二自由度旋转机械手的制作方法
【专利摘要】一种工业机器人【技术领域】的二自由度旋转机械手，包括：用于抓持工件的上动平台、下动平台以及定平台，其中：上、下动平台之间以及下动平台与定平台之间分别通过两组弧形约束滚子组滚动连接，此外下动平台与上动平台之间通过连杆机构连接，下动平台与定平台通过丝杠螺母相连；本装置通过将转动中心设计于机械手的外侧，即位于工件的质心位置，使得整体转动惯量小，大幅度降低了电机的要求；特殊结构的虚拟四杆机构则位于机械手的内部，可以同时实现以较小的尺寸获得较大的转动范围。
【专利说明】二自由度旋转机械手
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种工业机器人【技术领域】的装置，具体是一种用于抓取工件并可绕工件质心进行大范围的旋转。可配合机械臂进行工件的抓取和位姿的调整的转心在体外的二自由度旋转机械手。
【背景技术】
[0002]二自由度旋转机构被广泛的应用在各个领域，目前应用较多的有球面二自由度并联机构和杆式空间并联机构。如中国专利申请号为200710185707的专利申请中公开了一种具有冗余驱动的球面二自由度对称并联机器人机构，通过三个分支将末端与定平台联系起来,三个分支都输转动副，所有转动副的轴线汇交与转动球心。但是转动的球心位于机构的内部，且运动范围达不到设计的要求。申请号为200780051890的专利申请中公开了一个二自由度旋转机构，两个致动器将固定平台和动平台连接，两个致动器的长度变化和两个垂直轴的转角有一一对应的关系。该机构的转动中心位于动平台的中心处，不能放在体外。
[0003]综上所述，目前二自由度机构的转心多位于机构的内部，转动范围较小，很难满足工业需要。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种二自由度旋转机械手，其转心位于所持工件的质心处，具有两个方向的转动自由度。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括:用于抓持工件的上动平台、下动平台以及定平台，其中:上、下动平台之间以及下动平台与定平台之间分别通过两组弧形约束滚子组滚动连接，此外下动平台与上动平台之间通过连杆机构连接，下动平台与定平台通过丝杠螺母相连。
[0006]所述的连杆机构包括:第一连杆和第二连杆，其中:第一连杆的一端和第二连杆的一端转动连接，第一连杆的另一端与上动平台相连，第二连杆的另一端与下动平台相连，通过上动平台和工件实现虚拟的四连杆结构。
[0007]所述的两组弧形约束滚子组的滚动方向相互垂直且两者的虚拟圆心重合。
[0008]所述的上动平台在运动过程中保持和工件相对位置不变，所述的虚拟圆心位于工件内并和工件的质心位置重合。
[0009]所述的螺母与下动平台之间构成转动副，所述的丝杠的安装架与定平台之间也构成转动副:当丝杠推动螺母移动时，螺母与下动平台围绕所述虚拟圆心转动，丝杠安装架与定平台之间相对转动，使丝杠的位姿变化。
技术效果
[0010]与现有技术相比，本发明转动中心在机械手的外侧，位于工件的质心位置，因此转动惯量小，降低了电机的要求；四杆机构在机械手内部，可以以较小的尺寸实现较大的转动范围。[0011]在工作时，机架固定，当需要围绕上述虚拟轴二转动时，四杆机构上电机锁死，丝杠上的电机开始转动，推动螺母移动，在弧形轨道的约束下螺母只能绕体外的虚拟转心转动，带动上动平台，下动平台和工件一起旋转，同时丝杠自动调整位姿，丝杠安装架相对机架转动。当需要围绕虚拟轴一转动时，丝杠上电机锁死，此时下动平台也可视为机架，四杆机构上电机转动，推动上动平台转动，带动工件转动。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为发明结构示意图；
[0013]图2为虚拟四杆机构结构示意图；
[0014]图3为图1局部放大示意图；
[0015]图中:I虚拟一轴、2虚拟二轴、3和9约束滚子、4下动平台、5虚拟四杆机构、6固定机架、7丝杠、8丝杠安装架、10螺母、11上动平台、12工件、13第一连杆、14第二连杆、15虚拟第三杆、16虚拟第四杆、17连接柱。
【具体实施方式】
[0016]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0017]如图1所示,本实施例包括:上动平台11和下动平台4以及定平台6,其中:上动平台11和下动平台4之间以及下动平台4与定平台6之间分别通过两组弧形约束滚子组
3、9滚动连接；此外下动平台4与上动平台11之间通过连杆机构13、14连接,下动平台4与定平台6通过丝杠7、螺母10相连。
[0018]所述的两组弧形约束滚子组3、9的滚动方向相互垂直且两者的虚拟圆心重合。
[0019]所述的上动平台11上有抓取机构，用于抓取工件12，所述的虚拟圆心位于工件12内并与工件12的质心重合。
[0020]所述的定平台6与机械大臂固定连接，通过大臂的旋转带动整个机械手实现±180。的旋转。
[0021]如图2所示，所述的下动平台4与上动平台之间实现虚拟四杆机构5的连接关系，其中:第一连杆13和第二连杆14相互转动连接，第二连杆14的一端与设置于下动平台4上的连接柱17转动连接，第一连杆13的一端与上动平台11转动连接，虚拟第四杆16为虚拟机架，虚拟第三杆15为虚拟杆，代表上动平台11和工件12。
[0022]如图3所示，所述的定平台6和下动平台4通过丝杠螺母连接，其中:螺母10与下动平台4以转动副相连，丝杠7安装在丝杠安装架8上，丝杠安装架通过转动副与定平台6相连。通过丝杠7的转动推动螺母10绕虚拟圆心转动。
[0023]所述的第一弧形约束滚子组3提供上动平台11的被动约束，所述的第二弧形约束滚子组9提供下动平台4的被动约束，所述的四杆机构5提供主动驱动，使上动平台11围绕虚拟一轴I旋转，所述的丝杠螺母机构提供主动约束，使上动平台11和下动平台4 一起绕所述的虚拟二轴2旋转。[0024]在工作时，机架6固定。当需要围绕上述虚拟二轴2转动时，四杆机构5上电机锁死，丝杠7上的电机开始转动，推动螺母10移动，在约束滚子9的约束下螺母只能绕体外的虚拟转心转动，带动上动平台11，下动平台4和工件12 —起旋转，同时丝杠7自动调整位姿，丝杠安装架8相对机架6转动。当需要围绕一轴I转动时，丝杠7上电机锁死，此时下动平台4也可视为机架，四杆机构5上电机转动，推动上动平台11转动，带动与其相连的工件12转动。
[0025]本装置通过将转动中心设计于机械手的外侧，即位于工件的质心位置，使得整体转动惯量小，大幅度降低了电机的要求；特殊结构的虚拟四杆机构则位于机械手的内部，可以同时实现以较小的尺寸获得较大的转动范围。
【权利要求】
1.一种二自由度旋转机械手，其特征在于，包括:用于抓持工件的上动平台、下动平台以及定平台，其中:上、下动平台之间以及下动平台与定平台之间分别通过两组弧形约束滚子组滚动连接，此外下动平台与上动平台之间通过连杆机构连接，下动平台与定平台通过丝杠螺母相连； 所述的连杆机构包括:第一连杆和第二连杆，其中:第一连杆的一端和第二连杆的一端转动连接，第一连杆的另一端与上动平台相连，第二连杆的另一端与下动平台相连，通过上动平台和工件实现虚拟的四连杆结构。
2.根据权利要求1所述的二自由度旋转机械手，其特征是，所述的两组弧形约束滚子组的滚动方向相互垂直且两者的虚拟圆心重合，其中:第一弧形约束滚子组提供上动平台的被动约束，第二弧形约束滚子组提供下动平台的被动约束。
3.根据权利要求1所述的二自由度旋转机械手，其特征是，所述的上动平台在运动过程中保持和工件相对位置不变，所述的虚拟圆心位于工件内并和工件的质心位置重合。
4.根据权利要求1所述的二自由度旋转机械手，其特征是，所述的螺母与下动平台之间构成转动副，所述的丝杠的安装架与定平台之间也构成转动副:当丝杠推动螺母移动时，螺母与下动平台围绕所述虚拟圆心转动，丝杠安装架与定平台之间相对转动，使丝杠的位姿变化。
5.根据权利要求1所述的二自由度旋转机械手，其特征是，所述的定平台与机械大臂固定连接，通过大臂的旋转带动整个机械手实现±180°的旋转。
【文档编号】B25J9/02GK103753522SQ201410058710
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】郭为忠, 周俊男, 高峰 申请人:上海交通大学