十字滑块式四支链三平一转高速并联机械手的制作方法

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。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明提供一种动平台力传递效果好，机构运动顺畅，使用寿命长，便于修理维护，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，本发明提出的一种十字滑块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移动；所述动平台包括旋转轴，所述旋转轴的上端设有一平台，所述旋转轴的下端固接有末端执行器，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杆，每个导杆上均分别套装有一滑套，四个滑套分别与四条结构相同的运动支链中的下连接轴固连；在所述旋转轴上设一中心齿轮；相邻两个滑套为一组，两组滑套的下端分别与两个相同的半圆齿轮转动连接，两个半圆齿轮分别与所述中心齿轮啮合；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套，带动两个相同的半圆齿轮转动，继而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。

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：动平台结构中采用两个半齿轮对称布置的形式，且半齿轮两端都连接有滑块，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，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主视示意图；

图4为本发明中动平台结构的仰视示意图。

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-下连接轴，7-动平台，8-导杆，9-滑套，10a、10b-半圆齿轮，11-中心齿轮，12-导杆固定装置，13-平台，14-旋转轴，15-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，本发明提出的一种十字滑块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7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7之间。

如图1所示，每条运动支链均由近架杆3、上连接轴4、远架杆5a、远架杆5b和下连接轴6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提供了一个转动自由度，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和远架杆5b的同一端分别与所述上连接轴4的两端球铰接，所述两个平行等长的远架杆5a和远架杆5b的另一端分别与所述下连接轴6球铰接；所述下连接轴6、所述上连接轴4和两个平行等长的远架杆5a和远架杆5b构成了一平行四边形结构；四条运动支链的下连接轴6均与所述动平台7固接；四条结构相同的运动支链保证动平台7实现空间三维平动。

如图2、图3和图4所示，所述动平台7包括四个导杆8、四个滑套9、两个半圆齿轮10a和10b、中心齿轮11、导杆固定装置12、平台13、旋转轴14和末端执行器15。

所述旋转轴14的上端与所述平台13通过转动副连接，所述末端执行器15固接在所述旋转轴14的下端，四个导杆8按照以旋转轴14轴线为中心呈放射状布局、并通过导杆固定装置12安装在所述平台11上，如图2所示，四个导杆8可以由十字相交的两根圆管构成，其十字中心在旋转轴14的轴线上，以保证导杆相对所述平台13对称；四个滑套9分别套在每个导杆8上并可以在所在的导杆8上滑动，四个滑套9的上端还分别与四条结构相同的运动支链中的下连接轴6固连；所述旋转轴14上设一中心齿轮11；相邻两个滑套9为一组，两组滑套的下端分别与两个相同的半圆齿轮10a、10b转动连接，两个半圆齿轮10a、10b分别与所述中心齿轮11啮合。

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四个滑套9，带动两个半圆齿轮转动，继而通过齿轮传动带动旋转轴14转动，从而使末端执行器15具有绕自身轴线转动的能力，本发明中的末端执行器15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，易实现高速抓取，且满足复杂抓放操作的要求。

本发明与现有技术相比，其不同点在于：

本发明中的动平台7采用沿导杆8运动的滑套9连接运动支链与两个半圆齿轮10a和10b，其中，一对相邻的两个滑套9为一组连接一个半圆齿轮，可以保证相邻滑套9做反向运动，两个半圆齿轮10a和10b做同向转动。由两个半圆齿轮10a和10b通过齿轮传动同时带动旋转轴14运动，从而控制末端执行器15的旋转，保证了转动的平稳性。本发明中将动平台组件呈对称设计，其结构紧凑，可以较方便的实现旋转运动，运用时灵活性较强。动平台7采用两个半圆齿轮10a～10b带动旋转轴15转动的结构，其设计巧妙独特，机构稳定性好，运动灵活，受力均匀，精度较高，使用寿命长，便于修理、维护，易实现高速运动，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。