CN104690718B - 齿轮传动空间四活动度机械手 - Google Patents

Abstract

齿轮传动空间四活动度机械手，包括机架、第一支链、第二支链、第三支链、第四、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和平动台机构。第一支链、第二支链、第三支链和第四支链分别在第一电机、第二电机、第三电机和第四电机的驱动下可实现各自支链中两根齿条的同步升降运动。所述齿轮传动空间四活动度机械手可实现平动台机构在空间上四活动度的运动。本发明结构简单、紧凑，具有占地空间小，动作灵活等优点。

Description

齿轮传动空间四活动度机械手

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，特别是齿轮传动空间四活动度机械手。

背景技术

自20世纪50年代起，机器人便应用于工业领域，现已在工业领域发挥了极大的作用，有效降低了工厂的生产成本，提高了生产效率。工业上应用机器人有很多方面，如焊接、装配、码垛、抓取等。应用在不同领域的机器人所采用的机械结构也大不相同，焊接机器人需要五或六轴来实现末端焊枪的空间曲线运动，而码垛机器人则只需要四轴就可以完成生产线上物品的码垛任务。在工业应用领域里，有这么一类工作任务，它需要将物品从一个地方摆放到另一个地方，而在摆放的过程中不需要使物品发生倾斜运动。根据实际的需求可将这类机器人分为四种：第一种是平面内的抓取，即只需完成物品在平面内的两平动运动；第二种是在完成两平动运动的基础上还需将物品旋转一个角度；第三种是要完成物品在空间上的三平动运动；第四种是在完成三平动的基础上还需将物品旋转一个角度。为了减少机器人的自由度，一般采用关节连接方式再加一组或多组平行四边形结构来实现机器人末端执行器的水平运动，市场上码垛机器人和高速抓取并联机器人多采用这类结构。但这类结构因需要安装在关节式的机器人上，固造成机器人结构臃肿、占地空间大。本发明采用四条支链联接机架和平动台机构，每条支链可实现两根齿条的同步运动，平动台机构可完成在空间上四活动度的运动，具有结构紧凑、占地空间小、高负载能力等优点。本发明可完成上述第四种机器人三平动一转动的工作任务。市场上此类机器人可参考公开号为CN102152306B的中国授权发明专利。

发明内容

本发明的目的在于提供齿轮传动空间四活动度机械手，可实现平动台机构的空间四活动度的运动。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：齿轮传动空间四活动度机械手，包括机架、第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和平动台机构。

所述第一支链的第一支架通过第一转动副与机架联接，第一支链的第一连接轴通过第二转动副与平动台机构的第一平动杆联接，第二支链的第二支架通过第三转动副与机架联接，第二支链的第二连接轴通过第四转动副与平动台机构的第一平动杆联接，第三支链的第三支架通过第五转动副与机架联接，第三支链的第三连接轴通过第六转动副与平动台机构的第二平动杆联接，第四支链的第四支架通过第七转动副与机架联接，第四支链的第四连接轴通过第八转动副与平动台机构的第二平动杆联接。

所述第一支链包括第一支架、第一零一齿轮、第一零二齿轮、第一零三齿轮、第一零一连架杆、第一零二连架杆、第一连杆、第一零一齿条、第一零二齿条和第一连接轴，第一零一齿轮通过第一零一转动副与第一支架联接，第一零一齿轮通过第一零一齿轮副与第一零二齿轮联接，第一零一齿轮通过第一零二齿轮副与第一零一齿条联接，第一零二齿轮通过第一零二转动副与第一支架联接，第一零二齿轮通过第一零三齿轮副与第一零三齿轮联接，第一零三齿轮通过第一零三转动副与第一支架联接，第一零三齿轮通过第一零四齿轮副与第一零二齿条联接，第一零一齿条通过第一零一移动副与第一零一连架杆联接，第一零一齿条通过第一零四转动副与第一连接轴联接，第一零二齿条通过第一零二移动副与第一零二连架杆联接，第一零二齿条通过第一零五转动副与第一连接轴联接，第一零一连架杆通过第一零六转动副与第一支架联接，第一零一连架杆通过第一零七转动副与第一连杆联接，第一零二连架杆通过第一零八转动副与第一支架联接，第一零二连架杆通过第一零九转动副与第一连杆联接。

所述第二支链包括第二支架、第二零一齿轮、第二零二齿轮、第二零三齿轮、第二零一连架杆、第二零二连架杆、第二连杆、第二零一齿条、第二零二齿条和第二连接轴，第二零一齿轮通过第二零一转动副与第二支架联接，第二零一齿轮通过第二零一齿轮副与第二零二齿轮联接，第二零一齿轮通过第二零二齿轮副与第二零一齿条联接，第二零二齿轮通过第二零二转动副与第二支架联接，第二零二齿轮通过第二零三齿轮副与第二零三齿轮联接，第二零三齿轮通过第二零三转动副与第二支架联接，第二零三齿轮通过第二零四齿轮副与第二零二齿条联接，第二零一齿条通过第二零一移动副与第二零一连架杆联接，第二零一齿条通过第二零四转动副与第二连接轴联接，第二零二齿条通过第二零二移动副与第二零二连架杆联接，第二零二齿条通过第二零五转动副与第二连接轴联接，第二零一连架杆通过第二零六转动副与第二支架联接，第二零一连架杆通过第二零七转动副与第二连杆联接，第二零二连架杆通过第二零八转动副与第二支架联接，第二零二连架杆通过第二零九转动副与第二连杆联接。

所述第三支链包括第三支架、第三零一齿轮、第三零二齿轮、第三零三齿轮、第三零一连架杆、第三零二连架杆、第三连杆、第三零一齿条、第三零二齿条和第三连接轴，第三零一齿轮通过第三零一转动副与第三支架联接，第三零一齿轮通过第三零一齿轮副与第三零二齿轮联接，第三零一齿轮通过第三零二齿轮副与第三零一齿条联接，第三零二齿轮通过第三零二转动副与第三支架联接，第三零二齿轮通过第三零三齿轮副与第三零三齿轮联接，第三零三齿轮通过第三零三转动副与第三支架联接，第三零三齿轮通过第三零四齿轮副与第三零二齿条联接，第三零一齿条通过第三零一移动副与第三零一连架杆联接，第三零一齿条通过第三零四转动副与第三连接轴联接，第三零二齿条通过第三零二移动副与第三零二连架杆联接，第三零二齿条通过第三零五转动副与第三连接轴联接，第三零一连架杆通过第三零六转动副与第三支架联接，第三零一连架杆通过第三零七转动副与第三连杆联接，第三零二连架杆通过第三零八转动副与第三支架联接，第三零二连架杆通过第三零九转动副与第三连杆联接。

所述第四支链包括第四支架、第四零一齿轮、第四零二齿轮、第四零三齿轮、第四零一连架杆、第四零二连架杆、第四连杆、第四零一齿条、第四零二齿条和第四连接轴，第四零一齿轮通过第四零一转动副与第四支架联接，第四零一齿轮通过第四零一齿轮副与第四零二齿轮联接，第四零一齿轮通过第四零二齿轮副与第四零一齿条联接，第四零二齿轮通过第四零二转动副与第四支架联接，第四零二齿轮通过第四零三齿轮副与第四零三齿轮联接，第四零三齿轮通过第四零三转动副与第四支架联接，第四零三齿轮通过第四零四齿轮副与第四零二齿条联接，第四零一齿条通过第四零一移动副与第四零一连架杆联接，第四零一齿条通过第四零四转动副与第四连接轴联接，第四零二齿条通过第四零二移动副与第四零二连架杆联接，第四零二齿条通过第四零五转动副与第四连接轴联接，第四零一连架杆通过第四零六转动副与第四支架联接，第四零一连架杆通过第四零七转动副与第四连杆联接，第四零二连架杆通过第四零八转动副与第四支架联接，第四零二连架杆通过第四零九转动副与第四连杆联接。

所述平动台机构包括第一平动杆、第二平动杆、第三平动杆和第四平动杆，第一平动杆通过第五零一转动副与第三平动杆联接，第三平动杆通过第五零二转动副与第二平动杆联接，第二平动杆通过第五零三转动副与第四平动杆联接，第四平动杆通过第五零四转动副与第一平动杆联接。

本发明的突出优点在于：

1、四条对称布置支链实现平动台机构的空间四活动度的运动，机构整体结构紧凑，占地空间小；

2、机械手惯量小、运动学与动力学性能好。

附图说明

图1为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手的结构示意图。

图2为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第一支链结构示意图。

图3为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第二支链结构示意图。

图4为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第三支链结构示意图。

图5为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第四支链结构示意图。

图6为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第一支链的第一支架示意图。

图7为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第二支链的第二支架示意图。

图8为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第三支链的第三支架示意图。

图9为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第四支链的第四支架示意图。

图10为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第一支链的第一零一连架杆和第一零二连架杆示意图。

图11为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第二支链的第二零一连架杆和第二零二连架杆示意图。

图12为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第三支链的第三零一连架杆和第三零二连架杆示意图。

图13为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手第四支链的第四零一连架杆和第四零二连架杆示意图。

图14为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手平动台机构的示意图。

图15为本发明所述齿轮传动空间四活动度机械手的运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8 、图9、图10、图11、图12、图13和图14，齿轮传动空间四活动度机械手，包括机架1、第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、第一电机2、第二电机3、第三电机4、第四电机5和平动台机构。

所述第一支链的第一支架102通过第一转动副101与机架1联接，第一支链的第一连接轴111通过第二转动副505与平动台机构的第一平动杆501联接，第二支链的第二支架202通过第三转动副201与机架1联接，第二支链的第二连接轴211通过第四转动副508与平动台机构的第一平动杆501联接，第三支链的第三支架302通过第五转动副301与机架1联接，第三支链的第三连接轴311通过第六转动副507与平动台机构的第二平动杆502联接，第四支链的第四支架402通过第七转动副401与机架1联接，第四支链的第四连接轴411通过第八转动副506与平动台机构的第二平动杆502联接。

所述第一支链包括第一支架102、第一零一齿轮103、第一零二齿轮104、第一零三齿轮105、第一零一连架杆108、第一零二连架杆109、第一连杆110、第一零一齿条106、第一零二齿条107和第一连接轴111，第一零一齿轮103通过第一零一转动副112与第一支架102联接，第一零一齿轮103通过第一零一齿轮副117与第一零二齿轮104联接，第一零一齿轮103通过第一零二齿轮副118与第一零一齿条106联接，第一零二齿轮104通过第一零二转动副113与第一支架102联接，第一零二齿轮104通过第一零三齿轮副119与第一零三齿轮105联接，第一零三齿轮105通过第一零三转动副114与第一支架102联接，第一零三齿轮105通过第一零四齿轮副120与第一零二齿条107联接，第一零一齿条106通过第一零一移动副121与第一零一连架杆108联接，第一零一齿条106通过第一零四转动副125与第一连接轴111联接，第一零二齿条107通过第一零二移动副122与第一零二连架杆109联接，第一零二齿条107通过第一零五转动副126与第一连接轴111联接，第一零一连架杆108通过第一零六转动副115与第一支架102联接，第一零一连架杆108通过第一零七转动副123与第一连杆110联接，第一零二连架杆109通过第一零八转动副116与第一支架102联接，第一零二连架杆109通过第一零九转动副124与第一连杆110联接。

所述第二支链包括第二支架202、第二零一齿轮203、第二零二齿轮204、第二零三齿轮205、第二零一连架杆208、第二零二连架杆209、第二连杆210、第二零一齿条206、第二零二齿条207和第二连接轴211，第二零一齿轮203通过第二零一转动副212与第二支架202联接，第二零一齿轮203通过第二零一齿轮副217与第二零二齿轮204联接，第二零一齿轮203通过第二零二齿轮副218与第二零一齿条206联接，第二零二齿轮204通过第二零二转动副213与第二支架202联接，第二零二齿轮204通过第二零三齿轮副219与第二零三齿轮205联接，第二零三齿轮205通过第二零三转动副214与第二支架202联接，第二零三齿轮205通过第二零四齿轮副220与第二零二齿条207联接，第二零一齿条206通过第二零一移动副221与第二零一连架杆208联接，第二零一齿条206通过第二零四转动副225与第二连接轴211联接，第二零二齿条207通过第二零二移动副222与第二零二连架杆209联接，第二零二齿条207通过第二零五转动副226与第二连接轴211联接，第二零一连架杆208通过第二零六转动副215与第二支架202联接，第二零一连架杆208通过第二零七转动副223与第二连杆210联接，第二零二连架杆209通过第二零八转动副216与第二支架202联接，第二零二连架杆209通过第二零九转动副224与第二连杆210联接。

所述第三支链包括第三支架302、第三零一齿轮303、第三零二齿轮304、第三零三齿轮305、第三零一连架杆308、第三零二连架杆309、第三连杆310、第三零一齿条306、第三零二齿条307和第三连接轴311，第三零一齿轮303通过第三零一转动副312与第三支架302联接，第三零一齿轮303通过第三零一齿轮副317与第三零二齿轮304联接，第三零一齿轮303通过第三零二齿轮副318与第三零一齿条306联接，第三零二齿轮304通过第三零二转动副313与第三支架302联接，第三零二齿轮304通过第三零三齿轮副319与第三零三齿轮305联接，第三零三齿轮305通过第三零三转动副314与第三支架302联接，第三零三齿轮305通过第三零四齿轮副320与第三零二齿条307联接，第三零一齿条306通过第三零一移动副321与第三零一连架杆308联接，第三零一齿条306通过第三零四转动副325与第三连接轴311联接，第三零二齿条307通过第三零二移动副322与第三零二连架杆309联接，第三零二齿条307通过第三零五转动副326与第三连接轴311联接，第三零一连架杆308通过第三零六转动副315与第三支架302联接，第三零一连架杆308通过第三零七转动副323与第三连杆310联接，第三零二连架杆309通过第三零八转动副316与第三支架302联接，第三零二连架杆309通过第三零九转动副324与第三连杆310联接。

所述第四支链包括第四支架402、第四零一齿轮403、第四零二齿轮404、第四零三齿轮405、第四零一连架杆408、第四零二连架杆409、第四连杆410、第四零一齿条406、第四零二齿条407和第四连接轴411，第四零一齿轮403通过第四零一转动副412与第四支架402联接，第四零一齿轮403通过第四零一齿轮副417与第四零二齿轮404联接，第四零一齿轮403通过第四零二齿轮副418与第四零一齿条406联接，第四零二齿轮404通过第四零二转动副413与第四支架402联接，第四零二齿轮404通过第四零三齿轮副419与第四零三齿轮405联接，第四零三齿轮405通过第四零三转动副414与第四支架402联接，第四零三齿轮405通过第四零四齿轮副420与第四零二齿条407联接，第四零一齿条406通过第四零一移动副421与第四零一连架杆408联接，第四零一齿条406通过第四零四转动副425与第四连接轴411联接，第四零二齿条407通过第四零二移动副422与第四零二连架杆409联接，第四零二齿条407通过第四零五转动副426与第四连接轴411联接，第四零一连架杆408通过第四零六转动副415与第四支架402联接，第四零一连架杆408通过第四零七转动副423与第四连杆410联接，第四零二连架杆409通过第四零八转动副416与第四支架402联接，第四零二连架杆409通过第四零九转动副424与第四连杆410联接。

所述平动台机构包括第一平动杆501、第二平动杆502、第三平动杆503和第四平动杆504，第一平动杆501通过第五零一转动副509与第三平动杆503联接，第三平动杆503通过第五零二转动副510与第二平动杆502联接，第二平动杆502通过第五零三转动副511与第四平动杆504联接，第四平动杆504通过第五零四转动副512与第一平动杆501联接。

所述第一电机2驱动第一支链的第一零二齿轮104运动，第二电机3驱动第二支链的第二零二齿轮204运动，第三电机4驱动第三支链的第三零二齿轮304运动，第四电机5驱动第四支链的第四零二齿轮404运动，可实现平动台机构的空间四活动度的运动。

对照图15，所示为齿轮传动空间四活动度机械手运动的某一瞬间的示意图。

Claims (1)

1.齿轮传动空间四活动度机械手，包括机架、第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和平动台机构，其特征在于：

所述第一支链的第一支架通过第一转动副与机架联接，第一支链的第一连接轴通过第二转动副与平动台机构的第一平动杆联接，第二支链的第二支架通过第三转动副与机架联接，第二支链的第二连接轴通过第四转动副与平动台机构的第一平动杆联接，第三支链的第三支架通过第五转动副与机架联接，第三支链的第三连接轴通过第六转动副与平动台机构的第二平动杆联接，第四支链的第四支架通过第七转动副与机架联接，第四支链的第四连接轴通过第八转动副与平动台机构的第二平动杆联接，

所述第一支链包括第一支架、第一零一齿轮、第一零二齿轮、第一零三齿轮、第一零一连架杆、第一零二连架杆、第一连杆、第一零一齿条、第一零二齿条和第一连接轴，第一零一齿轮通过第一零一转动副与第一支架联接，第一零一齿轮通过第一零一齿轮副与第一零二齿轮联接，第一零一齿轮通过第一零二齿轮副与第一零一齿条联接，第一零二齿轮通过第一零二转动副与第一支架联接，第一零二齿轮通过第一零三齿轮副与第一零三齿轮联接，第一零三齿轮通过第一零三转动副与第一支架联接，第一零三齿轮通过第一零四齿轮副与第一零二齿条联接，第一零一齿条通过第一零一移动副与第一零一连架杆联接，第一零一齿条通过第一零四转动副与第一连接轴联接，第一零二齿条通过第一零二移动副与第一零二连架杆联接，第一零二齿条通过第一零五转动副与第一连接轴联接，第一零一连架杆通过第一零六转动副与第一支架联接，第一零一连架杆通过第一零七转动副与第一连杆联接，第一零二连架杆通过第一零八转动副与第一支架联接，第一零二连架杆通过第一零九转动副与第一连杆联接，

所述第二支链包括第二支架、第二零一齿轮、第二零二齿轮、第二零三齿轮、第二零一连架杆、第二零二连架杆、第二连杆、第二零一齿条、第二零二齿条和第二连接轴，第二零一齿轮通过第二零一转动副与第二支架联接，第二零一齿轮通过第二零一齿轮副与第二零二齿轮联接，第二零一齿轮通过第二零二齿轮副与第二零一齿条联接，第二零二齿轮通过第二零二转动副与第二支架联接，第二零二齿轮通过第二零三齿轮副与第二零三齿轮联接，第二零三齿轮通过第二零三转动副与第二支架联接，第二零三齿轮通过第二零四齿轮副与第二零二齿条联接，第二零一齿条通过第二零一移动副与第二零一连架杆联接，第二零一齿条通过第二零四转动副与第二连接轴联接，第二零二齿条通过第二零二移动副与第二零二连架杆联接，第二零二齿条通过第二零五转动副与第二连接轴联接，第二零一连架杆通过第二零六转动副与第二支架联接，第二零一连架杆通过第二零七转动副与第二连杆联接，第二零二连架杆通过第二零八转动副与第二支架联接，第二零二连架杆通过第二零九转动副与第二连杆联接，

所述第三支链包括第三支架、第三零一齿轮、第三零二齿轮、第三零三齿轮、第三零一连架杆、第三零二连架杆、第三连杆、第三零一齿条、第三零二齿条和第三连接轴，第三零一齿轮通过第三零一转动副与第三支架联接，第三零一齿轮通过第三零一齿轮副与第三零二齿轮联接，第三零一齿轮通过第三零二齿轮副与第三零一齿条联接，第三零二齿轮通过第三零二转动副与第三支架联接，第三零二齿轮通过第三零三齿轮副与第三零三齿轮联接，第三零三齿轮通过第三零三转动副与第三支架联接，第三零三齿轮通过第三零四齿轮副与第三零二齿条联接，第三零一齿条通过第三零一移动副与第三零一连架杆联接，第三零一齿条通过第三零四转动副与第三连接轴联接，第三零二齿条通过第三零二移动副与第三零二连架杆联接，第三零二齿条通过第三零五转动副与第三连接轴联接，第三零一连架杆通过第三零六转动副与第三支架联接，第三零一连架杆通过第三零七转动副与第三连杆联接，第三零二连架杆通过第三零八转动副与第三支架联接，第三零二连架杆通过第三零九转动副与第三连杆联接，

所述第四支链包括第四支架、第四零一齿轮、第四零二齿轮、第四零三齿轮、第四零一连架杆、第四零二连架杆、第四连杆、第四零一齿条、第四零二齿条和第四连接轴，第四零一齿轮通过第四零一转动副与第四支架联接，第四零一齿轮通过第四零一齿轮副与第四零二齿轮联接，第四零一齿轮通过第四零二齿轮副与第四零一齿条联接，第四零二齿轮通过第四零二转动副与第四支架联接，第四零二齿轮通过第四零三齿轮副与第四零三齿轮联接，第四零三齿轮通过第四零三转动副与第四支架联接，第四零三齿轮通过第四零四齿轮副与第四零二齿条联接，第四零一齿条通过第四零一移动副与第四零一连架杆联接，第四零一齿条通过第四零四转动副与第四连接轴联接，第四零二齿条通过第四零二移动副与第四零二连架杆联接，第四零二齿条通过第四零五转动副与第四连接轴联接，第四零一连架杆通过第四零六转动副与第四支架联接，第四零一连架杆通过第四零七转动副与第四连杆联接，第四零二连架杆通过第四零八转动副与第四支架联接，第四零二连架杆通过第四零九转动副与第四连杆联接，

所述平动台机构包括第一平动杆、第二平动杆、第三平动杆和第四平动杆，第一平动杆通过第五零一转动副与第三平动杆联接，第三平动杆通过第五零二转动副与第二平动杆联接，第二平动杆通过第五零三转动副与第四平动杆联接，第四平动杆通过第五零四转动副与第一平动杆联接。