一种基于抓取并联机构的六自由度并联装置的制作方法

本发明属于机器人技术领域，具体地说是一种基于抓取并联机构的六自由度并联机构。

背景技术：

并联机构为动平台和静平台通过至少两个独立的运动链相连接，具有两个或两个以上的自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。和串联机器人相比，并联机器人具有以下优点：累积误差小、精度较高；驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，运动部分重量轻，速度高，动态响应好；结构紧凑，刚度高，承载能力大。

少自由度并联机构是指自由度少于6的并联机构，可应用于许多适于并联机构操作但不需要全部6个自由度的工作任务。与6自由度并联机构相比，少自由度并联机构具有驱动件少、构件少、控制简单方便、易于制造、价格低廉等优点。因此，少自由度并联机构也被广泛应用在某些场合。

由于受到奇异位形的限制，并联机构动平台的转动能力往往都比较小，即使是相对简单的平面并联机构，在理论上能达到的转动范围也不超过180°，实际上会更小。

部分并联机构通过增加冗余驱动支链来辅助平台跨越奇异位形从而得到更大的转动能力，但冗余驱动会导致过约束从而产生内力，使机构面临复杂的控制问题；还有一部分并联机构则选择在某些支链中增加冗余驱动，但这导致了混合结构的出现，从而改变原有并联机构的载荷传递特性。

在自动化生产线上，现有的并联机构方案主要是靠在并联机构的末端增加执行器 (抓手或吸盘等)来实现抓取功能，这就要求在并联机构的动平台上增加辅助装置，甚至需要增设电机，直接增加了并联机构运动部件的重量，严重影响并联机构的动态特性。

中国专利文献号CN103538062A，公布日2014.1.29，公开了一种四自由度三手指操作并联机构，包括一个机座、一个动平台以及联接机座和动平台的SP型直线驱动分支和三个结构完全相同的UPUR型手指驱动分支，所述SP型直线驱动分支的一端通过移动副与动平台固连，其另一端通过球铰链与机座联接；三个结构相同的手指驱动分支在机座与动平台之间呈圆周均布，每个手指驱动分支中的直线驱动杆的一端通过万向副与机座联接，其另一端通过万向副与手指连杆的一端联接，该手指连杆中部通过转动副与动平台联接，该手指连杆的另一端为自由端。但该技术在手指间需另外设置动平台，增加了机构的复杂性，不利于手指运动范围的扩张；而且，该技术手指的抓取运动取决于动平台的位姿，是伴随运动，很难独立控制。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于抓取并联机构的六自由度并联装置，转动范围大，增加抓取能力，工作空间内全局无奇异，整个机构没有驱动电机安置于运动部件上，能够实现指向整个球面的转动。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种基于抓取并联机构的六自由度并联装置，包括固定架、三自由度平动机构和抓取机构，两个三自由度平动机构对称安装在固定架的两侧，所述抓取并联机构包括：

夹钳，该夹钳由两个夹钳连杆构成，该两个夹钳连杆交叉设置且通过转轴转动连接，该两个夹钳连杆以转轴为转动进行开合运动；

两个三维平动连杆，该三维平动连杆与三自由度平动结构固定连接，三自由度平动结构带动三维平动连杆在X轴、Y轴和Z轴三个方向的平移运动；

两个虎克铰，该虎克铰具有竖直杆轴和水平杆轴，每个三维平动连杆上设一个虎克铰，该虎克铰的竖直杆轴插装入三维平动连杆中与该三维平动连杆转动连接，其中一个虎克铰向下伸出使水平杆轴位于三维平动连杆的下方，另外一个虎克铰向上伸出使水平杆轴位于三维平动连杆的上方，该虎克铰以竖直杆轴的轴线为转动中心线相对于三维平动连杆转动；

其中一个夹钳连杆与位于三维平动连杆下方的虎克铰的水平杆轴转动连接，另外一个夹钳连杆与位于三维平动连杆上方的虎克铰的水平杆轴转动连接，夹钳连杆以虎克铰的水平杆轴为转动中心进行转动运动。

所述虎克铰的竖直杆轴和水平杆轴垂直设置，两个虎克铰的竖直杆轴相互平行，两个虎克铰的水平杆轴和转轴相互平行。

所述三维平动连杆为圆柱管或者外径逐渐缩小的渐缩管。

所述三自由度平动结构中具有连接板，三维平动连杆固定装接在该连接板的中心位置。

所述三维平动连杆与连接板为一体成型结构。

本发明通过两个三维平动控制一个抓取并联结构的两个转动运动和一个抓取运动，使得抓取并联结构具有指向整个球面的转动能力，增加了抓取能力；而且工作空间内全局无奇异，整个机构没有驱动电机安置于运动部件上。

附图说明

附图1为本发明装配后的立体结构示意图；

附图2为本发明抓取工件时的初始示意图；

附图3为本发明抓取工件时的局部转动过程示意图；

附图4为本发明抓取工件时的局部转动过程示意图；

附图5为本发明抓取工件时的局部转动过程示意图；

附图6为本发明抓取工件时的局部转动过程示意图；

附图7为本发明抓取工件时的局部转动过程示意图；

附图8为本发明抓取工件时的局部转动过程示意图；

附图9为本发明抓取工件时的局部转动过程示意图；

附图10为本发明抓取工件时的局部转动过程示意图；

附图11为本发明抓取工件时的局部转动过程示意图；

附图12为本发明抓取工件时的局部转动过程示意图；

附图13为本发明抓取工件时的局部转动过程示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图1和2所示，本发明揭示了一种基于并联机构的六自由度并联装置，包括固定架3、三自由度平动机构2和抓取机构1，两个三自由度平动机构2对称安装在固定架3的两侧，所述抓取并联机构1包括夹钳、两个三维平动连杆5和两个虎克铰7，夹钳由两个夹钳连杆4构成，该两个夹钳连杆4交叉设置且通过转轴8转动连接，该两个夹钳连杆4以转轴8为转动进行开合运动，形成抓取并联机构1的一个开合自由度。两个三维平动连杆5分别与两个三自由度平动结构2固定连接，三自由度平动结构2带动三维平动连杆5在X轴、Y轴和Z轴三个方向的平移运动，形成三个平动自由度。每个三维平动连杆5上设一个虎克铰7，该虎克铰7具有竖直杆轴71和水平杆轴72，该虎克铰7的竖直杆轴71插装入三维平动连杆5中与该三维平动连杆5转动连接，其中一个虎克铰7向下伸出使水平杆轴72位于三维平动连杆5的下方，另外一个虎克铰7向上伸出使水平杆轴72位于三维平动连杆5的上方，该虎克铰以竖直杆轴的轴线为转动中心线相对于三维平动连杆转动，形成抓取并联机构的一个转动自由度，使得两个虎克铰的水平杆轴分别位于上下不同位置。其中一个夹钳连杆4与位于三维平动连杆5下方的虎克铰7的水平杆轴72转动连接，另外一个夹钳连杆4与位于三维平动连杆5上方的虎克铰7的水平杆轴72转动连接，夹钳连杆4以虎克铰7的水平杆轴72为转动中心进行转动运动。

此外，虎克铰7的竖直杆轴71和水平杆轴72垂直设置，两个虎克铰7的竖直杆轴71相互平行，两个虎克铰7的水平杆轴72和转轴8相互平行，保证运动的一致性和准确性。虎克铰以竖直杆轴为转动中心的形成转动自由度的转动运动，与夹钳连杆以水平杆轴为转动中心形成的转动自由度的转动运动相互垂直。

所述三维平动连杆上设有连接板，三自由度平动机构与该连接板固定连接。三维平动连杆设在连接板的中心位置，保证受力的均匀性。三维平动连杆与连接板为一体成型结构。

本发明中，三自由度平动机构并无特别限定，只需要能够实现在X轴、Y轴和Z轴三个方向的平移运动即可。如可为三个串联的移动副构成的空间平动串联机构，或者其他空间平动串联机构。或者可以为Delta机构、Gantry Robot机构、Cartesian Robot机构、Orthoglide机构或Tsai’s 机构，或者其他形式的空间平动并联机构。在此不再一一列举。

三自由度平动机构2形成在x 轴、y 轴和z 轴方向上的三个平动自由度，抓取并联结构 1 中两个夹钳连杆绕转轴转动形成的的一个开合自由度，虎克铰绕其竖直杆轴相对于三维平动连杆转动形成的一个转动自由度，以及夹钳连杆绕虎克铰的水平杆轴转动形成的一个转动自由度共两个转动自由度，从而形成六自由度运动。

本发明中，如附图2所示，将夹钳的开合调整到合适的初始位置，夹取工件9。三自由度平动机构带动三维平动连杆进行X轴、Y轴和Z轴方向的平移运动。先使夹钳连杆在同个平面内进行转动，虎克铰以竖直杆轴为转动中心相对于三维平动连杆转动，先在90度范围内的转动，如附图3所示。然后再继续转动直到相对于初始位置为90度，如附图4所示。然后如附图5和6所示，夹钳连杆在同个平面转动180度，完成在同个平面的180度的转动。然后如附图7和8所示，夹钳连杆再返回至相对于初始位置90度的位置。接着夹钳连杆以虎克铰的水平杆轴为转动中心进行转动，同时虎克铰以竖直杆轴为转动中心进行转动，配合三自由度平动机构的平移运动，实现夹钳连杆360度的圆周转动，如附图9-13所示。从而使得夹钳连杆具有指向整个球面的转动能力，在上下两个半球面内均无运动学奇异。

此外，对于夹钳，还可以是其他结构形式，只要能够利用转动来实现夹取工件的目的即可，以上所述夹钳结构只是其中一种较佳的实施方式，并非是限定。并且该夹钳动作仍然是由两个三维平动连杆来控制。

需要说明的是，以上所述并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。