CN102632502B - 一种高速六自由度并联机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速六自由度并联机械手，包括固定架、动平台、三自由度手腕以及布置在固定架与动平台之间的六条结构相同的运动支链；固定架上固接有六个驱动装置；动平台包括一中心板、三个分角齿轮组和六个连杆，每一分角齿轮组包含一个中心锥齿轮、两个分角锥齿轮，中心锥齿轮与中心板转动连接；分角锥齿轮与中心板转动连接，两个分角锥齿轮布置于中心锥齿轮两侧且与中心锥齿轮啮合连接。连杆的一端与下连接轴固连，连杆的另一端与分角齿轮组中的一个分角锥齿轮固连；三自由度手腕固接于中心板上，三自由度手腕周围布置三组齿轮传动机构，三个中心锥齿轮为三组齿轮传动机构提供三个动力输入，从而驱动三自由度手腕实现三维可控转动。

Description

一种高速六自由度并联机械手
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种机器人的具有空间六自由度的高速并联机构。
背景技术
目前国内对空间六自由度并联机构的研究尚集中于机械加工、测量和模拟训练用途的机构，而对于应用于物料抓放的可实现高速运动的空间六自由度并联机构研究较少。国际上仅有少数可应用于物料抓放的空间六自由度并联机构。专利文献US20110097184 A1公开了一种可实现三维平动三维转动的并联机构，包括固定架、动平台、三自由度手腕以及对称布置在所述固定架与动平台之间的三条结构相同的支链；所述固定架上固接有驱动装置；所述动平台固接有下连接轴；每条支链包括近架杆和两个平行的远架杆以及驱动端、连接轴，所述近架杆一端与所述固定架上驱动端固接，另一端固接有上连接轴；所述两个平行的远架杆一端分别与所述上连接轴的两端球铰接，另一端分别与所述下连接轴球铰接；所述三自由度手腕固接于所述动平台；所述两个平行的远架杆之间固接有驱动端；所述连接轴一端与所述远架杆之间驱动端固接，另一端与所述三自由度手腕输入端固接。上述机构的局限在于：三自由度手腕的驱动端固接于两远架杆之间，增大该机构运动部件的质量与惯量，影响上述机构的动态性能，导致该机构难以实现高速运动。
发明内容
针对上述现有技术，本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提出一种可实现高速运动的六自由度并联机械手。
为了解决上述技术问题，本发明一种高速六自由度并联机械手予以实现的技术方案是：包括固定架、动平台、三自由度手腕以及布置在所述固定架与动平台之间的六条结构相同的运动支链；所述固定架上固接有六个驱动装置；每条运动支链包括近架杆、两个平行且等长的远架杆，所述近架杆的一端与一驱动装置的输出端固接，所述近架杆的另一端固接有上连接轴；所述驱动装置为所述近架杆提供一个转动或移动自由度；两个远架杆的同一端均分别与所述上连接轴球铰接，两个远架杆的的另一端均分别与设置在所述动平台上的下连接轴球铰接；每条支链的所述下连接轴、所述上连接轴和两个远架杆构成一平行四边形；所述动平台包括一中心板、三个分角齿轮组和六个连杆，所述分角齿轮组包含一个中心锥齿轮、两个分角锥齿轮，所述中心锥齿轮与所述中心板转动连接，所述中心锥齿轮轴线与转动轴线同轴设置；所述分角锥齿轮与中心板转动连接，分角锥齿轮轴线与所述中心锥齿轮轴线垂直交于一点，两个分角锥齿轮布置于中心锥齿轮两侧且与中心锥齿轮啮合连接。所述连杆的一端与所述下连接轴固连，所述连杆的另一端与所述分角齿轮组中的一个分角锥齿轮固连；所述三自由度手腕固接于所述中心板上，三自由度手腕周围布置三组齿轮传动机构，每组齿轮传动机构包含相互啮合的一大齿轮和一小齿轮，每组齿轮传动机构中的大齿轮分别与一中心锥齿轮固接且同轴设置，小齿轮与三自由度手腕的一输入轴同轴设置；所述三组齿轮传动机构为所述三自由度手腕提供三个动力输入，实现所述三自由度手腕的三维可控转动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在六条支链的驱动作用下，通过动平台设置的三组分角齿轮组的传动作用，使得动平台可实现三维平动运动和三个中心锥齿轮相对于中心板的转动，通过三组齿轮传动机构将中心锥齿轮的转动转化为三自由度手腕的三个动力输入，进而带动三自由度手腕实现三维空间转动。该机构结构对称，受力均匀，运动部件质量小，动态性能较好，可实现高速运动，满足复杂抓放操作的要求。
附图说明
图1为本发明一种高速六自由度并联机械手的整体结构示意图；
图2为本发明中动平台的结构示意图；
图3为本发明中装有三自由度手腕的动平台示意图。
图中：
1-驱动装置                2-固定架              3-近架杆
4-上连接轴                5a、5b-远架杆         6-下连接轴
7-动平台                  8-中心板              9a～9f-连杆
10aa～10cc-中心锥齿轮     10a～10c-分角锥齿轮   11a、11c、11e-大齿轮
11b、11d、11f-小齿轮      12-三自由度手腕
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，本发明一种高速六自由度并联机械手，包括固定架2、动平台7、三自由度手腕12以及布置在所述固定架2与动平台7之间的六条结构相同的运动支链；所述固定架2上固接有六个驱动装置1。每条运动支链包括近架杆3、两个平行且等长的远架杆5a、5b，所述近架杆3的一端与一驱动装置1的输出端固接，所述近架杆3的另一端固接有上连接轴4；所述驱动装置1为所述近架杆3提供一个转动或移动自由度；两个远架杆5a、5b的同一端均分别通过球铰链与所属支链中的上连接轴4球铰接，两个远架杆的5a、5b的另一端也分别通过球铰链与所属支链中的且设置在所述动平台7上的下连接轴6球铰接；每条支链中的所述下连接轴6、所述上连接轴4和两个远架杆5a、5b构成一平行四边形。
如图2所示，所述动平台7包括一中心板8、三个分角齿轮组和六个连杆9a～9f，三个分角齿轮组与中心板8及连杆的连接形式相同，以图2和图3中位于前边的一组分角齿轮组为例，所述分角齿轮组包含一个中心锥齿轮10bb、两个分角锥齿轮10b，所述中心锥齿轮10bb与所述中心板8转动连接，所述中心锥齿轮轴线与转动轴线同轴设置；所述分角锥齿轮10b与中心板8转动连接，分角锥齿轮10b的轴线与所述中心锥齿轮10bb的轴线垂直交于一点，两个分角锥齿轮10b布置于中心锥齿轮10bb两侧且与中心锥齿轮10bb啮合连接。两个连杆9c、9d的一端分别与所述下连接轴6固连，该两个连杆9c、9d的另一端分别与该分角齿轮组中的一个分角锥齿轮10b固连。同理，图2中所示的另外两组分角齿轮组中的中心锥齿轮10aa、10cc，分角锥齿轮10a、10c和连杆9a、9b、9e、9f之间的连接关系也是如此，在此不再赘述。
如图3所示，所述三自由度手腕12固接于所述中心板8上，三自由度手腕12周围布置三组齿轮传动机构，以图3中位于前边的一组齿轮传动机构为例，该齿轮传动机构包含相互啮合的一大齿轮11a和一小齿轮11b，齿轮传动机构中的大齿轮11a分别与位于前边的中心锥齿轮同轴设置，小齿轮11b与三自由度手腕12的一输入轴同轴设置。同理，图3所示的另外两组齿轮传动机构中，大齿轮11c和11e，小齿轮11d和11f，各组齿轮传动机构中大齿轮与小齿轮相啮合。
在驱动装置1的驱动作用下，每条支链带动所属支链的下连接轴6运动，进而带动动平台7产生三维平动运动以及所连接的连杆和分角锥齿轮绕中心板8转动，在所述分角锥齿轮与中心锥齿轮的啮合传动作用下，中心锥齿轮相对于所述中心板8产生转动。在三组齿轮传动机构的传动作用下，将三个中心锥齿轮10aa、10bb、10cc相对于中心板8的相对转动转化为所述三自由度手腕12的动力输入，从而实现作为末端执行器的三自由度手腕12作三维转动。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：
本发明中动平台由中心板和三个分角齿轮组构成。三个分角齿轮组将六条支链分为三组，每组中的下连接轴的相对运动可通过分角齿轮组转化为中心锥齿轮相对于中心板的转动，从而使动平台既可以有三个方向的平动自由度，同时又具有三个局部转动自由度。进而利用齿轮传动机构将这三个局部转动自由度转化为三自由度手腕的三维可控转动。
本发明结构对称，运动灵活，受力均匀，精度较高，使用寿命长，易实现高速运动，且满足复杂抓放操作的要求。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高速六自由度并联机械手，包括固定架（2）、动平台（7）、三自由度手腕（12）以及布置在所述固定架（2）与动平台（7）之间的六条结构相同的运动支链；所述固定架（2）上固接有六个驱动装置（1）；
每条运动支链包括近架杆（3）、两个平行且等长的远架杆（5a、5b），所述近架杆（3）的一端与一驱动装置（1）的输出端固接，所述近架杆（3）的另一端固接有上连接轴（4）；所述驱动装置（1）为所述近架杆（3）提供一个转动或移动自由度；两个远架杆（5a、5b）的同一端均分别与所述上连接轴（4）球铰接，两个远架杆（5a、5b）的另一端均分别与设置在所述动平台（7）上的下连接轴（6）球铰接；每条支链的所述下连接轴（6）、所述上连接轴（4）和两个远架杆（5a、5b）构成一平行四边形；
其特征在于，
所述动平台（7）包括一中心板（8）、三个分角齿轮组和六个连杆，所述分角齿轮组包含一个中心锥齿轮和两个分角锥齿轮，所述中心锥齿轮与所述中心板转动连接，所述中心锥齿轮旋转轴线与其转动轴线同轴设置；所述分角锥齿轮与中心板转动连接，分角锥齿轮轴线与所述中心锥齿轮轴线垂直交于一点，两个分角锥齿轮布置于中心锥齿轮两侧且与中心锥齿轮啮合连接；所述连杆的一端与所述下连接轴固接，所述连杆的另一端与所述分角齿轮组中的一个分角锥齿轮固接；
所述三自由度手腕（12）固接于所述中心板（8）上，三自由度手腕（12）周围布置三组齿轮传动机构，每组齿轮传动机构包含相互啮合的一大齿轮和一小齿轮，每组齿轮传动机构中的大齿轮分别与一中心锥齿轮同轴设置，小齿轮与三自由度手腕的一输入轴同轴设置；所述三组齿轮传动机构为所述三自由度手腕（12）提供三个动力输入，实现所述三自由度手腕（12）的三维可控转动。
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