CN105710866B - 一种具有嵌套结构的四自由度并联机械手 - Google Patents
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Abstract
一种具有嵌套结构的四自由度并联机械手，其包括内外两个结构相同的并联机构，所述两个并联机构由下平台、上平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，内外并联机构的上平台和下平台分别平行，每个活动分支均包括一个与下平台相连的转动副、一个球副、一个与上平台相连的转动副以及连接它们的连杆，末端手爪与内并联机构上平台固定连接，其中部通过一个转动副与外并联机构上平台连接，其绕自身轴线的转动由驱动连杆驱动。本发明所有的驱动都可以安装机架上，具有运动范围大，刚度大，可以实现整周回转等优点。
Description
技术领域 本发明属于机器人领域，特别涉及一种机械手。
背景技术 具有三个转动自由度和一个移动自由度的机械手在机械工业领域具有广泛的应用。
传统的机械手一般都是串联结构，其末端执行器姿态灵活，但因悬臂结构使承载能力相对较弱，且其驱动装置通常都要布置在关节处，影响了机构的运动学和动力学特性。而在实际的生产过程中，要求机械手在工作时具有较高的精度、速度和加速度性能。并联机构无累积误差，且驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，理论上具有速度快、精度高、刚度大等优势。
目前，已有一些学者设计出具有三转一移自由度的并联机构，如中国专利公开号为CN105108734A的一种三转一移完全各向同性并联机器人机构，中国专利公开号为CN103383827B的一种三转一移四自由度重载静平衡并联运动模拟台机构，但上述机构均不能实现整周回转。为充分发挥并联机构的优势，同时又可以实现抓取、放置和回转等动作，需设计一种新型的机器人。
发明内容 本发明的目的在于提供一种运动部分重量轻、速度高、动态性能好，没有累积误差、运动精度较高、可以实现末端手爪整周回转的具有嵌套结构的四自由度并联机械手。
本发明包括两个结构相同的内并联机构和外并联机构，所述两个并联机构均由下平台、上平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，上述内外两个并联机构的下平台相互平行；上述每个活动分支中的下连杆的一端通过下转动副与下平台连接，该下连杆的另一端通过球副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过上转动副与上平台连接，上述内外两个并联机构的上平台相互平行；上述每个分支中的下转动副、上转动副分别与其所连接的下平台、上平台水平布置或倾斜布置，当倾斜布置时倾斜角度相等；末端手爪连杆和下平台连杆有以下三种连接方式。
第一种连接方式，末端手爪连杆与内并联机构上平台固定连接，该末端手爪连杆通过转动副与外并联机构上平台连接；下平台连杆与内并联机构下平台固定连接，该下平台连杆通过转动副与外并联机构下平台连接。
第二种连接方式，末端手爪连杆与内并联机构上平台固定连接，该末端手爪连杆通过转动副与外并联机构上平台连接；下平台连杆与外并联机构下平台固定连接，该下平台连杆通过转动副与内并联机构下平台连接。
第三种连接方式，末端手爪连杆通过转动副与内并联机构上平台连接，该末端手爪连杆与外并联机构上平台固定连接；下平台连杆与内并联机构下平台固定连接，该下平台连杆通过转动副与外并联机构下平台连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、驱动装置可以布置在接近机架的位置，运动部分重量轻、速度高、动态性能好，没有累积误差、运动精度较高；
2、末端机械手具有较大的运动范围，且可以实现不受限制的整周回转，具有广阔的应用前景。
附图说明：
图1是本发明实施例1的立体示意图。
图2是本发明实施例2的立体示意图。
图3是本发明实施例3的立体示意图。
图4是本发明实施例4的立体示意图。
图5是本发明实施例5的立体示意图。
图6是本发明实施例6的立体示意图。
具体实施方式：
实施例1
在图1所示的具有嵌套结构的四自由度并联机械手立体示意图中，两个结构相同的内并联机构和外并联机构均由上、下平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，上述内、外两个并联机构的下平台相互平行，下平台连杆5与内并联机构下平台6固定连接，该下平台连杆5通过转动副R5与外并联机构下平台1连接；外并联机构的每一个活动分支中的下连杆2的一端通过下转动副R1与外并联机构下平台连接，该下连杆2的另一端通过球副S1与上连杆3的一端连接，该上连杆3的另一端通过上转动副R2与外并联机构上平台4连接，上述下转动副R1与外并联机构下平台1平行布置，上转动副R2与外并联机构上平台4平行布置；内并联机构的每一个活动分支中的下连杆7的一端通过下转动副R3与内并联机构下平台6连接，该下连杆7的另一端通过球副S2与上连杆8的一端连接，该上连杆8的另一端通过上转动副R4与内并联机构上平台9连接，上述下转动副R3与内并联机构下平台6平行布置，上转动副R4与内并联机构上平台9平行布置；上述内、外两个并联机构的上平台相互平行，末端手爪连杆10与内并联机构上平台固定连接，该末端手爪连杆通过转动副R6与外并联机构上平台连接。
实施例2
如图2所示，两个结构相同的内并联机构和外并联机构均由上、下平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，下平台连杆5与外并联机构下平台1固定连接，该下平台连杆通过转动副R5与内并联机构下平台6连接；其它部件与连接关系与实施例1相同。
实施例3
如图3所示，两个结构相同的内并联机构和外并联机构均由上、下平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，下平台连杆5与内并联机构下平台6固定连接，该下平台连杆通过转动副R5与外并联机构下平台1连接；末端手爪连杆10通过转动副R6与内并联机构上平台9连接，该末端手爪连杆与外并联机构上平台4固定连接；其它部件与连接关系与实施例1相同。
实施例4
如图4所示，两个结构相同的内并联机构和外并联机构均由上、下平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，上述内、外两个并联机构的下平台相互平行，下平台连杆5与内并联机构下平台6固定连接，该下平台连杆通过转动副R5与外并联机构下平台1连接；外并联机构的每一个活动分支中的下连杆2的一端通过下转动副R1与外并联机构下平台连接，该下连杆的另一端通过球副S1与上连杆3的一端连接，该上连杆的另一端通过上转动副R2与外并联机构上平台4连接，上述转动副R1、转动副R2分别与外并联机构下平台1、外并联机构上平台4倾斜布置，且倾斜角度相等；内并联机构的每一个活动分支中的下连杆7的一端通过下转动副R3与内并联机构下平台连接，该下连杆的另一端通过球副S2与上连杆8的一端连接，该上连杆的另一端通过上转动副R4与内并联机构上平台9连接，上述转动副R3、转动副R4分别与内并联机构下平台6、内并联机构上平台9倾斜布置，且倾斜角度相等；上述内、外两个并联机构的上平台相互平行；末端手爪连杆10与内并联机构上平台固定连接，该末端手爪连杆通过转动副R6与外并联机构上平台连接。
实施例5
如图5所示，两个结构相同的内并联机构和外并联机构均由上、下平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，下平台连杆5与外并联机构下平台1固定连接，该下平台连杆通过转动副R5与内并联机构下平台6连接；其它部件与连接关系与实施例4相同。
实施例6
如图6所示，两个结构相同的内并联机构和外并联机构均由上、下平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，下平台连杆5与内并联机构下平台6固定连接，该下平台连杆通过转动副R5与外并联机构下平台1连接；末端手爪连杆10通过转动副R6与内并联机构上平台9连接，该末端手爪连杆与外并联机构上平台4固定连接；其它部件与连接关系与实施例4相同。
Claims (6)
1.一种具有嵌套结构的四自由度并联机械手，其包括两个结构相同的内并联机构和外并联机构，其特征在于：所述两个并联机构均由下平台、上平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，上述内外两个并联机构的下平台相互平行；上述每个活动分支中的下连杆的一端通过下转动副与下平台连接，该下连杆的另一端通过球副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过上转动副与上平台连接，上述内外两个并联机构的上平台相互平行，所述每个分支中的下转动副、上转动副分别与其所连接的下平台、上平台平行布置；末端手爪连杆与内并联机构的上平台固定连接，该末端手爪连杆通过转动副与外并联机构上平台连接；下平台连杆与内并联机构下平台固定连接，该下平台连杆通过转动副与外并联机构的下平台连接。
2.一种具有嵌套结构的四自由度并联机械手，其包括两个结构相同的内并联机构和外并联机构，其特征在于：所述两个并联机构均由下平台、上平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，上述内外两个并联机构的下平台相互平行；上述每个活动分支中的下连杆的一端通过下转动副与下平台连接，该下连杆的另一端通过球副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过上转动副与上平台连接，上述内外两个并联机构的上平台相互平行，所述每个分支中的下转动副、上转动副分别与其所连接的下平台、上平台平行布置；末端手爪连杆与内并联机构的上平台固定连接，该末端手爪连杆通过转动副与外并联机构的上平台连接；下平台连杆与外并联机构的下平台固定连接，该下平台连杆通过转动副与内并联机构的下平台连接。
3.一种具有嵌套结构的四自由度并联机械手，其包括两个结构相同的内并联机构和外并联机构，其特征在于：所述两个并联机构均由下平台、上平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，上述内外两个并联机构的下平台相互平行；上述每个活动分支中的下连杆的一端通过下转动副与下平台连接，该下连杆的另一端通过球副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过上转动副与上平台连接，上述内外两个并联机构的上平台相互平行，所述每个分支中的下转动副、上转动副分别与其所连接的下平台、上平台平行布置或倾斜布置且倾斜角度需相等；末端手爪连杆通过转动副与内并联机构的上平台连接，该末端手爪连杆与外并联机构的上平台固定连接；下平台连杆与内并联机构的下平台固定连接，该下平台连杆通过转动副与外并联机构的下平台连接。
4.一种具有嵌套结构的四自由度并联机械手，其包括两个结构相同的内并联机构和外并联机构，其特征在于：所述两个并联机构均由下平台、上平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，上述内外两个并联机构的下平台相互平行；上述每个活动分支中的下连杆的一端通过下转动副与下平台连接，该下连杆的另一端通过球副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过上转动副与上平台连接，上述内外两个并联机构的上平台相互平行，所述每个分支中的下转动副、上转动副分别与其所连接的下平台、上平台平行布置或倾斜布置且倾斜角度需相等；末端手爪连杆与内并联机构的上平台固定连接，该末端手爪连杆通过转动副与外并联机构上平台连接；下平台连杆与内并联机构下平台固定连接，该下平台连杆通过转动副与外并联机构的下平台连接
5.一种具有嵌套结构的四自由度并联机械手，其包括两个结构相同的内并联机构和外并联机构，其特征在于：所述两个并联机构均由下平台、上平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，上述内外两个并联机构的下平台相互平行；上述每个活动分支中的下连杆的一端通过下转动副与下平台连接，该下连杆的另一端通过球副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过上转动副与上平台连接，上述内外两个并联机构的上平台相互平行，所述每个分支中的下转动副、上转动副分别与其所连接的下平台、上平台平行布置或倾斜布置且倾斜角度需相等；末端手爪连杆与内并联机构的上平台固定连接，该末端手爪连杆通过转动副与外并联机构的上平台连接；下平台连杆与外并联机构的下平台固定连接，该下平台连杆通过转动副与内并联机构的下平台连接。
6.一种具有嵌套结构的四自由度并联机械手，其包括两个结构相同的内并联机构和外并联机构，其特征在于：所述两个并联机构均由下平台、上平台和连接这两个平台的三条结构完全相同的活动分支构成，外并联机构套在内并联机构之外，上述内外两个并联机构的下平台相互平行；上述每个活动分支中的下连杆的一端通过下转动副与下平台连接，该下连杆的另一端通过球副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过上转动副与上平台连接，上述内外两个并联机构的上平台相互平行，所述每个分支中的下转动副、上转动副分别与其所连接的下平台、上平台平行布置或倾斜布置且倾斜角度需相等；末端手爪连杆通过转动副与内并联机构的上平台连接，该末端手爪连杆与外并联机构的上平台固定连接；下平台连杆与内并联机构的下平台固定连接，该下平台连杆通过转动副与外并联机构的下平台连接。
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