CN106514624B - 一种可重构四自由度并联机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可重构四自由度并联机械手，包括定平台和位于定平台下方的工作平台，连接所述定平台和所述工作平台之间的具有相同结构的第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV；第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV分别与定平台以及工作平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动工作平台运动。本发明的有益效果是：通过有选择的锁死4个U副不同方向的旋转自由度，能够满足了机械手在不同工作状态下对不同方向转动自由度的需求。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种可重构四自由度并联机械手。
背景技术
传统的机械手是基于串联机构的，其末端执行器工作空间大，姿态灵活，但因串联机构的悬臂特征使其刚度较小，承载能力较弱，且驱动装置通常都要布置在串联机构的关节处，大大增加了机构重量和运动惯性力，严重影响了机构的运动性能。而在实际生产过程中，对机械手的精度、速度和加速度等性能要求较高。并联机构的产生将机械手的发展提升到一个新的高度，并联机构具有累积误差小、刚度大等优势，且驱动装置大都可安装于定平台上，极大减少了驱动器质量对机构运动性能的影响。
随着并联机械手的发展，四自由度机械手得到了广泛的应用，其中三个移动一个转动四自由度机械手在装配、铆接、拧转螺丝、搬运物体等领域发展尤为迅速。三个移动自由度和一个转动自由度有三种不同形式，分别为三个移动，一个绕x轴的转动、三个移动，一个绕y轴的转动、三个移动，一个绕z轴的转动，而现有三个移动一个转动四自由度机械手多数为单一转动自由度，不能根据加工要求自由切换其转动自由度，机械手的更换则会增加加工时长，且会加大加工制作成本。
可重构四自由度并联机械手可根据不同工作条件对与运动平台相连4个U副的某些转动自由度进行锁死，以满足不同工作条件下对转动自由度的不同需求。可重构四自由度并联机械手不仅可以缩短加工时长，且大大减少了加工成本，具有现实意义上的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为克服背景技术中提到的技术缺陷，提供一种可重构四自由度并联机械手。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种可重构四自由度并联机械手，包括定平台和位于定平台下方的工作平台，所述定平台和所述工作平台由四条结构完全相同的活动支链连接，四条相同的活动支链在定平台和工作平台之间呈矩形分布。
上述方案中，每个活动支链均包括转动副一、驱动杆、以四个球副为顶点的闭环平行四边形、U副，驱动杆通过转动副一与定平台连接，驱动杆与平行四边形中的连杆二固连，平行四边形是以四个球副为其顶点、连杆一和连杆二为平行四边形相邻的两条边，连接杆通过两个相互平行的转动副二与平行四边形中两个连杆一连接，转动副二与平行四边形所在平面相垂直，平行四边形与工作平台通过U副连接，U副包括U形架中间轴和连接轴，中间轴位于U形架的两臂之间，并且中间轴与U形架的两臂转动副连接，中间轴与连杆二垂直并且固定连接，连接轴固定在U形架下方，连接轴垂直于工作平，并且与工作平台转动副连接。
上述方案中，每相邻两条支链之间互成布置。
上述方案中，驱动安装在定平台上，转动副为驱动副。
本发明的有益效果是：（1）通过有选择的锁死4个U副不同方向的旋转自由度，工作平台可实现三个移动，一个绕x轴的转动、三个移动，一个绕y轴的转动、三个移动，一个绕z轴的转动三种不同类型的三平移一转动运动，极大满足了机械手在不同工作状态下对不同方向转动自由度的需求；（2）转动自由度的切换大大减少了加工时长和加工成本：（3）机构具有运动范围大，刚度大，累计误差小等优点。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1移动平台部分的放大图。
其中：1.定平台，2.转动副一，3.驱动杆，4.转动副二，5.连杆一，6.工作平台，7.U副，7-1.U形架，7-2中间轴，7-3.连接轴，8.球副，9.连接杆，10.连杆二。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
1.如图1所示的一种可重构四自由度并联机械手，包括一个安装驱动器的定平台1和安装执行器的工作平台6，连接所述定平台1和工作平台6之间的具有相同结构的第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV，所述第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV分别与定平台1以及工作平台6连接形成一个空间并联闭环机构，第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV均包括转动副一2、驱动杆3、以四个球副8为顶点的闭环平行四边形、U副7，驱动杆3通过转动副一2与定平台1连接，驱动杆3与平行四边形中的连杆二10固连，平行四边形是以四个球副8为其顶点、连杆一5和连杆二10为平行四边形相邻的两条边，连接杆9通过两个相互平行的转动副二4与平行四边形中两个连杆一5连接，转动副二4与平行四边形所在平面相垂直，平行四边形与工作平台6通过U副7连接，如图2所示，U副7包括U形架7-1中间轴7-2和连接轴7-3，中间轴7-2位于U形架7-1的两臂之间，并且中间轴7-2与U形架7-1的两臂转动副连接，中间轴7-2与连杆二10垂直并且固定连接，连接轴7-3固定在U形架7-1下方，连接轴7-3垂直于工作平台6，并且与工作平台6转动副连接。
本发明的一种可重构四自由度并联机械手，其三平移一转动运动具有三种不同形式，如图1所示，分别为三个移动，一个绕x轴的转动；三个移动，一个绕y轴的转动；三个移动，一个绕z轴的转动。若锁死第一支链Ⅰ与第三支链Ⅲ末端U副的z轴方向的自由度、第二支链Ⅱ与第四支链Ⅳ末端U副的x轴方向及z轴方向的自由度，此时机构的运动形式为三个移动，一个绕x轴的转动；若锁死第一支链Ⅰ与第三支链Ⅲ末端U副的z轴方向及y轴方向的自由度、第二支链Ⅱ与第四支链Ⅳ末端U副的z轴方向的自由度，此时机构的运动形式为三个移动，一个绕y轴的转动；若锁死第一支链Ⅰ与第三支链Ⅲ末端U副的y轴方向的自由度、第二支链Ⅱ与第四支链Ⅳ末端U副的x轴方向的自由度，此时机构的运动形式为三个移动，一个绕z轴的转动。
本发明的一种可重构四自由度并联机械手，其可重构特性，极大满足了机械手在不同工作状态下对不同方向转动自由度的需求，对提高生产效率，降低生产成本具有十分重要的现实意义。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围。
Claims (4)
1.一种可重构四自由度并联机械手，其特征在于：包括定平台（1）和位于定平台（1）下方的工作平台（6），所述定平台（1）和所述工作平台（6）之间连接有若干根完全相同的活动支链；每个活动支链均包括转动副一（2）、驱动杆（3）、以四个球副（8）为顶点的闭环平行四边形、U副（7），驱动杆（3）通过转动副一（2）与定平台（1）连接，驱动杆（3）与平行四边形中的连杆二（10）固连，平行四边形是以四个球副（8）为其顶点、连杆一（5）和连杆二（10）为平行四边形相邻的两条边，连接杆（9）通过两个相互平行的转动副二（4）与平行四边形中两个连杆一（5）连接，转动副二（4）与平行四边形所在平面相垂直，平行四边形与工作平台（6）通过U副（7）连接，U副（7）包括U形架（7-1）、 中间轴（7-2）和连接轴（7-3），中间轴（7-2）位于U形架（7-1）的两臂之间，并且中间轴（7-2）与U形架（7-1）的两臂转动副连接，中间轴（7-2）与连杆二（10）垂直并且固定连接，连接轴（7-3）固定在U形架（7-1）下方，连接轴（7-3）垂直于工作平台（6），并且与工作平台（6）转动副连接。
2.根据权利要求1所述的一种可重构四自由度并联机械手，其特征在于：所述活动支链的个数为四条，四条相同的活动支链均匀分布在定平台（1）和工作平台（6）之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种可重构四自由度并联机械手，其特征在于：每相邻两条支链之间互成布置。
4.根据权利要求1或2所述的一种可重构四自由度并联机械手，其特征在于：驱动装置安装在定平台（1）上，转动副一（2）为驱动副。
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