CN106426115B - 摇杆错动式四支链三平一转高速并联机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摇杆错动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，四条结构相同的运动支链保证动平台实现空间三维平动；动平台包括中心齿轮、平台和末端执行器，平台上装有中心放射状布局的四个导轨，导轨内装有一滑块，中心齿轮啮合有四个相同的弧形齿轮，每个弧形齿轮的盘面上均分别设有一个导向槽；四个滑块分别通过导向槽带动弧形齿轮运动，通过齿轮传动带动旋转轴转动，从而使末端执行器具有三个平动自由度和一个转动自由度。本发明的动平台结构紧凑且为对称布置，运动灵活，受力均匀，运动精度高，整体结构稳定性好，结构简单，便于制造、修理，且能满足复杂抓放操作的要求。

Description

摇杆错动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。

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。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种。本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种动平台力传递效果好，机构运动顺畅，使用寿命长，结构简单，便于制造、修理、维护，可实现空间三维平动一维转动的并联机构。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种摇杆错动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，所述驱动装置为所述近架杆提供一个转动自由度，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平动；所述动平台包括旋转轴，所述旋转轴固接有中心齿轮、转动连接有一平台和固接一末端执行器，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，所述滑块沿所在导轨移动，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；四个导轨中，按照相邻两个一组分为两组，同一组导轨在相邻的侧面上分别设有支撑板，所述支撑板上设有与旋转轴轴线平行的定位轴，所述中心齿轮啮合有四个相同的弧形齿轮，四个相同的弧形齿轮分别与四个定位轴通过转动副连接，每个弧形齿轮的盘面上均分别设有一个导向槽；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，带动所述滑块在所述导轨中滑动，所述四个滑块通过导向槽分别驱动四个弧形齿轮转动；，继而通过齿轮传动带动旋转轴转动，从而使与所述旋转轴固接的末端执行器具有三个平动自由度和一个转动自由度。

本发明中，所述四个弧形齿轮与中心齿轮交错啮合。

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弧形齿轮对称布置的形式，充分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，运动精度高，整体结构稳定性好，结构简单，便于制造、修理，且能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侧视示意图。

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-少半圆齿轮，9-滑块，10-导轨，11-旋转轴，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。

如图1所示，本发明提出的一种摇杆错动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；每条支链由近架杆3、上连接轴4、远架杆5a、远架杆5b和下连接轴7构成。所述远架杆5a和远架杆5b平行且等长，所述近架杆3的一端与所述驱动装置1固接，所述驱动装置1为所述近架杆3提供一个转动自由度，所述近架杆3的另一端与所述上连接轴4固接，两个平行等长的远架杆5a和5b的同一端分别与所述上连接轴4的两端球铰接，两个平行等长的远架杆5a和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、5b构成了一平行四边形结构；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实现空间三维平动。

如图2和图3所示，所述动平台6包括旋转轴11、带有四个导轨10的平台、四个滑块9、四个弧形齿轮8及末端执行器12。所述旋转轴11上自上而下的固接有中心齿轮和末端执行器12。并与所述平台转动连接，四个导轨10按照以旋转轴11的轴线为中心呈放射状安装在所述平台上，每个导轨10内均分别装配有上述的一个滑块9，所述滑块9沿所在导轨10移动，保证滑块9只有沿导轨10的单一自由度，四个滑块9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；四个导轨10中，按照相邻两个一组分为两组，同一组导轨10在相邻的侧面上分别设有支撑板，所述支撑板上各转动连接一弧形齿轮8，所述中心齿轮同时与四个相同的弧形齿轮8啮合。本发明中所述的弧形齿轮8，分别与中心齿轮的交错啮合。每个弧形齿轮8的盘面上均分别设有一个导向槽；。

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9，带动所述滑块9在所述导轨10中滑动，所述四个滑块9分别通导向槽驱动四个弧形齿轮8转动，旋转轴11在四个弧形齿轮8与中心齿轮的啮合带动下实现绕自身轴线的转动，从而带动与所述旋转轴11固接的末端执行器12绕自身轴线转动，本发明机械手最终可以使末端执行器12具有三个平动自由度和一个转动自由度。

采用上述结构的动平台，对称布置，结构紧凑，降低了机构复杂性，可以较方便的实现旋转运动，运用时灵活性较强，易实现高速抓取，其设计巧妙独特，结构简单，机构稳定性好，运动灵活，受力均匀，精度较高，使用寿命长。便于制造、修理、维护，且满足复杂抓放操作的要求。

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 (2)

1.一种摇杆错动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，所述驱动装置(1)为所述近架杆(3)提供一个转动自由度，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)实现空间三维平动；

其特征在于：

所述动平台(6)包括旋转轴(11)，所述旋转轴(11)上自上而下的固接有中心齿轮、转动连接有一平台和固接有一末端执行器(12)，所述平台上装有按照以旋转轴(11)轴线为中心呈放射状布局的四个导轨(10)，每个导轨(10)内均分别装配有一个滑块(9)，所述滑块(9)沿所在导轨(10)移动，四个滑块(9)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；四个导轨(10)中，按照相邻两个一组分为两组，同一组导轨(10)在相邻的侧面上分别设有支撑板，所述支撑板上设有与旋转轴(11)轴线平行的定位轴，所述中心齿轮啮合有四个相同的弧形齿轮(8)，四个相同的弧形齿轮(8)分别与四个定位轴通过转动副连接，每个弧形齿轮(8)上均分别设有一个导向槽；所述四个滑块(9)通过导向槽与所述四个弧形齿轮(8)滑动连接；

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(9)，带动所述滑块(9)在所述导轨(10)中滑动，滑块(9)带动弧形齿轮产生转动，继而通过齿轮传动带动旋转轴(11)转动，从而使与所述旋转轴(11)固接的末端执行器(12)具有三个平动自由度和一个转动自由度。

2.根据权利要求1所述摇杆错动式四支链三平一转高速并联机械手，其特征在于，所述四个弧形齿轮与中心齿轮交错啮合。