CN103350418B - 一种高速五自由度并联机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速五自由度并联机械手,在一固定架上固接有五个驱动装置,固定架与一动平台之间连接有五条结构相同的支链;每条支链由近架杆、上连接轴、两个平行且等长的远架杆和下连接轴构成一平行四边形结构;动平台包括水平布置的上平台和下平台,其中三条支链中的下连接轴设置在下平台上,另外两条支链中的下连接轴设置在上平台上,垂直于上、下平台贯穿的设置有一摇杆,摇杆与上、下平台之间均采用虎克铰转动连接;下平台在三条支链的带动下实现三维平动,上平台在摇杆和另外两条支链的共同作用下实现三维平动;虎克铰将上、下平台之间的相对移动转化为摇杆的二维转动,从而使摇杆既有三个平动自由度,又有两个转动自由度。

Description

一种高速五自由度并联机械手
技术领域
[0001] 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五自由度的并联机构。
背景技术
[0002]目前国内对空间六自由度并联机构的研宄尚集中于机械加工或测量用途的机构,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宄较少。
[0003] 国际上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US20110097184A1公开了一种可实现三维平动和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
[0004] 针对上述现有技术,本发明提供一种高速五自由度并联机械手,本发明机械手具有惯量轻、高功率密度、可实现高速运动的特点。
[0005] 为了解决上述技术问题,本发明一种高速五自由度并联机械手,包括固定架和动平台,所述固定架上固接有五个驱动装置,所述固定架与动平台之间连接有五条结构相同的支链;每条支链由近架杆、上连接轴、两个平行且等长的远架杆和下连接轴构成;所述近架杆的一端与所述固定架之间通过转动副链接、并与所述驱动装置的输出端固接,所述近架杆的另一端与所述上连接轴固接;所述远架杆的一端分别与所述上连接轴球铰接,所述远架杆的另一端分别与所述下连接轴球铰接;每条支链中的上连接轴、两个平行且等长的远架杆和下连接轴构成一平行四边形结构;所述动平台包括水平布置的上平台和下平台,所述上平台和下平台将五条支链分为二组,其中一组的三条支链中的下连接轴设置在所述下平台上,另外一组的两条支链中的下连接轴设置在所述上平台上,垂直于所述上平台和下平台贯穿的设置有一摇杆,所述摇杆与所述上平台和所述下平台之间均采用虎克铰转动连接;所述下平台在与之连接的三条支链的带动下实现三维平动,所述上平台在摇杆和与所述上平台连接的两条支链的共同作用下实现三维平动;所述虎克铰将上平台和下平台之间的相对移动转化为所述摇杆的二维转动,从而使摇杆既有三个平动自由度,又有两个转动自由度。
[0006] 进一步讲,所述虎克铰包括虎克内圈和虎克外圈,所述虎克内圈与虎克外圈转动连接,所述虎克内圈与所述摇杆固接,所述虎克外圈分别与所述上平台和所述下平台转动连接。
[0007] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0008] 由于本发明中动平台采用了水平布置的上平台和下平台,并且上、下平台之间采用虎克铰转动连接,不但其结构紧凑,而且省去了放大机构,降低了机构的复杂性,减少了运动部件质量,提高了运动精度,易实现高速抓取,可以满足复杂抓放操作的要求。
附图说明
[0009]图1是本发明高速五自由度并联机械手的整体机构示意图;
[0010] 图2是本发明中动平台的结构示意图;
[0011] 图3是本发明中虎克铰的结构示意图。
[0012] 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-上平台,9-下平台,10a、10b-虎克内圈,IlaUlb-虎克外圈,12-摇杆。
具体实施方式
[0013] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
[0014] 如图1所示,本发明一种高速五自由度并联机械手,包括固定架2和动平台7,所述固定架2上固接有五个驱动装置I,所述固定架2与动平台7之间连接有五条结构相同的支链;每条支链由近架杆3、上连接轴4、两个平行且等长的远架杆5a、5b和下连接轴6构成;所述近架杆3的一端与所述固定架2之间通过转动副链接、并与所述驱动装置I的输出端固接,所述驱动装置I为与其固接的近架杆3提供一个转动自由度,所述近架杆3的另一端与所述上连接轴4固接;所述远架杆5a、5b的一端分别与所述上连接轴4球铰接,所述远架杆5a、5b的另一端分别与所述下连接轴6球铰接;每条支链中的上连接轴4、两个平行且等长的远架杆5a、5b和下连接轴6构成一平行四边形结构。
[0015] 如图1和图2所示,所述动平台7包括水平布置的上平台8和下平台9,所述上平台8和下平台9将五条支链分为二组,所述上平台8上固定有两个所述下连接轴6,所述下平台9上固定有三个所述下连接轴6,即,其中一组的三条支链中的下连接轴6设置在所述下平台9上,所述下平台9在与之连接的三条支链的带动下实现三维平动。另外一组的两条支链中的下连接轴6设置在所述上平台8上,垂直于所述上平台8和下平台9贯穿的设置有一摇杆12,所述摇杆12与所述上平台8和所述下平台9之间均采用虎克铰转动连接,所述上平台8在摇杆12与之连接的两条支链的共同作用下实现三维平动。如图2所示,所述虎克铰包括虎克内圈和虎克外圈;摇杆12与上平台8之间,虎克内圈1a与虎克外圈Ila转动连接,所述虎克内圈1a与所述摇杆12固接,所述虎克外圈Ila与所述上平台8转动连接;摇杆12与下平台9之间,虎克内圈1b与虎克外圈Ilb转动连接,所述虎克内圈Ila与所述摇杆12固接,所述虎克外圈Ilb与所述上平台8转动连接,所述虎克铰将上平台8和下平台9之间的相对移动转化为所述摇杆12的二维转动,从而使摇杆12既有三个平动自由度,又有两个转动自由度。
[0016] 本发明与现有技术相比,其不同点在于:
[0017] 上平台8和下平台9将五条支链分为二组,下平台9由三条支链带动实现三维平动,上平台8由摇杆12配合两条支链带动实现三维平动。上平台8与下平台9之间的相对运动通过虎克较的转动机构转化为摇杆12的二维转动,从而使摇杆12既有三个平动自由度,又有两个转动自由度。另外,由于动平台7采用了水平布置的上平台8和下平台9,并且上、下平台采用转动机构连接,固其结构紧凑,避免了放大机构,降低了机构复杂性,减少了运动部件质量,提高了运动精度,易实现高速抓取,且满足复杂抓放操作的要求。
[0018] 尽管上面结合图对本发明进行了描述,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,而不是限制性的,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的情况下,还可以作出很多变形,这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种高速五自由度并联机械手,包括固定架(2)和动平台(7),所述固定架(2)上固接有五个驱动装置(I),其特征在于,所述固定架(2)与动平台(7)之间连接有五条结构相同的支链; 每条支链由近架杆(3)、上连接轴(4)、两个平行且等长的远架杆(5a、5b)和下连接轴(6)构成;所述近架杆(3)的一端与所述固定架(2)之间通过转动副链接、并与所述驱动装置(I)的输出端固接,所述近架杆(3)的另一端与所述上连接轴(4)固接;所述远架杆的一端分别与所述上连接轴(4)球铰接,所述远架杆的另一端分别与所述下连接轴(6)球铰接;每条支链中的上连接轴(4)、两个平行且等长的远架杆和下连接轴(6)构成一平行四边形结构; 所述动平台包括水平布置的上平台(8)和下平台(9),所述上平台(8)和下平台(9)将五条支链分为二组,其中一组的三条支链中的下连接轴(6)设置在所述下平台(9)上,另外一组的两条支链中的下连接轴(6)设置在所述上平台(8)上,垂直于所述上平台(8)和下平台(9)贯穿的设置有一摇杆(12),所述摇杆(12)与所述上平台(8)和所述下平台(9)之间均采用虎克铰转动连接; 所述下平台(9)在与之连接的三条支链的带动下实现三维平动,所述上平台(8)在摇杆(12)与所述上平台(8)连接的两条支链的共同作用下实现三维平动;所述虎克铰将上平台(8)和下平台(9)之间的相对移动转化为所述摇杆(12)的二维转动,从而使摇杆既有三个平动自由度,又有两个转动自由度。
2.根据权利要求1所述高速五自由度并联机械手,其特征在于,所述虎克铰包括虎克内圈和虎克外圈,所述虎克内圈与虎克外圈转动连接,所述虎克内圈与所述摇杆(12)固接,所述虎克外圈分别与所述上平台(8)和所述下平台(9)转动连接。
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