双并联结构六自由度高速机械手的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种双并联结构六自由度高速机械手,包括固定架、动平台以及均匀布置的六条结构相同的支链，固定架上安装有六个驱动装置，每条支链由近架杆、上连接轴、两个相互平行且等长的远架杆和下连接轴构成；每个驱动装置为与其固接的近架杆提供一个转动自由度；动平台包括水平布置且相互平行的上平台和下平台，上下平台间连接一转动机构。六条支链按照间隔排列的位置分为两组支链，其中一组支链中的三个下连接轴均与上平台固结，另外一组支链中的三个下连接轴均与下平台固结。通过转动机构和两个虎克铰将上平台和下平台的相对移动转化为螺杆的三维转动；该机械手具有轻惯量、高功率密度的特点，可以满足物料的高速复杂抓放动作。
【专利说明】双并联结构六自由度高速机械手
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种机器人的具有空间六自由度的并联机构。
【背景技术】
[0002]目前国内对空间六自由度并联机构的研究尚集中于机械加工或测量用途的机构，而对于应用于物料抓放的可实现高速运动的空间六自由度并联机构研究较少。
[0003]国际上有少数可应用于物料抓放的空间六自由度并联机构。专利文献US20110097184A1公开了一种可实现三维平动三维转动的并联机构，包括固定架、动平台、三自由度手腕以及对称布置在所述固定架与动平台之间的三条结构相同的支链；所述固定架上固接有驱动装置；所述动平台固接有下连接轴；每条支链包括近架杆和两个平行的远架杆以及驱动端、连接轴，所述近架杆一端与所述固定架上驱动端固接，另一端固接有上连接轴；所述两个平行的远架杆一端分别与所述上连接轴的两端球铰接，另一端分别与所述下连接轴球铰接；所述三自由度手腕固接于所述动平台；所述两个平行的远架杆之间固接有驱动端；所述连接轴一端与所述远架杆之间驱动端固接，另一端与所述三自由度手腕输入端固接。上述机构的局限在于:三自由度手腕的驱动端固接于两远架杆之间，增大该机构运动部件的质量与惯量，影响上述机构的动态性能，导致该机构难以实现高速运动。
【发明内容】
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提出一种双并联结构六自由度高速机械手，该机械手具有轻惯量、高功率密度的特点。
[0005]本发明一种双并联结构六自由度高速机械手的技术方案是，该机械手包括固定架、动平台以及布置在所述固定架与动平台之间的六条结构相同的支链，所述固定架上安装有六个驱动装置，每条支链由近架杆、上连接轴、两个相互平行且等长的远架杆和下连接轴构成；六条支链中，所有近架杆的一端分别一一对应的与安装在固定架上的六个驱动装置的输出端固接，每个驱动装置为与其固接的近架杆提供一个转动自由度；每条支链中，所述近架杆的另一端与上所述连接轴固接，两个相互平行且等长的远架杆的一端分别通过球铰链与所述上连接轴球铰接，两个相互平行且等长的远架杆的另一端分别通过球铰链与所述下连接轴球铰接；每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和两个相互平行且等长的远架杆、构成一平行四边形结构，所述平行四边形结构为所述下连接轴提供三维平动。
[0006]本发明中，所述动平台包括水平布置的、且相互平行的上平台和下平台，所述上平台和下平台通过一转动机构连接，所述转动机构包括一螺杆，所述螺杆上包括两段旋向相反的螺纹段，该两螺纹段上分别设有第一螺母和第二螺母；所述上平台包括有与其转动连接的第一虎克外圈，所述下平台包括有与其转动连接的第二虎克外圈，所述第一虎克外圈与第一螺母转动连接、所述第二虎克外圈与第二螺母转动连接，从而构成两个虎克铰；通过上述转动机构和两个虎克铰将上平台和下平台的相对移动转化为所述螺杆的三个转动；六条支链按照间隔排列的位置分为两组支链，其中一组支链中的三个下连接轴均与所述上平台固结，另外一组支链中的三个下连接轴均与所述下平台固结。
[0007]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0008]由于本发明中的动平台采用了水平布置的上平台和下平台，并且上、下平台采用转动机构连接，转动机构中的螺杆通过螺旋副与两个虎克铰中的螺母连接，可以提高绕自身轴线旋转的精度和刚度。本发明结构紧凑，避免了放大机构，降低了机构复杂性的同时减少了运动质量，提高了运动精度，易实现高速抓取，且满足复杂抓放操作的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明机械手的整体机构示意图；
[0010]图2为本发明中动平台的结构示意图；
[0011]图3为本发明中动平台上虎克虎克铰的结构示意图。
[0012]附图标记:1-驱动装置，2-固定架，3-近架杆，4-上连接轴，5a、5b_远架杆，6_下连接轴，7-动平台，8-上平台，9-下平台，IOa-第一螺母、IOb-第二螺母，Ila-第一虎克外圈，Ilb-第二虎克外圈，12-螺杆。
【具体实施方式】
[0013]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。
[0014]如图1所示，本发明一种双并联结构六自由度高速机械手，包括固定架2、动平台7以及布置在所述固定架2与动平台7之间的六条结构相同的支链，所述固定架2上安装有六个驱动装置1，每条支链由近架杆3、上连接轴4、两个相互平行且等长的远架杆5a、5b和下连接轴6构成；六条支链中，所有近架杆3的一端分别一一对应的与安装在固定架2上的六个驱动装置I的输出端固接，每个驱动装置I为与其固接的近架杆3提供一个转动自由度；每条支链中，所述近架杆3的另一端与上所述连接轴4固接，两个相互平行且等长的远架杆5a、5b的一端分别通过球铰链与所述上连接轴4球铰接，两个相互平行且等长的远架杆5a、5b的另一端分别通过球铰链与所述下连接轴6球铰接；每条支链上的所述下连接轴
6、所述上连接轴4和两个相互平行且等长的远架杆5a、5b构成一平行四边形结构，所述平行四边形结构为所述下连接轴6提供三维平动。
[0015]如图2所示，本发明中的所述动平台7包括水平布置的、且相互平行的上平台8和下平台9，所述上平台8和下平台9通过一转动机构连接，所述转动机构包括一螺杆12，所述螺杆12通过转动副与所述上平台8和下平台9连接，所述螺杆11上包括两段旋向相反的螺纹段，该两螺纹段上分别设有第一螺母IOa和第二螺母IOb ;所述上平台8包括有与其转动连接的第一虎克外圈11a，如图3所示；所述下平台9包括有与其转动连接的第二虎克外圈Ilb,所述第一虎克外圈Ila与第一螺母IOa转动连接、所述第二虎克外圈Ilb与第二螺母IOb转动连接，从而构成两个虎克铰，通过上述转动机构和两个虎克铰将上平台8和下平台9的相对移动转化为所述螺杆12的三个转动。
[0016]如图1和图2所示，六条支链按照间隔排列的位置分为两组支链，其中一组支链中的三个下连接轴6均与所述上平台8固结，另外一组支链中的三个下连接轴6均与所述下平台9固结，同一组中的三个下链接轴6与水平面上的一圆相切、且呈周向等间隔排列。[0017]本发明与现有技术相比，其不同点在于:
[0018]由上、下平台将六条支链分为二组，每组中的下连接轴带动上、下平台的相对运动可通过转动机构转化为螺杆12的三维转动，从而使动平台既可以有三个方向的平动自由度，同时又具有三个局部转动自由度。
[0019]本发明中上平台和下平台通过一转动机构连接，转动机构中的螺杆与虎克铰中的螺母通过螺旋副连接，可以提高绕机械手自身轴线旋转的精度和刚度。
[0020]本发明中动平台7采用了水平布置的上平台和下平台，并且上下平台采用转动机构连接，固其结构紧凑，避免了放大机构，降低了机构复杂性的同时减少了运动质量，提高了运动精度，易实现高速抓取，且满足复杂抓放操作的要求。
[0021]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，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，并不是限制性的，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和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种双并联结构六自由度高速机械手，包括固定架(2)、动平台(7)以及布置在所述固定架(2)与动平台(7)之间的六条结构相同的支链，所述固定架(2)上安装有六个驱动装置(1)，每条支链由近架杆(3)、上连接轴(4)、两个相互平行且等长的远架杆(5a、5b)和下连接轴(6)构成； 六条支链中，所有近架杆(3)的一端分别一一对应的与安装在固定架(2)上的六个驱动装置(I)的输出端固接，每个驱动装置(I)为与其固接的近架杆(3)提供一个转动自由度；每条支链中，所述近架杆(3)的另一端与上所述连接轴(4)固接，两个相互平行且等长的远架杆(5a、5b)的一端分别通过球铰链与所述上连接轴(4)球铰接，两个相互平行且等长的远架杆(5a、5b)的另一端分别通过球铰链与所述下连接轴(6)球铰接；每条支链上的所述下连接轴(6 )、所述上连接轴(4 )和两个相互平行且等长的远架杆(5a、5b )构成一平行四边形结构，所述平行四边形结构为所述下连接轴(6)提供三维平动； 其特征在于: 所述动平台(7)包括水平布置的、且相互平行的上平台(8)和下平台(9)，所述上平台(8)和下平台(9)通过一转动机构连接，所述转动机构包括一螺杆(12)，所述螺杆(12)上包括两段旋向相反的螺纹段，该两螺纹段上分别设有第一螺母(IOa)和第二螺母(IOb);所述上平台(8)包括有与其转动连接的第一虎克外圈(11a)，所述下平台(9)包括有与其转动连接的第二虎克外圈(11b)，所述第一虎克外圈(Ila)与第一螺母(IOa)转动连接、所述第二虎克外圈(Ilb)与第二螺母(IOb)转动连接，从而构成两个虎克铰；通过上述转动机构和两个虎克铰将上平台(8)和下平台(9)的相对移动转化为所述螺杆(12)的三个转动； 六条支链按照间隔排列的位置分为两组支链，其中一组支链中的三个下连接轴(6)均与所述上平台(8)固结，另外一组支链中的三个下连接轴(6)均与所述下平台(9)固结。
【文档编号】B25J9/00GK103846907SQ201410071969
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】赵学满, 王攀峰 申请人:天津大学