CN103846909B - 可实现四自由度高速并联机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可实现四自由度高速并联机械手，包括固定架、动平台以及布置在固定架与动平台之间的四条结构相同的支链，固定架上安装有四个驱动装置，每条支链由近架杆、上连接轴、两个相互平行且等长的远架杆和下连接轴构成，其中上、下连接轴和两个远架杆构成一平行四边形结构；动平台包括一个中心板、四个摆杆、两个螺母和一个螺杆，四个摆杆按照放射状均布在中心板的四周，形成了两对相对位置的摆杆，每对相对位置的摆杆、与该对相对位置摆杆相连的两个连杆和中心板、与该两个连杆相连的一个螺母组成一平面六杆机构，在驱动装置的作用下，动平台既可实现空间三维平动，亦可通过自身的变形产生螺杆的转动自由度。

Description

可实现四自由度高速并联机械手
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三维平动一维转动自由度的并联机构。
背景技术
在高速物料抓放领域多采用可实现高速运动的四自由度并联机械手。专利文献US20090019960和EP1084802公开了一种可实现三维平动一维转动的并联机构，包括四个主动支链和一个动平台。该机构的动平台受驱动的部件只有两个，这两个部件相当于平行四边形的一组对边，这样的驱动方式不灵活，受力情况不均匀，不利于机构的顺畅运行。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种动平台力传递效果好，使用寿命长且设计巧妙的可实现四自由度高速并联机械手。
本发明一种可实现四自由度高速并联机械手的技术方案是：该机械手包括固定架、动平台以及布置在所述固定架与动平台之间的呈中心对称布置的四条结构相同的支链，所述固定架上安装有四个驱动装置，每条支链由近架杆、上连接轴、两个相互平行且等长的远架杆和下连接轴构成。
四条支链中，所有近架杆的一端分别一一对应的与安装在固定架上的四个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，两个相互平行且等长的远架杆的一端分别通过球铰链与所述上连接轴球铰接，两个相互平行且等长的远架杆的另一端分别通过球铰链与所述下连接轴球铰接；每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和两个相互平行且等长的远架杆构成一平行四边形结构，在驱动装置的驱动下，所述平行四边形结构带动所述下连接轴产生平动。
所述动平台包括一个中心板、四个摆杆、两个螺母和一个螺杆以及固接于螺杆一端的吸盘，所述螺杆通过转动副与所述中心板连接，所述螺杆上包括位于中心板上部和下部的两段旋向相反的螺纹段，该两螺纹段上分别设有一螺母，四个摆杆按照放射状均布在所述中心板的四周，四个摆杆形成了两对相对位置的摆杆，每个摆杆的一端均分别通过第一转动副与所述中心板连接，第一转动副的轴线均与所述螺杆的轴线垂直，四个摆杆中，一对相对位置的两个摆杆分别通过第二转动副各与一连杆转动连接，所述两个连杆与同一螺母转动连接，另一对相对位置的两个摆杆分别通过第二转动副各与另一连杆转动连接，所述另两个连杆共同与另一螺母转动连接，同一支链中所述第二转动副的轴线与所述第一转动副的轴线平行；每对相对位置的摆杆、与该对相对位置摆杆相连的两个连杆和中心板、与该两个连杆相连的一个螺母组成一平面六杆机构；每个摆杆的另一端分别与一下连接轴固接。
当四条支链中的四个下连接轴产生相同平动时，所述动平台实现三维平动自由度；当每对相对位置的两个摆杆相对于所述中心板转动时，通过连杆带动两个螺母相对于所述中心板上下移动，进而使所述螺杆产生转动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由于本发明四自由度高速并联机构中的动平台结构采用了两组平面六杆机构，保证该结构始终保持在一个平面上做单自由度变形运动。该动平台运动灵活，受力均匀，运动精度高。
附图说明
图1是本发明可实现四自由度高速并联机械手的整体结构示意图；
图2是图1中所示动平台的结构示意图。
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～9d–摆杆，10a～10d–连杆，11-螺杆，12a、12b-螺母，13-吸盘。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。
如图1所示，本发明一种可实现四自由度高速并联机械手，包括固定架2、动平台7以及布置在所述固定架2与动平台7之间的呈中心对称布置的四条结构相同的支链，所述固定架2上安装有四个驱动装置1，每条支链由近架杆3、上连接轴4、两个相互平行且等长的远架杆5a、5b和下连接轴6构成；四条支链中，所有近架杆3的一端分别一一对应的与安装在固定架2上的四个驱动装置1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，两个相互平行且等长的远架杆5a、5b的一端分别通过球铰链与所述上连接轴4球铰接，两个相互平行且等长的远架杆5a、5b的另一端分别通过球铰链与所述下连接轴6球铰接；每条支链上的所述下连接轴6、所述上连接轴4和两个相互平行且等长的远架杆5a、5b构成一平行四边形结构，在驱动装置1的驱动下，所述平行四边形结构带动所述下连接轴6产生平动。
如图2所示，所述动平台7包括一个中心板8、四个摆杆9a～9d、两个螺母12a、12b和一个螺杆11以及固接于螺杆11一端的吸盘13，所述螺杆11通过转动副与所述中心板8连接，所述螺杆11上包括位于中心板8上部和下部的两段旋向相反的螺纹段，该两螺纹段上分别设有一螺母，四个摆杆9a～9d按照放射状均布在所述中心板8的四周，四个摆杆形成了两对相对位置的摆杆，如图2中所示，摆杆9a和摆杆9c为一对，摆杆9b和摆杆9d为另一对，每个摆杆(摆杆9a、摆杆9b、摆杆9c和摆杆9d)的一端均分别通过第一转动副与所述中心板8连接，第一转动副的轴线均与所述螺杆11的轴线垂直，四个摆杆9a～9d中，一对相对位置的两个摆杆9a和9c中的摆杆9a与螺母12a之间通过一个第二转动副连接有连杆10a、摆杆9c与螺母12a之间也是通过一个第二转动副连接有连杆10c，另一对相对位置的两个摆杆9b和9d中的摆杆9b与螺母12b之间通过一个第二转动副连接有连杆10b，摆杆9d与螺母12b之间通过一个第二转动副连接有连杆10d；所述第二转动副的轴线与所述第一转动副的轴线平行；每对相对位置的摆杆、与该对相对位置摆杆相连的两个连杆和中心板、与该两个连杆相连的一个螺母组成一平面六杆机构，即：摆杆9a、中心板8、摆杆9c、连杆10c、螺母12a和连杆10c组成一个平面六杆机构，摆杆9b、中心板8、摆杆9d、连杆10d、螺母12b和连杆10b组成另一个平面六杆机构；每个摆杆9a～9d的另一端分别与一下连接轴6固接。
本发明机械手，当四条支链中的四个下连接轴6产生相同平动时，所述动平台7实现三维平动自由度；当每对相对位置的两个摆杆相对于所述中心板8转动时，通过与每个摆杆相连的连杆带动位于螺杆11上两个旋向相反的螺母12a和12b相对于所述中心板8上下移动，进而使所述螺杆11产生转动。
本发明与现有技术相比，其不同点在于：
本发明中的动平台由一个中心板、四个摆杆、四个连杆、两个螺母和一个螺杆以及固接于螺杆一端的吸盘组成，构成了两个平面六杆机构。该动平台运动灵活，受力均匀，运动精度高。
尽管上面结合附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，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种可实现四自由度高速并联机械手，包括固定架(2)、动平台(7)以及布置在所述固定架(2)与动平台(7)之间的呈中心对称布置的四条结构相同的支链，所述固定架(2)上安装有四个驱动装置(1)，每条支链由近架杆(3)、上连接轴(4)、两个相互平行且等长的远架杆(5a、5b)和下连接轴(6)构成；
四条支链中，所有近架杆(3)的一端分别一一对应的与安装在固定架(2)上的四个驱动装置(1)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，两个相互平行且等长的远架杆(5a、5b)的一端分别通过球铰链与所述上连接轴(4)球铰接，两个相互平行且等长的远架杆(5a、5b)的另一端分别通过球铰链与所述下连接轴(6)球铰接；每条支链上的所述下连接轴(6)、所述上连接轴(4)和两个相互平行且等长的远架杆(5a、5b)构成一平行四边形结构，在驱动装置(1)的驱动下，所述平行四边形结构带动所述下连接轴(6)产生平动；
其特征在于：
所述动平台(7)包括一个中心板(8)、四个摆杆(9a～9d)、两个螺母(12a、12b)和一个螺杆(11)以及固接于螺杆(11)一端的吸盘(13)，所述螺杆(11)通过转动副与所述中心板(8)连接，所述螺杆(11)上包括位于中心板(8)上部和下部的两段旋向相反的螺纹段，该两螺纹段上分别设有一螺母，四个摆杆(9a～9d)按照放射状均布在所述中心板(8)的四周，四个摆杆形成了两对相对位置的摆杆，每个摆杆的一端均分别通过第一转动副与所述中心板(8)连接，第一转动副的轴线均与所述螺杆(11)的轴线垂直，四个摆杆中，一对相对位置的两个摆杆分别通过第二转动副各与一连杆转动连接，所述两个连杆与同一螺母转动连接，另一对相对位置的两个摆杆分别通过第二转动副各与另一连杆转动连接，所述另两个连杆共同与另一螺母转动连接，同一支链中所述第二转动副的轴线与所述第一转动副的轴线平行；每对相对位置的摆杆、与该对相对位置摆杆相连的两个连杆和中心板、与该两个连杆相连的一个螺母组成一平面六杆机构；每个摆杆的另一端分别与一下连接轴(6)固接；
当四条支链中的四个下连接轴(6)产生相同平动时，所述动平台(7)实现三维平动自由度；当每对相对位置的两个摆杆相对于所述中心板(8)转动时，通过连杆带动两个螺母相对于所述中心板上下移动，进而使所述螺杆(11)产生转动。
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