CN106426111B - 连续回转式四支链三平一转高速并联机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续回转式四支链三平一转高速并联机械手，包括固定机架、动平台和四条均为平行四边形结构的运动支链；动平台包括旋转轴和装有中心放射状布局的四个导轨的平台，每个导轨内均分别装配有一个滑块，四个滑块的上端分别与四条运动支链的下连接轴固连；平台上设有相对旋转轴为偏心的一短轴，短轴与四个滑块之间均分别连接有一连杆，连杆的两端均为转动连接，驱动装置带动运动支链，运动支链带动滑块实现动平台的三个平动自由度，滑块带动连杆，连杆带动旋转轴绕自身轴线转动，并在旋转自由度上实现无最大转动角度限制的旋转运动；使得与旋转轴固接的末端执行器具有三个平动和一个无最大转动角度限制的旋转运动的能力。

Description

连续回转式四支链三平一转高速并联机械手

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种具有空间三平动一转动能力的高速并联机械手。

背景技术

专利文献US20090019960和EP1084802公开了一种可实现三维平动一维转动的高速并联机构，固定机架与动平台通过四条结构相同的主动支链相连，每条支链包括近架杆和远架杆两部分。主动支链近架杆与远架杆通过具有两个回转自由度的铰链相连，近架杆另一端与固定机架移动或转动连接，远架杆另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与动平台连接，动平台具有空间三维平动能力；动平台由四个部件组成，其中两个部件相互平行，另外两个部件与前述两个相互平行的部件通过转动铰链连接，由部件之间的相互转动可实现末端执行器绕垂直于动平台的轴线的转动自由度。上述机构的局限性在于：该机构动平台包含四个部件，而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，且转动自由度受转动最大角度限制。

专利文献201010212312.0公开了一种可实现三维平动一维转动并联机构，四条结构相同的运动支链对称布置在固定机架与动平台之间；每条运动支链包括近架杆和远架杆，所述远架杆与上、下连接轴组成平行四边形结构；所述近架杆一端与驱动端固接，另一端与上连接轴固接；所述下连接轴与动平台固接；所述动平台包括上平台和下平台，沿所述上平台和下平台利用导套和导向套连接，导套与导向套形成螺旋副或内部布置转向机构可将上、下平台的相互移动转化为垂直于动平台的轴线的转动。上述机构的局限在于：动平台上、下平台使用移动副作为导向机构，所有的下连接轴不在同一个平面内，在运动时会出现受力不均匀，摩擦力较大的等不足，因此会导致力传递效果差，机构的运动不顺畅，使用寿命低等问题，且转动自由度受转动最大角度限制。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种动平台力传递效果好，机构运动顺畅，使用寿命长，可实现空间三维平动一维转动，并且转动自由度可实现连续回转的并联机构。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种连续回转式四支链三平一转高速并联机械手，包括固定机架、动平台以及四条结构相同的运动支链；所述固定机架上固接有四个驱动装置；四条结构相同的运动支链在空间分布于所述固定机架与动平台之间；每条运动支链均包括近架杆和两个平行且等长的远架杆，所述近架杆的一端与所述驱动装置固接，所述近架杆的另一端固接有上连接轴，所述两个平行的远架杆的同一端分别与所述上连接轴的两端球铰接，所述两个平行的远架杆的另一端分别与一下连接轴球铰接；所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆构成一平行四边形结构；四条运动支链的下连接轴均与所述动平台固接；四条结构相同的运动支链保证动平台实现空间三维移动；所述动平台包括旋转轴，所述旋转轴的上端设有一平台，所述旋转轴的下端固接有末端执行器，所述平台上装有按照以旋转轴轴线为中心呈放射状布局的四个导轨，每个导轨内均分别装配有一个滑块，四个滑块的上端分别与四条结构相同的运动支链中的下连接轴固连；所述平台上设有相对所述旋转轴为偏心的一短轴，所述短轴与四个滑块之间均分别连接有一连杆，所述连杆与所述旋转轴之间及所述连杆与滑块之间均为转动连接，所述短轴采用螺钉结构，所述螺钉穿过连杆后固定在所述平台上；四个驱动装置的输出端将动力传递给四个运动支链，运动支链将动力传递给滑块，四个滑块相互配合，实现动平台的三个平动自由度，与此同时，滑块带动连杆运动，连杆带动旋转轴绕自身轴线转动，并在旋转自由度上实现无最大转动角度限制的旋转运动；最终使得末端执行器具有三个平动自由度和一个无最大转动角度限制的旋转运动的能力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明具有的优点和积极效果是：动平台结构中采用四个连杆对称布置的形式，其分别与滑块和旋转轴相连，通过一定的运动关系，利用驱动装置的动力，实现高速运动；动平台结构紧凑，运动灵活，受力均匀，整体结构稳定性好，可实现的转动不受最大旋转角度限制，满足复杂抓放操作的要求。

附图说明

图1为本发明机械手的整体结构示意图；

图2为本发明中动平台结构的俯视示意图；

图3为本发明中动平台结构的主视示意图。

图中：1-驱动装置，2-固定机架，3-近架杆，4-上连接轴，5a、5b-远架杆，6-动平台，7-下连接轴，8-滑块，9-连杆，10-旋转轴，11-带导轨平台，12-末端执行器。

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，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明提出的一种连续回转式四支链三平一转高速并联机械手，如图1所示，包括固定机架2、动平台6以及对称布置在所述固定架2与动平台6之间的四条结构相同的运动支链，即四条结构相同的运动支链在空间分布于所述固定机架2与动平台6之间；每条运动支链均由近架杆3、上连接轴4、远架杆5a、远架杆5b和下连接轴7构成。所述固定机架2上固接有四个驱动装置1，每个驱动装置1带动一个运动支链，所述驱动装置1为近架杆3提供一个转动自由度。每条运动支链中，所述近架杆3的一端与所述驱动装置1固接，所述近架杆3的另一端固接有上连接轴4，所述远架杆5a和远架杆5b相互平行且等长，两个平行的远架杆5a和远架杆5b的同一端分别与所述上连接轴4的两端球铰接，两个平行的远架杆5a和远架杆5b的另一端分别与所述下连接轴7球铰接，所述下连接轴7、所述上连接轴4和所述两个平行的远架杆5a和远架杆5b构成一平行四边形结构。四条运动支链中的下连接轴7均与所述动平台6固接；四条结构相同的运动支链保证动平台6实现空间三维移动。

如图2和图3所示，所述动平台6主要包括四个滑块8、四个连杆9、旋转轴10、装有导轨的平台11及末端执行器12；所述平台11设置在所述旋转轴10的上端，所述末端执行器12固接在所述旋转轴10的下端，四个导轨按照以旋转轴10轴线为中心呈放射状安装在所述平台11上，四个滑块8分别装配在四个导轨内，平台11上的每个导轨可分别保证每个滑块8的单一平动自由度，四个滑块8的上端分别与四条结构相同的运动支链中的下连接轴7固连；所述旋转轴10为一阶梯圆筒，并设置在带有导轨的平台11中心处的圆孔上，所述平台11上设有相对所述旋转轴10为偏心的一短轴，四个连杆9连接在所述短轴与四个滑块8之间，所述连杆9的一端与所述旋转轴10通过转动副连接，所述短轴采用螺钉结构，可以保证旋转轴10与四个连杆9连接的可靠性，即所述螺钉穿过四个连杆9后固定在所述平台11上。所述连杆9的另一端与滑块8中部的轴段以转动副连接。

四个驱动装置1的输出端将动力传递给四个运动支链，运动支链将动力传递给滑块，四个滑块8相互配合形成具有特定函数关系的运动，除可实现动平台6的三个平动自由度之外，四个滑块8还同时带动四个连杆9运动，连杆9带动旋转轴10绕自身轴线转动，且旋转轴旋转自由度上可实现无最大转动角度限制的旋转运动，从而末端执行器12也可实现无最大转动角度限制的旋转运动。本发明机械手的末端执行器12具有三个平动自由度和一个无最大转动角度限制的旋转运动的能力。

采用本发明上述结构的动平台，对称布置，结构紧凑，降低了机构复杂性，易实现高速抓取，可实现无最大转动角度限制的旋转运动，满足复杂抓放操作的要求。当所述动平台运动时，四个具有特定运动关系的四个滑块8带动四个连杆9运动，继而带动旋转轴10无限制转动。利用四个曲柄滑块机构构成的这种结构，可以使平台11上的旋转轴10带动末端执行器12无死点、无限制产生转动。

综上，本发明机械手由四个滑块8以一定关系同时运动带动四个连杆9和旋转轴10控制末端执行器12的旋转，保证了转动不受最大旋转角度限制。动平台6对称紧凑，可以较方便的实现旋转运动，运用时灵活性较强。动平台结构简单，零件少而易于加工，便于制造、修理、维护。动平台6采用了四个曲柄滑块机构构成的这种结构，可以使平台上的旋转轴无死点、无限制产生转动。该发明设计巧妙独特，机构稳定性好，运动灵活，受力均匀，使用寿命长，易实现高速运动，且满足复杂抓放操作的要求，便于制造、修理和维护。

尽管上面结合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，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种连续回转式四支链三平一转高速并联机械手，包括固定机架(2)、动平台(6)以及四条结构相同的运动支链；所述固定机架(2)上固接有四个驱动装置(1)；四条结构相同的运动支链在空间分布于所述固定机架(2)与动平台(6)之间；每条运动支链均包括近架杆(3)和两个平行且等长的远架杆(5a、5b)，所述近架杆(3)的一端与所述驱动装置(1)固接，所述近架杆(3)的另一端固接有上连接轴(4)，所述两个平行的远架杆(5a、5b)的同一端分别与所述上连接轴(4)的两端球铰接，所述两个平行的远架杆(5a、5b)的另一端分别与一下连接轴(7)球铰接；所述下连接轴(7)、所述上连接轴(4)和所述两个平行的远架杆(5a、5b)构成一平行四边形结构；四条运动支链的下连接轴(7)均与所述动平台(6)固接；四条结构相同的运动支链保证动平台(6)实现空间三维移动；

其特征在于：

所述动平台(6)包括旋转轴(10)，所述旋转轴(10)的上端设有一平台(11)，所述旋转轴(10)的下端固接有末端执行器(12)，所述平台(11)上装有按照以旋转轴(10)轴线为中心呈放射状布局的四个导轨，每个导轨内均分别装配有一个滑块(8)，四个滑块(8)的上端分别与四条结构相同的运动支链中的下连接轴(7)固连；所述平台(11)上设有相对所述旋转轴(10)为偏心的一短轴，所述短轴与四个滑块(8)之间均分别连接有一连杆(9)，所述连杆(9)与所述旋转轴(10)之间及所述连杆(9)与滑块(8)之间均为转动连接，所述短轴采用螺钉结构，所述螺钉穿过连杆后固定在所述平台(11)上；

四个驱动装置(1)的输出端将动力传递给四个运动支链，运动支链将动力传递给滑块，四个滑块(8)相互配合，实现动平台(6)的三个平动自由度，与此同时，滑块(8)带动连杆(9)运动，连杆(9)带动旋转轴(10)绕自身轴线转动，并在旋转自由度上实现无最大转动角度限制的旋转运动；最终使得末端执行器(12)具有三个平动自由度和一个无最大转动角度限制的旋转运动的能力。