CN103846910A

CN103846910A - 四自由度高速并联机械手

Info

Publication number: CN103846910A
Application number: CN201410073121.9A
Authority: CN
Inventors: 赵学满; 王攀峰
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明公开了一种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呈中心对称布置的四条结构相同的支链，固定架上安装有四个驱动装置，每条支链各含一平行四边形结构。动平台包括一个中心板、两个摆杆、一个丝杠和一个吸盘，丝杠的一端与中心板之间通过第一转动副连接，丝杠上设有一螺母；中心板上相对的两侧分别通过转动副与两个摆杆的一端连接，每个摆杆均分别通过一连杆连接至螺母，连杆与其两端的摆杆和螺母之间的连接均分别采用一第二转动副连接，构成一平面六杆机构，在驱动装置的作用下，动平台实现变形运动，经螺母丝杠的配合作用，实现吸盘的旋转运动。该动平台运动灵活，受力均匀，运动精度高。

Description

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四自由度高速并联机械手，其中的动平台力传递效果好，使用寿命长且设计巧妙。

本发明一种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上所述连接轴固接，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。

本发明中，所述动平台包括一个中心板、两个摆杆、一个丝杠和一个吸盘，所述丝杠的一端与所述中心板之间通过第一转动副连接，所述丝杠上设有一螺母，所述吸盘与所述丝杠的另一端固接；所述中心板上相对的两侧分别通过转动副与两个摆杆的一端连接，每个摆杆均分别通过一连杆连接至所述螺母，所述连杆与其两端的摆杆和螺母之间的连接均分别采用一第二转动副连接，上述第一转动副的回转轴线和第二转动副的回转轴线相互平行，上述两个摆杆、与该两个摆杆相连的两个连杆和中心板、与该两个连杆相连的螺母组成了一平面六杆机构，所述丝杠轴线所在的平面与该平面六杆机构所在的平面重合；所述中心板的两端和两个摆杆的另一端均分别各自与四条支链中的下连接轴固连。

所述近架杆在驱动装置的驱动下转动，通过两个相互平行且等长的远架杆带动，下连接轴产生平动。当四个所述下连接轴产生相同平动时，动平台可实现三维平动自由度。当两个摆杆相对于中心板转动时，通过所述连杆带动螺母相对于中心板移动，进而使所述丝杠产生转动。

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械手中的动平台结构采用了平面六杆机构，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是本发明四自由度高速并联机械手的整体结构示意图；

图2是动平台的示意图

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～9b–摆杆，10a～10b–连杆，11-螺母，12-丝杠，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的另一端与上所述连接轴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。

如图2所示，所述动平台7包括一个中心板8、两个摆杆9a～9b、一个丝杠12和一个吸盘13，所述丝杠12的一端与所述中心板8之间通过第一转动副连接，所述丝杠12上设有一螺母11，所述吸盘13与所述丝杠12的另一端固接。

所述中心板8上包括相对的两侧和与相对的两侧垂直的相对的两端。所述中心板8上相对的两侧分别通过转动副与两个摆杆的一端连接，每个摆杆均分别通过一连杆连接至所述螺母11，所述连杆与其两端的摆杆和螺母之间的连接均分别采用一第二转动副连接，上述第一转动副的回转轴线和第二转动副的回转轴线相互平行，上述两个摆杆9a、9b、与该两个摆杆9a、9b相连的两个连杆10a、10b和中心板、与该两个连杆10a、10b相连的螺母11组成了一平面六杆机构，所述丝杠12轴线所在的平面与该平面六杆机构所在的平面重合。

两个摆杆9a、9b的另一端（即末端）和所述中心板8上相对的两端均分别各自与四条支链中的一下连接轴6固连。

所述近架杆3在驱动装置的驱动下转动，通过两个远架杆5a、5b带动下连接轴6产生平动。当四个下连接轴6产生相同平动时，本发明中的动平台7可实现三维平动自由度。当两个所述摆杆9a、9b相对于中心板8转动时，通过两个连杆10a、10b带动螺母11相对于中心板8移动，进而使所述丝杠12产生转动，最终实现吸盘13产生转动。

本发明与现有技术相比，其不同点在于：

本发明的动平台由一个中心板、两个摆杆、两个连杆、一个螺母和一个丝杠以及固接于丝杠一端的吸盘组成，构成一平面六杆机构。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

1.一种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）的另一端与上所述连接轴（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；

其特征在于：

所述动平台（7）包括一个中心板（8）、两个摆杆（9a～9b）、一个丝杠（12）和一个吸盘（13），所述丝杠（12）的一端与所述中心板（8）之间通过第一转动副连接，所述丝杠（12）上设有一螺母（11），所述吸盘（13）与所述丝杠（12）的另一端固接；

所述中心板（8）上相对的两侧分别通过转动副与两个摆杆的一端连接，每个摆杆均分别通过一连杆连接至所述螺母（11），所述连杆与其两端的摆杆和螺母之间的连接均分别采用一第二转动副连接，上述第一转动副的回转轴线和第二转动副的回转轴线相互平行，上述两个摆杆（9a、9b）、与该两个摆杆（9a、9b）相连的两个连杆（10a、10b）和中心板、与该两个连杆（10a、10b）相连的螺母（11）组成了一平面六杆机构；

所述中心板（8）的两端和两个摆杆的另一端均分别各自与四条支链中的下连接轴（6）固连。