CN102528820B - 一种具有冗余驱动的三自由度多环耦合工作装置 - Google Patents

Abstract

一种具有冗余驱动的三自由度多环耦合工作装置，底座上设有平行对称的基座，其一端的一对基座与大臂下端铰接，该大臂上端与小臂的一端铰接，该小臂的另一端与末端执行器铰接；摇杆通过铰链连接在大臂中部，该摇杆上分别连接第一驱动油缸的缸套端部、第二驱动油缸的缸套的端部、第三驱动油缸的缸套的端部，上述第一驱动油缸的活塞杆铰接在底座中部的基座上，上述第二驱动油缸活塞杆与底座中部的另一基座铰接，上述第三驱动油缸活塞杆与末端执行器铰接；第四驱动油缸的活塞杆与小臂中部铰接，该小臂油缸的缸套与底座另一端的基座铰接。该发明具有工作空间大、承载能力高，能够消除奇异位形等优点。

Description

一种具有冗余驱动的三自由度多环耦合工作装置

技术领域

本发明涉及一种连杆工作装置，特别是一种多环耦合连杆工作装置。

背景技术

机构是机器装备的核心，机构的创新一直是机器装备创新的关键，开发相应的具有自主知识产权的机构对提高我国机械装备的科技水平核心竞争力非常重要。实现挖掘、抓取、搬运等功能工作装置，应用连杆机构较为普遍。传统的串联机械手，工作空间大，但承载能力低，只能抓取、搬运一些较轻的物体。相反，并联机械手工作空间小，但承载能力高。由于串联和并联机械手的优势有互补性，如果能有效的结合两者的优点来设计出混联机械手，或者说是多环耦合机构，那么这种机械手的性能会更优越。中国专利CN201010589728.4涉及一种四自由度混联机器人，它由底座和一个移动自由度和两个的转动自由度串联机构、与之并联的一个转动自由度转头结构以及安装在所述转头结构上支撑架的末端执行器构成。中国专利CN201110042834.5公开了一种四自由度混联解耦机械手，包括底座、导轨、滑块、大转臂及二自由度平面并联机构操作手，运动学正反解求解容易，且控制解耦性好、工作空间大、结构紧凑、运动灵活、制造成本低，能实现空间四自由度的操作或加工。然而，现有的混联机械手大多不是基于重载来设计的，不适用于重载物体的搬运工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刚度较高、承载能力强、工作空间大的具有冗余驱动的三自由度多环耦合工作装置。底座上有平行对称的基座，其一端的一对基座通过铰链与大臂一端连接，该大臂的另一端通过铰链与小臂的一端连接，该小臂的另一端通过铰链与末端执行器的一个部位连接；一对摇杆通过铰链分别连接在大臂中部的两侧，该一对摇杆上分别通过铰链连接一对第一驱动油缸的缸套端部、一对第二驱动油缸的缸套的端部、一对第三驱动油缸的缸套的端部，上述三个铰接在摇杆上呈三角形分布；上述第一驱动油缸的活塞杆端部通过铰链连接在底座中部的一对基座上，上述第二驱动油缸的活塞杆端部通过铰链连接在底座中部的另一对基座上，上述第三驱动油缸的活塞杆端部通过铰链连接在末端执行器的另一个部位上；一对第四驱动油缸的活塞杆端部通过铰链连接在小臂中部，该第四驱动油缸的缸套端部通过铰链连接在底座另一端的基座上，该一对第四驱动油缸可以用一个规格较大的油缸代替。上述四对油缸的活塞杆和缸套的位置可以互换。

本发明从底座到末端执行器是由两个对称的平面机构组成，在每个平面机构中，末端执行器到底座的自由度都是3，而每个平面机构都采用了四个油缸进行冗余驱动。在保证杆件数目和杆件之间相互连接关系不变的情况下，具体使用时，可根据实际情况合理设计。

本机构和现有技术相比，有如下优点：

(1)承载能力高，工作空间大，能应用于多种机械装备。

(2) 冗余驱动不仅提高了机构的承载能力，而且可以优化输入力，改善机构的驱动平稳性，此外，还增强了机构消除奇异位形的能力。

(4) 结构解耦，运动和动力求解容易，易于实现实时控制。

附图说明

图1是本发明的立体示意简图。

图2是本发明挖掘使用状态的立体示意简图。

图3是本发明抓取使用状态的立体示意简图。

图4是本发明用一个第四驱动油缸的立体示意简图。

附图中：1-底座、2-大臂、3-第一驱动油缸、4-摇杆、5-小臂、6-末端执行器、7-第三驱动油缸、8-第四驱动油缸、9-第二驱动油缸。

具体实施方式  

在图1所示的一种三自由度冗余驱动多环耦合连杆工作装置的立体示意简图中，底座1上有平行对称的基座，其一端的一对基座通过铰链R1与大臂2下端连接，该大臂的上端通过铰链R5与小臂5的一端连接，该小臂的另一端通过铰链R7与末端执行器6的一个部位连接；一对摇杆4通过铰链R3分别连接在大臂中部的两侧；该一对摇杆上分别通过铰链R2连接一对第一驱动油缸3的缸套端部、通过铰链R12连接一对第二驱动油缸9的缸套端部、通过铰链R4连接一对第三驱动油缸7的缸套端部，上述三个铰接在摇杆上呈三角形分布；上述第一驱动油缸的活塞杆端部通过铰链R11连接在底座中部的一对基座上，上述第二驱动油缸的活塞杆端部通过铰链R10连接在底座中部的另一对基座上，上述第三驱动油缸的活塞杆端部通过铰链R8连接在末端执行器的另一个部位上；一对第四驱动油缸8的活塞杆端部通过铰链R6连接在小臂中部，该第四驱动油缸的缸套端部通过铰链R9连接在底座另一端的基座上，该第四驱动油缸可采用一个规格较大的驱动油缸，如图4所示。

在图2所示的本发明挖掘使用状态立体示意简图中，末端执行器为铲斗结构，其它杆件连接关系与图1相同。

在图3所示的本发明抓取使用状态立体示意简图中，末端执行器为抓手装卡结构，其它杆件连接关系与图1相同。

Claims (2)

1. 一种具有冗余驱动的三自由度多环耦合工作装置，其特征在于：底座（1）上设有平行对称的基座，其一端的一对基座通过铰链与大臂（2）一端连接，该大臂（2）的另一端通过铰链与小臂（5）的一端连接，该小臂（5）的另一端通过铰链与末端执行器（6）的一个部位连接；一对摇杆（4）通过铰链分别连接在大臂中部的两侧，该一对摇杆（4）上分别通过铰链连接一对第一驱动油缸（3）的缸套端部、一对第二驱动油缸（9）的缸套端部和一对第三驱动油缸（7）的缸套端部，上述三个铰链在摇杆（4）上呈三角形分布；上述第一驱动油缸（3）的活塞杆端部通过铰链连接在底座（1）中部的一对基座上，上述第二驱动油缸（9）的活塞杆端部通过铰链连接在底座（1）中部的另一对基座上，上述第三驱动油缸（7）的活塞杆端部通过铰链连接在末端执行器（6）的另一个部位上；一对第四驱动油缸（8）的活塞杆端部通过铰链连接在小臂（5）中部，该第四驱动油缸（8）的缸套端部通过铰链连接在底座（1）另一端的基座上。

2.根据权利要求1所述的一种具有冗余驱动的三自由度多环耦合工作装置，其特征在于：上述四对油缸的活塞杆和缸套的位置可以互换。

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