CN105805252A - 一种双驱动五连杆机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双驱动五连杆机构，包括依次连接组成循环结构的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆，第一连杆为固定杆，第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为活动杆，第二连杆与第一连杆连接的一端设有第一驱动电机，第五连杆与第一连杆连接的一端设有第二驱动电机。本双驱动五连杆机构结构简单，使用灵活，可提供极好的力学传动性能，并且可以产生比传统四连杆机构更复杂的运动输出，包括歇停运动等，其输出轨迹多样化，可灵活适应多种规格的产品使用。

Description

一种双驱动五连杆机构

技术领域

本发明涉及卫生用品制造设备领域，特别涉及一种可应用于工业机器人的双驱动五连杆机构。

背景技术

智能机器人作为中国产业转型升级的核心，受到各方追捧。各企业开发以及应用机器人的计划方兴未艾，坐标机器人、摆臂机器人等已经成熟应用于各行业。而目前较为热门的还有五连杆机械人，五连杆机器人由于可以提供极好的力传递性能，并且可以产生比传统机器人更复杂的输出运动，是机器人基本机构的新开发方向，但目前开发并不成熟，其结构也较为复杂，在工业上极少应用。

在卫生巾、护垫等一次性卫生用品的生产线中，现有设备的轨迹生成或物料移动、搬运机构多为传统机械机构，每台设备、每个机构多数只能适应一种工况，当需要改变生产的产品规格时，需要更换较多的机械配件才能适应产品规格的变化，其设备成本铰高，对操作人员的操作水平和熟练程度也有着较高的要求，不利于生产成本的控制，同时设备结构复杂，维护成本相当高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、输出轨迹多样化、可适合多种规格产品使用的双驱动五连杆机构。

本发明的技术方案为：一种双驱动五连杆机构，包括依次连接组成循环结构的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆，第一连杆为固定杆，第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为活动杆，第二连杆与第一连杆连接的一端设有第一驱动电机，第五连杆与第一连杆连接的一端设有第二驱动电机。

所述第三连杆和第四连杆的连接点为五连杆机构的执行输出端，该执行输出端外接机械手，可应用于产品搬运、包装等。

所述第二连杆绕第二连杆与第一连杆的连接点旋转，第五连杆绕第五连杆与第一连杆的连接点旋转。

所述第三连杆绕第三连杆与第二连杆的连接点旋转，第四连杆绕第四连杆与第五连杆的连接点旋转。

进一步的，为了增大五连杆机构执行输出端的面积，五连杆机构还包括第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆和第十连杆，第六连杆为第一连杆的水平延长段(即第六连杆一端连接于第七连杆上，第六连杆的另一端连接于第一连杆与第二连杆的连接点)，第七连杆与第二连杆相平行，第九连杆与第三连杆平行，第八连杆一端连接于第七连杆与第九连杆的连接点，第八连杆的另一端连接于第二连杆与第三连杆的连接点，第十连杆一端连接于第九连杆末端，第十连杆另一端连接于第三连杆与第四连杆的连接点；第七连杆与第六连杆的连接点和第二连杆与第一连杆的连接点之间通过同步带或同步齿轮组连接。

所述第六连杆为固定杆，第七连杆和第九连杆为活动杆；第七连杆绕第七连杆与第六连杆的连接点旋转，第九连杆绕第九连杆与第七连杆的连接点旋转。

所述第六连杆、第七连杆、第八连杆和第二连杆依次循环连接形成一个平行四边形结构，第八连杆、第九连杆、第十连杆和第三连杆依次循环连接形成另一个平行四边形结构，从而保证作为工作平台的第十连杆永远平行于第六连杆，并且受控于两个驱动电机的运动。

所述第十连杆为五连杆机构的执行输出端，该执行输出端外接机械手，可应用于产品搬运、包装等。

所述第一驱动电机和第二驱动电机均为伺服驱动电机。第一驱动电机和第二驱动电机采用相互独立的两个伺服驱动电机，通过控制第二连杆和第五连杆的独立运动，从而使本五连杆机构可以在其极限范围内输出任意需要的运动以及轨迹。

所述第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为碳纤维连杆构件，具有极好的力学性能及运动性能，可对五连杆机构的运行起到保障作用。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本双驱动五连杆机构结构简单，使用灵活，可提供极好的力学传动性能，并且可以产生比传统四连杆机构更复杂的运动输出，包括歇停运动等，其输出轨迹多样化，可灵活适应多种规格的产品使用。

本双驱动五连杆机构采用两个相互独立的驱动电机对个活动连杆进行控制，通过两组相互独立运动的结合，从而令本五连杆机构可以在其极限范围内输出任意需要的运动以及轨迹。

本双驱动五连杆机构的各个连杆均采用碳纤维构件或碳纤维受力件，具有极好的力学性能以及运动性能，可有效保障五连杆机构的正常运行和有效运行。

经过在卫生巾、护垫等一次性卫生用品的生产线中的试验证明，本双驱动五连杆机构可应用于产品搬运、包装等生产环节，为生产线的设备性能和生产效率都带来极大的改善，简化设备的同时，减少人工操作，有利于生产成本的控制。

附图说明

图1为本双驱动五连杆机构实施例1的结构示意图。

图2为图1的简化原理示意图。

图3为图1的五连杆机构中各连杆的设定长度示意图。

图4为图3中五连杆机构的运动轨迹原理示意图。

图5为本双驱动五连杆机构实施例2的结构示意图。

图6为图5的轴侧视图。

图7为与实施例1相比，实施例2所增加部分连杆的结构示意图。

图8为图7的简化原理示意图。

图9为第七连杆与第六连杆的连接点和第二连杆与第一连杆的连接点之间不同步时，所增加部分连杆可能产生的两种工作状态原理图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种双驱动五连杆机构，如图1或图2所示，包括依次连接组成循环结构的第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4和第五连杆5，第一连杆为固定杆(其两端的固定点分别为点A和点B，如图2所示)，第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为活动杆，第二连杆与第一连杆连接的一端设有第一驱动电机11，第五连杆与第一连杆连接的一端设有第二驱动电机12(该结构可见图6)。

如图2所示，第三连杆和第四连杆的连接点(即点D)为五连杆机构的执行输出端，该执行输出端外接机械手，可应用于产品搬运、包装等。第二连杆绕第二连杆与第一连杆的连接点(即点B)旋转，第五连杆绕第五连杆与第一连杆的连接点(即点A)旋转。第三连杆绕第三连杆与第二连杆的连接点(即点C)旋转，第四连杆绕第四连杆与第五连杆的连接点(即点E)旋转。

第一驱动电机和第二驱动电机均为伺服驱动电机。第一驱动电机和第二驱动电机采用相互独立的两个伺服驱动电机，通过控制第二连杆和第五连杆的独立运动，从而使本五连杆机构可以在其极限范围内输出任意需要的运动以及轨迹。

第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为碳纤维连杆构件，具有极好的力学性能及运动性能，可对五连杆机构的运行起到保障作用。

上述双驱动五连杆机构使用时，其原理如下：如图1或图2所示，点A和点B作为固定关节，第一连杆为固定连杆，因此，第二连杆和第五连杆的一端分别可对应绕点B和点A旋转，并且分别由相互独立的伺服驱动电机驱动，所以第二连杆和第五连杆的运动分别独立受控于相应的驱动电机，点C和点E的运动也受控于相应的驱动电机。由此，在点C、D、E组成的三角形中，作为执行输出端的点D的运动同时受控于两个驱动电机，当改变驱动电机运动程序时，可以控制D点按照需要的运动轨迹进行运动。该双驱动五连杆机构的运动轨迹计算如下：如图3所示，假设第一连杆的长度为L1，第二连杆的长度为L2，第三连杆的长度为L3，第四连杆的长度为L4，第五连杆的长度为L5；如图4所示，五连杆机构的有效运动轨迹如图4中的阴影部分所示，其中，圆圈13内的区域表示第二连杆和第三连杆组合后能到达轨迹的最小范围(即L3-L2)，圆圈14内的区域表示第二连杆和第三连杆组合后能到达轨迹的最大范围(即L3+L2)，圆圈15内的区域表示第四连杆和第五连杆组合后能到达轨迹的最小范围(即L4-L5)，圆圈16内的区域表示第四连杆和第五连杆组合后能到达轨迹的最大范围(即L4+L5)。形成的阴影部分为五连杆机构执行输出端的有效运动轨迹，在此工作区域内，根据实际需要，通过常规的编程改变驱动电机运动，即可实现移动点D至需要的位置或驱动点D按照需要的轨迹运动，当需要时，可以改变第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆或第五连杆的长度来改变五连杆机械手的运动范围，由此体现出五连杆机械手的强大工作区域以及强大的轨迹输出能力。

实施例2

本实施例一种双驱动五连杆机构，其整体结构如图5或图6所示，与实施例1相比较，其不同之处在于：如图7或图8所示，五连杆机构还包括第六连杆6、第七连杆7、第八连杆8、第九连杆9和第十连杆10，第六连杆为第一连杆的水平延长段(即第六连杆一端连接于第七连杆上(即点G)，第六连杆的另一端连接于第一连杆与第二连杆的连接点(即点B))，第七连杆与第二连杆相平行，第九连杆与第三连杆平行，第八连杆一端连接于第七连杆与第九连杆的连接点(即点H)，第八连杆的另一端连接于第二连杆与第三连杆的连接点(即点C)，第十连杆一端连接于第九连杆末端(即点K)，第十连杆另一端连接于第三连杆与第四连杆的连接点(即点D)；第七连杆与第六连杆的连接点和第二连杆与第一连杆的连接点之间通过同步带或同步齿轮组连接，即分别为固定点的点G和点B之间通过同步带或同步齿轮组连接。

其中，第六连杆为固定杆，第七连杆和第九连杆为活动杆；如图8所示，第七连杆绕第七连杆与第六连杆的连接点(即点G)旋转，第九连杆绕第九连杆与第七连杆的连接点(即点H)旋转。第六连杆、第七连杆、第八连杆和第二连杆依次循环连接形成一个平行四边形结构，第八连杆、第九连杆、第十连杆和第三连杆依次循环连接形成另一个平行四边形结构，从而保证作为工作平台的第十连杆永远平行于第六连杆，并且受控于两个驱动电机的运动。第十连杆为五连杆机构的执行输出端，该执行输出端外接机械手，可应用于产品搬运、包装等。

由于在一般设备中，作为执行部分的机械手是一个整体结构的机构，一般需要一个平台或构件对其进行固定，但实施例1的五连杆机构仅能控制一个点，应用时难以满足机械手的安装要求，此时需要采用实施例2的五连杆机械手，所增加的第六连杆、第七连杆、第八连杆和第九连杆作为辅助构件，与第二连杆、第三连杆和第十连杆形成辅助机构，其目的是为了将作为执行输出端的点D扩展为一个机构输出(即第十连杆)，使用时仅需将机械手安装于第十连杆上即可，第十连杆带动机械手进行运动的轨迹与实施例1中所述点D的运动轨迹完全吻合。其中，辅助机构的工作原理如下：点B和点G作为固定关节，第六连杆固定，第二连杆和第七连杆对应绕点B和点G转动，当控制点B和点G的转动角度时，即可控制点H和点C的运动，第二连杆与第七连杆的长度相等，第三连杆和第九连杆的长度相等，第六连杆、第八连杆和第十连杆的长度相等，因此该辅助机构实际上就是两个平行四边形的组合，由平行四边形的特性可以保证第六连杆、第八连杆和第十连杆永远互相平行，所以第十连杆等同于一个可以平行于第六连杆的工作平台。

但当点G的旋转运动不受控制时，点B驱动第二连杆运动到点B、C、H处于同一直线时，由于点G没有受控制，则点C有可能产生如图9所示的状态a或状态b，即第七连杆有可能会朝第二连杆的相反方向运转，使整个辅助机构改变为图9所示的状态a或状态b，导致第十连杆和第六连杆不再平行，此时第十连杆还不能完全按照需要的运动轨迹进行运动，这显然与本发明目的不相符。为此，本实施例中将点B和点G之间通过同步带连接(也可以采用齿轮传动方式连接)，使点B和点G同步运转，第七连杆也与第二连杆保持平行运动，且旋转角度同步，从而保证第十连杆永远平行于第六连杆，而且其运动受控于两个驱动电机。

由上述可知，本实施例中第十连杆的有效运动轨迹与实施例1中的点D的有效运动轨迹相同。在实际应用中，通过改变第十连杆的具体结构形式，即可适应不同机械手的安装要求和运动要求。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种双驱动五连杆机构，其特征在于，包括依次连接组成循环结构的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆，第一连杆为固定杆，第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为活动杆，第二连杆与第一连杆连接的一端设有第一驱动电机，第五连杆与第一连杆连接的一端设有第二驱动电机。

2.根据权利要求1所述一种双驱动五连杆机构，其特征在于，所述第三连杆和第四连杆的连接点为五连杆机构的执行输出端。

3.根据权利要求1所述一种双驱动五连杆机构，其特征在于，所述第二连杆绕第二连杆与第一连杆的连接点旋转，第五连杆绕第五连杆与第一连杆的连接点旋转。

4.根据权利要求1所述一种双驱动五连杆机构，其特征在于，所述第三连杆绕第三连杆与第二连杆的连接点旋转，第四连杆绕第四连杆与第五连杆的连接点旋转。

5.根据权利要求1所述一种双驱动五连杆机构，其特征在于，五连杆机构还包括第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆和第十连杆，第六连杆为第一连杆的水平延长段，第七连杆与第二连杆相平行，第九连杆与第三连杆平行，第八连杆一端连接于第七连杆与第九连杆的连接点，第八连杆的另一端连接于第二连杆与第三连杆的连接点，第十连杆一端连接于第九连杆末端，第十连杆另一端连接于第三连杆与第四连杆的连接点；第七连杆与第六连杆的连接点和第二连杆与第一连杆的连接点之间通过同步带或同步齿轮组连接。

6.根据权利要求5所述一种双驱动五连杆机构，其特征在于，所述第六连杆为固定杆，第七连杆和第九连杆为活动杆；第七连杆绕第七连杆与第六连杆的连接点旋转，第九连杆绕第九连杆与第七连杆的连接点旋转。

7.根据权利要求5所述一种双驱动五连杆机构，其特征在于，所述第六连杆、第七连杆、第八连杆和第二连杆依次循环连接形成一个平行四边形结构，第八连杆、第九连杆、第十连杆和第三连杆依次循环连接形成另一个平行四边形结构。

8.根据权利要求5所述一种双驱动五连杆机构，其特征在于，所述第十连杆为五连杆机构的执行输出端。

9.根据权利要求1所述一种双驱动五连杆机构，其特征在于，所述第一驱动电机和第二驱动电机均为伺服驱动电机。

10.根据权利要求1所述一种双驱动五连杆机构，其特征在于，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆均为碳纤维连杆构件。