一種高速六自由度并聯(lián)機械手的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速六自由度并聯(lián)機械手，包括固定架、動平臺以及六條結(jié)構(gòu)相同的支鏈，固定架上裝有六個驅(qū)動裝置，每條支鏈由近架桿、上連接軸、兩個相互平行且等長的遠架桿、和下連接軸組成；六條支鏈中，所有驅(qū)動裝置的輸出端分別與一近架桿的一端固接并為其提供一個轉(zhuǎn)動自由度；動平臺包括水平布置的、且相互平行的上平臺和下平臺，上平臺和下平臺通過一包含螺桿的轉(zhuǎn)動機構(gòu)連接，六條支鏈按照依次間隔的位置分為兩組支鏈，分別獨立驅(qū)動上平臺和下平臺，通過轉(zhuǎn)動機構(gòu)將上、下三維相對移動轉(zhuǎn)化為螺桿的三個轉(zhuǎn)動。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，避免了放大機構(gòu)，降低了機構(gòu)復雜性的同時減少了運動部件質(zhì)量，提高了運動精度，易實現(xiàn)復雜抓放操作。
【專利說明】一種高速六自由度并聯(lián)機械手
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人，特別是涉及一種機器人的具有空間六自由度的并聯(lián)機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)對空間六自由度并聯(lián)機構(gòu)的研究尚集中于機械加工或測量用途的機構(gòu)，而對于應(yīng)用于物料抓放的可實現(xiàn)高速運動的空間六自由度并聯(lián)機構(gòu)研究較少。
[0003]國際上有少數(shù)可應(yīng)用于物料抓放的空間六自由度并聯(lián)機構(gòu)。專利文獻US20110097184A1公開了一種可實現(xiàn)三維平動三維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機構(gòu)，包括固定架、動平臺、三自由度手腕以及對稱布置在所述固定架與動平臺之間的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈；所述固定架上固接有驅(qū)動裝置；所述動平臺固接有下連接軸；每條支鏈包括近架桿和兩個平行的遠架桿以及驅(qū)動端、連接軸，所述近架桿一端與所述固定架上驅(qū)動端固接，另一端固接有上連接軸；所述兩個平行的遠架桿一端分別與所述上連接軸的兩端球鉸接，另一端分別與所述下連接軸球鉸接；所述三自由度手腕固接于所述動平臺；所述兩個平行的遠架桿之間固接有驅(qū)動端；所述連接軸一端與所述遠架桿之間驅(qū)動端固接，另一端與所述三自由度手腕輸入端固接。上述機構(gòu)的局限在于:三自由度手腕的驅(qū)動端固接于兩遠架桿之間，增大該機構(gòu)運動部件的質(zhì)量與慣量，影響上述機構(gòu)的動態(tài)性能，導致該機構(gòu)難以實現(xiàn)高速運動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提出一種輕慣量、高功率密度的高速六自由度并聯(lián)機械手。
[0005]本發(fā)明一種高速六自由度并聯(lián)機械手的技術(shù)方案是:該機械手包括固定架、動平臺以及布置在所述固定架與動平臺之間的六條結(jié)構(gòu)相同的支鏈，所述固定架上安裝有六個驅(qū)動裝置，每條支鏈由近架桿、上連接軸、兩個相互平行且等長的遠架桿、和下連接軸構(gòu)成；六條支鏈中，所有近架桿的一端分別一一對應(yīng)的與安裝在固定架上的六個驅(qū)動裝置的輸出端固接，每個驅(qū)動裝置為與其固接的近架桿提供一個轉(zhuǎn)動自由度；每條支鏈中，所述近架桿的另一端與上所述連接軸固接，兩個相互平行且等長的遠架桿的一端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸球鉸接，兩個相互平行且等長的遠架桿、的另一端分別通過球鉸鏈與所述下連接軸球鉸接；每條支鏈上的所述下連接軸、所述上連接軸和兩個相互平行且等長的遠架桿構(gòu)成一平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述平行四邊形結(jié)構(gòu)為所述下連接軸提供三維平動；該平行四邊形結(jié)構(gòu)的意義在于保證所述下連接軸在機械手運動過程中始終平行于固定架。
[0006]本發(fā)明機械手中的所述動平臺包括水平布置的、且相互平行的上平臺和下平臺，所述上平臺和下平臺通過一轉(zhuǎn)動機構(gòu)連接，所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括與所述上平臺轉(zhuǎn)動連接的螺母和與所述螺母連接的螺桿，所述下平臺上安裝有軸承，所述螺桿由所述軸承支撐；所述上平臺與所述螺桿之間、所述下平臺與所述螺桿之間均分別采用虎克鉸轉(zhuǎn)動連接；其中，所述上平臺與所述螺桿之間的虎克鉸由一虎克外圈和所述螺母構(gòu)成，所述下平臺與所述螺桿之間的虎克鉸由一虎克外圈和所述軸承構(gòu)成，通過上述轉(zhuǎn)動機構(gòu)和兩個虎克鉸將上平臺和下平臺的相對移動轉(zhuǎn)化為所述螺桿的三個轉(zhuǎn)動；六條支鏈按照間隔排列的位置分為兩組支鏈，其中一組支鏈中的三個下連接軸均與所述上平臺固結(jié)，另外一組支鏈中的三個下連接軸均與所述下平臺固結(jié)。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0008]由于本發(fā)明機械手中的動平臺采用了水平布置的上平臺和下平臺，并且上、下平臺之間采用轉(zhuǎn)動機構(gòu)連接，故其結(jié)構(gòu)緊湊，避免了放大機構(gòu)，降低了機構(gòu)復雜性的同時減少了運動部件質(zhì)量，提高了運動精度，易實現(xiàn)高速抓取，且滿足復雜抓放操作的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明機械手的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為圖1中所示動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖3為圖2中所示動平臺上的虎克鉸的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]附圖標記說明:1-驅(qū)動裝置，2-固定架，3-近架桿，4-上連接軸，5a、5b_遠架桿，6-下連接軸，7-動平臺，8-上平臺，9-下平臺，10-螺母，I la、I Ib-虎克外圈，12-軸承，13-螺桿。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步詳細描述。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明一種高速六自由度并聯(lián)機械手，包括固定架2、動平臺7以及布置在所述固定架2與動平臺7之間的六條結(jié)構(gòu)相同的支鏈，所述固定架2上安裝有六個驅(qū)動裝置1，每條支鏈由近架桿3、上連接軸4、兩個相互平行且等長的遠架桿5a、5b和下連接
軸6構(gòu)成；六條支鏈中，所有近架桿3的一端分別--對應(yīng)的與安裝在固定架2上的六個驅(qū)
動裝置I的輸出端固接，每個驅(qū)動裝置I為與其固接的近架桿3提供一個轉(zhuǎn)動自由度；每條支鏈中，所述近架桿3的另一端與上所述連接軸4固接，兩個相互平行且等長的遠架桿5a、5b的一端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸4球鉸接，兩個相互平行且等長的遠架桿5a、5b的另一端分別通過球鉸鏈與所述下連接軸6球鉸接；每條支鏈上的所述下連接軸6、所述上連接軸4和兩個相互平行且等長的遠架桿5a、5b構(gòu)成一平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述平行四邊形結(jié)構(gòu)為所述下連接軸6提供三維平動；
[0015]如圖2所示，所述動平臺7包括水平布置的、且相互平行的上平臺8和下平臺9，所述上平臺8和下平臺9通過一轉(zhuǎn)動機構(gòu)連接,所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括與所述上平臺8轉(zhuǎn)動連接的螺母10和與所述螺母10連接的螺桿13，所述下平臺9上安裝有軸承12，所述螺桿13由所述軸承12支撐；所述上平臺8與所述螺桿13之間、所述下平臺9與所述螺桿13之間均分別采用虎克鉸轉(zhuǎn)動連接；其中，所述上平臺8與所述螺桿13之間的虎克鉸由一虎克外圈Ila和所述螺母10構(gòu)成，所述下平臺9與所述螺桿13之間的虎克鉸由一虎克外圈Ilb和所述軸承12構(gòu)成，通過上述轉(zhuǎn)動機構(gòu)和兩個虎克鉸將上平臺8和下平臺9的相對移動轉(zhuǎn)化為所述螺桿13的三個轉(zhuǎn)動。 [0016]如圖1所示，六條支鏈按照間隔排列的位置分為兩組支鏈。如圖2所示，其中一組支鏈中的三個下連接軸6均與所述上平臺8固結(jié)，另外一組支鏈中的三個下連接軸6均與所述下平臺9固結(jié)。圖3示出了上平臺8與其中一組支鏈中三個下連接軸6的位置關(guān)系。
[0017]本發(fā)明機械手與現(xiàn)有技術(shù)相比，其不同點在于:
[0018]由上、下平臺將六條支鏈分為二組，每組中的下連接軸帶動上、下平臺的相對運動可通過轉(zhuǎn)動機構(gòu)轉(zhuǎn)化為螺桿13的三維轉(zhuǎn)動，從而使動平臺既可以有三個方向的平動自由度，同時又具有三個局部轉(zhuǎn)動自由度。
[0019]本發(fā)明中動平臺7采用了水平布置的上平臺和下平臺，并且上下平臺采用轉(zhuǎn)動機構(gòu)連接，固其結(jié)構(gòu)緊湊，避免了放大機構(gòu)，降低了機構(gòu)復雜性的同時減少了運動質(zhì)量，提高了運動精度，易實現(xiàn)高速抓取，且滿足復雜抓放操作的要求。
[0020]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高速六自由度并聯(lián)機械手，包括固定架(2)、動平臺(7)以及布置在所述固定架(2)與動平臺(7)之間的六條結(jié)構(gòu)相同的支鏈，所述固定架(2)上安裝有六個驅(qū)動裝置(1)，每條支鏈由近架桿(3)、上連接軸(4)、兩個相互平行且等長的遠架桿(5a、5b)和下連接軸(6)構(gòu)成； 六條支鏈中，所有近架桿(3)的一端分別一一對應(yīng)的與安裝在固定架(2)上的六個驅(qū)動裝置(I)的輸出端固接，每個驅(qū)動裝置(I)為與其固接的近架桿(3)提供一個轉(zhuǎn)動自由度；每條支鏈中，所述近架桿(3)的另一端與上所述連接軸(4)固接，兩個相互平行且等長的遠架桿(5a、5b)的一端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸(4)球鉸接，兩個相互平行且等長的遠架桿(5a、5b)的另一端分別通過球鉸鏈與所述下連接軸(6)球鉸接；每條支鏈上的所述下連接軸(6 )、所述上連接軸(4 )和兩個相互平行且等長的遠架桿(5a、5b )構(gòu)成一平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述平行四邊形結(jié)構(gòu)為所述下連接軸(6)提供三維平動； 其特征在于: 所述動平臺(7)包括水平布置的、且相互平行的上平臺(8)和下平臺(9)，所述上平臺(8)和下平臺(9)通過一轉(zhuǎn)動機構(gòu)連接，所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括與所述上平臺(8)轉(zhuǎn)動連接的螺母(10)和與所述螺母(10)連接的螺桿(13)，所述下平臺(9)上安裝有軸承(12)，所述螺桿(13)由所述軸承(12)支撐；所述上平臺(8)與所述螺桿(13)之間、所述下平臺(9)與所述螺桿(13)之間均分別采用虎克鉸轉(zhuǎn)動連接；其中，所述上平臺(8)與所述螺桿(13)之間的虎克鉸由一虎克外圈(Ila)和所述螺母(10)構(gòu)成，所述下平臺(9)與所述螺桿(13)之間的虎克鉸由一虎克外圈(Ilb)和所述軸承(12)構(gòu)成，通過上述轉(zhuǎn)動機構(gòu)和兩個虎克鉸將上平臺(8)和下平臺(9)的相對移動轉(zhuǎn)化為所述螺桿(13)的三個轉(zhuǎn)動； 六條支鏈按照間隔排列的位置分為兩組支鏈，其中一組支鏈中的三個下連接軸(6)均與所述上平臺(8)固結(jié)，另外一組支鏈中的三個下連接軸(6)均與所述下平臺(9)固結(jié)。
【文檔編號】B25J9/00GK103846911SQ201410073122
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】趙學滿, 王攀峰 申請人:天津大學