CN110480616A - 一种两自由度可伸缩平移并联机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两自由度可伸缩平移并联机械手，包括剪式单元支链、驱动部件和末端执行机械手，所述剪式单元支链包括两个并联设置的菱形伸缩架，两个所述菱形伸缩架之间连接有多个横向设置的同步连杆，使两个所述菱形伸缩架的伸缩动作和平移动作同步，所述驱动部件为分别设置于两个所述菱形伸缩架底部的两个舵机，两个所述舵机能够驱动两个所述菱形伸缩架做伸缩动作或平移动作，所述末端执行机械手设置于两个所述菱形伸缩架的顶部；本发明提供的两自由度可伸缩平移并联机械手，能够实现自动伸缩和平移，可提高空间利用率，能够搭载不同的末端执行机械手，应用广泛，并且该装置结构简单，操作也较为方便。

Description

一种两自由度可伸缩平移并联机械手

技术领域

本发明涉及工业用机械手技术领域，特别是涉及一种两自由度可伸缩平移并联机械手。

背景技术

机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。随着工业自动化的不断进步，各类机械手需求日益增长，而工厂位置空间有限，土地寸土寸金。同时，目前大多工业机械手都不能自动收缩，工作和不工作的时候都占据相同空间，对空间利用度不高。因此，迫切需要一种可以实现伸缩，节约空间且具有一定的运动空间的可搭载在多种情况下的可实现自动伸缩的装置，以完成对相关零部件的抓取，移动。

发明内容

本发明的目的是提供一种两自由度可伸缩平移并联机械手，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现自动伸缩和平移，可提高空间利用率，能够搭载不同的末端执行机械手，应用广泛，并且该装置结构简单，操作也较为方便。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种两自由度可伸缩平移并联机械手，包括剪式单元支链、驱动部件和末端执行机械手，所述剪式单元支链包括两个并联设置的菱形伸缩架，两个所述菱形伸缩架之间连接有多个横向设置的同步连杆，使两个所述菱形伸缩架的伸缩动作和平移动作同步，所述驱动部件为分别设置于两个所述菱形伸缩架底部的两个舵机，两个所述舵机能够驱动两个所述菱形伸缩架做伸缩动作或平移动作，所述末端执行机械手设置于两个所述菱形伸缩架的顶部。

优选地，所述菱形伸缩架由多个菱形铰接单元构成，所述菱形铰接单元的四个边杆通过铰接轴实现相互铰接，每个所述菱形伸缩架上相邻的两个所述菱形铰接单元的相邻的四条边杆由两个呈X形交叉连接的长连杆构成，两个所述长连杆在交叉处通过所述铰接轴铰接连接。

优选地，所述菱形铰接单元的四个边杆的宽度和厚度相等，四个边杆上还设置有镂空的条形孔。

优选地，所述同步连杆包括第一同步连杆和第二同步连杆，所述第一同步连杆和所述第二同步连杆分别连接于两个所述菱形伸缩架的横向两两相对的多组所述菱形铰接单元之间，所述第一同步连杆和所述第二同步连杆交错布置，所述第一同步连杆一端与其中一个所述菱形铰接单元的左侧铰接点铰接，另一端则与横向相对的另一个所述菱形铰接单元的左侧铰接点铰接，所述第二同步连杆一端与其中一个所述菱形铰接单元的右侧铰接点铰接，另一端则与横向相对的另一个所述菱形铰接单元的右侧铰接点铰接；所述第一同步连杆和所述第二同步连杆的两端与所述菱形铰接单元共用同一铰接轴。

优选地，所述第一同步连杆和所述第二同步连杆的宽度、厚度、长度均相等，所述第一同步连杆和所述第二同步连杆相互平行。

优选地，两个所述舵机通过支撑块固定于一底板的顶部两侧，两个所述菱形伸缩架底部与两个所述舵机相邻的所述菱形铰接单元的两个底部边杆中的一个为舵机连杆，所述舵机连杆与所述舵机的舵盘连接，两个底部边杆中的另一个与所述舵机轴铰接。

优选地，所述末端执行机械手通过末端连杆与两个所述菱形伸缩架的顶部连接，两个所述菱形伸缩架顶部的所述菱形铰接单元分别通过铰接轴铰接于所述末端连杆的两侧。

优选地，所述铰接轴的两端设置有螺纹，所述铰接轴上还设置有轴套和降低铰接处摩擦力的轴承，所述铰接轴的两端通过螺母实现轴向限位，所述螺母与所述轴承之间还设置有垫片。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的两自由度可伸缩平移并联机械手，能够实现自动伸缩和平移，可提高空间利用率，能够搭载不同的末端执行机械手，应用广泛，并且该装置结构简单，操作也较为方便。

2、本发明提供的两自由度可伸缩平移并联机械手，铰接轴使用光轴，通过轴套、轴承、轴向限位螺母，垫片等实现铰接，避免了做阶梯轴的复杂工序，原材料可以直接购买；限位螺母的设置的不仅能够实现轴向限位，还能调节铰接点处的松紧度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中两自由度可伸缩平移并联机械手的结构示意图；

图2为本发明中两个通过同步连杆连接在一起的菱形伸缩架的结构示意图；

图3为本发明中交叉连接的长连杆的结构示意图；

图4为本发明中驱动部件的结构示意图；

图5为本发明中铰接轴的结构示意图；

图6为本发明中两自由度可伸缩平移并联机械手的收缩状态的结构示意图；

图7为本发明中两自由度可伸缩平移并联机械手向右平移状态的结构示意图；

图8为本发明中另一种结构形式的末端执行机械手的结构示意图；

图中：1-菱形伸缩架、2-末端执行机械手、3-第一同步连杆、4-第二同步连杆、5-舵机、6-长连杆、7-铰接轴、8-支撑块、9-底板、10-舵机连杆、11-舵盘、12-舵机轴、13-末端连杆、14-轴套、15-轴承、16-螺母、17-垫片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种两自由度可伸缩平移并联机械手，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种两自由度可伸缩平移并联机械手，如图1-3所示，包括剪式单元支链、驱动部件和末端执行机械手2，剪式单元支链包括两个并联设置的菱形伸缩架1，两个菱形伸缩架1之间连接有多个横向设置的同步连杆，使两个菱形伸缩架1的伸缩动作和平移动作同步，驱动部件为分别设置于两个菱形伸缩架1底部的两个舵机5，两个舵机5能够驱动两个菱形伸缩架1做伸缩动作或平移动作，末端执行机械手2设置于两个菱形伸缩架1的顶部。

其中，菱形伸缩架1由多个菱形铰接单元构成，菱形铰接单元的四个边杆通过铰接轴7实现相互铰接，菱形铰接单元的四个边杆的宽度和厚度相等，四个边杆上还设置有镂空的条形孔，条形孔可以使结构的整体重量变轻；每个菱形伸缩架1上相邻的两个菱形铰接单元的相邻的四条边杆由两个呈X形交叉连接的长连杆6构成，两个长连杆6在交叉处通过也通过铰接轴7铰接连接。

本发明中，同步连杆包括第一同步连杆3和第二同步连杆4，第一同步连杆3和第二同步连杆4分别连接于两个菱形伸缩架1的横向两两相对的多组菱形铰接单元之间，第一同步连杆3和第二同步连杆4交错布置，第一同步连杆3一端与其中一个菱形铰接单元的左侧铰接点铰接，另一端则与横向相对的另一个菱形铰接单元的左侧铰接点铰接，第二同步连杆4一端与其中一个菱形铰接单元的右侧铰接点铰接，另一端则与横向相对的另一个菱形铰接单元的右侧铰接点铰接；第一同步连杆3和第二同步连杆4的两端与菱形铰接单元共用同一铰接轴7。

具体地，第一同步连杆3和第二同步连杆4的宽度、厚度、长度均相等，且第一同步连杆3和第二同步连杆4相互平行。

本发明中，如图4所示，两个舵机5通过支撑块8固定于一底板9的顶部两侧，两个菱形伸缩架1底部与两个舵机5相邻的菱形铰接单元的两个底部边杆中的一个为舵机连杆10，舵机连杆10与舵机5的舵盘11连接，两个底部边杆中的另一个与舵机轴12铰接；具体地，左侧的菱形伸缩架1的底部的舵机连杆10为其两个底部边杆中的左侧的一个；右侧的菱形伸缩架1的底部的舵机连杆10为其两个底部边杆中的右侧的一个。

本发明中，末端执行机械手2通过末端连杆13与两个菱形伸缩架1的顶部连接，两个菱形伸缩架1顶部的菱形铰接单元分别通过铰接轴7铰接于末端连杆13的两侧。

对于铰接轴7的结构，如图5所示，铰接轴7的两端设置有螺纹用于连接螺母16，铰接轴7上还设置有轴套14和降低铰接处摩擦力的轴承15，上述需要铰接的部件上设置铰接孔，并套在轴套14外，通过安装轴承15降低摩擦，铰接轴7的两端通过螺母16实现轴向限位，螺母16与轴承15之间还设置有垫片17，垫片17用于顶紧轴承15的内圈。

本发明中的末端执行机械手2，包括各类的机械手抓，图8即为可替换的另一种末端机械手爪的示意图；使用时，根据不同类型的机械手抓可以灵活匹配不同的末端连杆13，末端执行机械手2应用场合广范，可用于工厂加工设备的零件加工；可用于无人机降落的支架；可搭载在无人机上在狭小的空间抓取东西；可搭载在无人机上用来拍摄树木之间的枝叶等等。

本发明提供的两自由度可伸缩平移并联机械手，舵机5旋转带动舵机连杆10旋转，该旋转力从底部通过同步连杆传动到末端，从而带动整个机构的运动。当两个舵机5旋转方向不同的时候，可实现剪式单元支链的伸缩运动，如图6所示；当两舵机5旋转方向相同时，可实现剪式单元支链的平移运动，如图7；通过舵机控制剪式单元支链的移动和伸缩，能使其末端的机械手地准确的抓取零件并将零件样本送至指定位置；同时，改变末端执行机械手爪，可实现不同的零件物体的抓取。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种两自由度可伸缩平移并联机械手，其特征在于：包括剪式单元支链、驱动部件和末端执行机械手，所述剪式单元支链包括两个并联设置的菱形伸缩架，两个所述菱形伸缩架之间连接有多个横向设置的同步连杆，使两个所述菱形伸缩架的伸缩动作和平移动作同步，所述驱动部件为分别设置于两个所述菱形伸缩架底部的两个舵机，两个所述舵机能够驱动两个所述菱形伸缩架做伸缩动作或平移动作，所述末端执行机械手设置于两个所述菱形伸缩架的顶部。

2.根据权利要求1所述的两自由度可伸缩平移并联机械手，其特征在于：所述菱形伸缩架由多个菱形铰接单元构成，所述菱形铰接单元的四个边杆通过铰接轴实现相互铰接，每个所述菱形伸缩架上相邻的两个所述菱形铰接单元的相邻的四条边杆由两个呈X形交叉连接的长连杆构成，两个所述长连杆在交叉处通过所述铰接轴铰接连接。

3.根据权利要求1所述的两自由度可伸缩平移并联机械手，其特征在于：所述菱形铰接单元的四个边杆的宽度和厚度相等，四个边杆上还设置有镂空的条形孔。

4.根据权利要求2所述的两自由度可伸缩平移并联机械手，其特征在于：所述同步连杆包括第一同步连杆和第二同步连杆，所述第一同步连杆和所述第二同步连杆分别连接于两个所述菱形伸缩架的横向两两相对的多组所述菱形铰接单元之间，所述第一同步连杆和所述第二同步连杆交错布置，所述第一同步连杆一端与其中一个所述菱形铰接单元的左侧铰接点铰接，另一端则与横向相对的另一个所述菱形铰接单元的左侧铰接点铰接，所述第二同步连杆一端与其中一个所述菱形铰接单元的右侧铰接点铰接，另一端则与横向相对的另一个所述菱形铰接单元的右侧铰接点铰接；所述第一同步连杆和所述第二同步连杆的两端与所述菱形铰接单元共用同一铰接轴。

5.根据权利要求4所述的两自由度可伸缩平移并联机械手，其特征在于：所述第一同步连杆和所述第二同步连杆的宽度、厚度、长度均相等，所述第一同步连杆和所述第二同步连杆相互平行。

6.根据权利要求4所述的两自由度可伸缩平移并联机械手，其特征在于：两个所述舵机通过支撑块固定于一底板的顶部两侧，两个所述菱形伸缩架底部与两个所述舵机相邻的所述菱形铰接单元的两个底部边杆中的一个为舵机连杆，所述舵机连杆与所述舵机的舵盘连接，两个底部边杆中的另一个与所述舵机轴铰接。

7.根据权利要求6所述的两自由度可伸缩平移并联机械手，其特征在于：所述末端执行机械手通过末端连杆与两个所述菱形伸缩架的顶部连接，两个所述菱形伸缩架顶部的所述菱形铰接单元分别通过铰接轴铰接于所述末端连杆的两侧。

8.根据权利要求2-7任一项所述的两自由度可伸缩平移并联机械手，其特征在于：所述铰接轴的两端设置有螺纹，所述铰接轴上还设置有轴套和降低铰接处摩擦力的轴承，所述铰接轴的两端通过螺母实现轴向限位，所述螺母与所述轴承之间还设置有垫片。