外一個下連接軸固接；每兩個平行的連桿和與之相連的一個球桿座及中心板共構成兩組平面平行四邊形結構；所述球桿座與兩個平行的連桿之間、所述中心板與兩個平行的連桿之間均為轉動副；所述中心板的下方設有一二自由度手腕，所述二自由度手腕的兩個輸入軸之間為同軸設置或者為平行布置，同時，兩個輸入軸與兩組兩個平行的連桿在中心板上的轉動軸線平行；所述二自由度手腕的一個輸入軸上固接有兩個小齒輪，兩個小齒輪軸線重合；在動平臺(7)中的兩組平面平行四邊形結構內對稱的位置上分別固接有兩個大齒輪，兩個大齒輪分別與兩個小齒輪嚙合；在所述驅動裝置的作用下，每條支鏈帶動所屬支鏈的下連接軸運動，進而帶動動平臺產生三維平動運動；所述兩組平面平行四邊形結構使兩個球桿座相對于中心板產生平行錯動，同時兩組平行的連桿相對于中心板產生轉動；兩組齒輪傳動機構將球桿座相對于中心板的錯動或兩組兩個平行的連桿相對于中心板的轉動均轉化為二自由度手腕的兩個動力輸入，實現二自由度手腕的二維轉動。

進一步講，本發明可實現高速運動的五自由度并聯機械手，兩個大齒輪分別與兩個球桿座固接，每組齒輪傳動機構中的大齒輪軸線與小齒輪軸線的公垂線段與所在平面平行四邊形結構中的兩個平行的連桿平行且等長；兩組齒輪傳動機構將球桿座相對于中心板的平動轉化為二自由度手腕的動力輸入。

可實現高速運動的五自由度并聯機械手，兩個大齒輪分別與兩組平行的連桿中的一個連桿固接、且每個大齒輪的轉動軸線和與之固接的連桿在中心板上的轉動軸線重合；兩組齒輪傳動機構將兩組兩個平行的連桿相對于中心板的轉動轉化為二自由度手腕的動力輸入。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

動平臺結構中采用了兩個平面平行四邊形結構，通過驅動裝置驅動五條支鏈運動，從而帶動兩個球桿座及中心板產生三維平動運動，以及球桿座和連桿相對于中心板的運動；通過兩組齒輪機構將球桿座相對于中心板的錯動運動或者連桿相對于中心板的轉動運動轉化為二自由度手腕的兩個輸入軸的轉動，從而實現二自由度手腕實現兩維空間轉動。機構整體結構對稱，動平臺受力均勻，運動部件質量輕，易實現高速運動，可滿足復雜抓放操作的要求。

附圖說明

圖1為本發明五自由度并聯機械手的整體結構示意圖；

圖2為本發明中動平臺的結構示意圖；

圖3為本發明中二自由度手腕一種典型的動力輸入結構示意圖；

圖4為本發明中二自由度手腕另一種典型的動力輸入結構示意圖。

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~8b-球桿座?????9-中心板

11a~11d-連桿??12a、12c-大齒輪??12b、12d-小齒輪

13-二自由度手腕

具體實施方式