專利名稱：一種新型二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，尤其涉及一種適合抓放操作的二維平動(dòng)的二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在機(jī)器人化作業(yè)的現(xiàn)有機(jī)器人中，有兩類機(jī)構(gòu)串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)。串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有工作空間大、靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，也存在一些不足之處存在各桿件的誤差累積、末端精度低；慣性大、剛度低、動(dòng)態(tài)性能較差。并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一種具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，且驅(qū)動(dòng)器分配在不同環(huán)路上的閉式多環(huán)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)器人相對(duì)串聯(lián)機(jī)器人而言，具有剛度大、承載能力強(qiáng)、位置誤差不累積、精度高、 自重負(fù)荷比小、動(dòng)力性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)?；诓⒙?lián)機(jī)構(gòu)的各種裝備成為傳統(tǒng)串聯(lián)裝備的一個(gè)重要補(bǔ)充，在許多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。目前，并聯(lián)機(jī)器人主要應(yīng)用于醫(yī)用外科設(shè)備、移動(dòng)機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)模擬、機(jī)械制造、自動(dòng)化裝配、精密加工與測(cè)量、微電子制造及娛樂行業(yè)等領(lǐng)域，如飛行模擬器、虛擬軸機(jī)床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、微動(dòng)機(jī)器人、機(jī)器人用力與力矩傳感器、步行器及爬壁機(jī)器人腿以及大型礦山機(jī)械等。目前，已經(jīng)提出的新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)約一百多種，但二自由度的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)依然非常少。二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、有封閉形式的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、控制容易、造價(jià)低等特點(diǎn)。二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)平臺(tái)能在其工作平面內(nèi)以較高速度作二自由度移動(dòng)，并保持姿態(tài)不變，適用于電子、包裝等輕工行業(yè)的抓放操作，具有較好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二自由度平面并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)在工作平面內(nèi)進(jìn)行二維移動(dòng)，并保持姿態(tài)不變。該機(jī)構(gòu)具有精度高、慣性小、高動(dòng)態(tài)性能、工作空間較大、運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和反解簡單等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的二維平動(dòng)二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)，包括五根連桿、五個(gè)滑輪和一根鋼絲繩。其特征在于動(dòng)平臺(tái)通過兩個(gè)支鏈與靜平臺(tái)相連。每個(gè)支鏈包括一個(gè)主動(dòng)臂和一個(gè)從動(dòng)臂。主動(dòng)臂一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)相連，另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與從動(dòng)臂相連。從動(dòng)臂通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連。主動(dòng)臂和從動(dòng)臂的鉸接處，安裝有一個(gè)滑輪，該滑輪與主動(dòng)臂、從動(dòng)臂構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。兩條從動(dòng)臂通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，在二者鉸接處，安裝有一個(gè)滑輪作為動(dòng)平臺(tái)，該滑輪與主動(dòng)臂、從動(dòng)臂構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。安裝在靜平臺(tái)上的兩個(gè)滑輪相對(duì)靜平臺(tái)固定。鋼絲繩纏繞在五個(gè)滑輪上，切鋼絲繩和固定在靜平臺(tái)上的兩個(gè)滑輪之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。所述鋼絲繩可用皮帶或其它繩索替代；五個(gè)滑輪可用皮帶輪替代。此機(jī)構(gòu)通過兩個(gè)主動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的平面二自由度平動(dòng)。在動(dòng)平臺(tái)上可以安裝各種工具，實(shí)現(xiàn)抓放等操作。所述靜平臺(tái)可通過一個(gè)線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在與該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平面垂直的方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的三維平動(dòng)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果I.本發(fā)明的二自由度平面機(jī)械手機(jī)構(gòu)采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)二自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)相t匕，具有高精度、高剛度、低慣性、高動(dòng)態(tài)性能、位置誤差不累積等優(yōu)點(diǎn)；2.本發(fā)明的二自由度平面機(jī)械手機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、反解簡單。正解具有解析解，有利于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定；3.本發(fā)明的二自由度平面機(jī)械手機(jī)構(gòu)，具有明確的運(yùn)動(dòng)形式，即二維平動(dòng)；通過一根鋼絲繩和五個(gè)滑輪對(duì)動(dòng)平臺(tái)提供約束，使動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)保持不變，并減輕了機(jī)構(gòu)的整體質(zhì)量；4.本發(fā)明采用主動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)作為機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輸入，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的高速二維移動(dòng)；


圖I是本發(fā)明的二自由度平面機(jī)械手機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-靜平臺(tái)2，5_主動(dòng)臂3，4、從動(dòng)臂8_動(dòng)平臺(tái)(滑輪)6-10 :滑輪11 :鋼絲繩
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。如圖I所示，本發(fā)明的二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)，包括五根連桿(1-5)、五個(gè)滑輪(6-10)和一根鋼絲繩(11)。連桿⑴為機(jī)械手的靜平臺(tái)；滑輪⑶為動(dòng)平臺(tái)?；?6、7)和連桿(2、3)構(gòu)成機(jī)構(gòu)的右運(yùn)動(dòng)支鏈；滑輪(9、10)和連桿(4、5)構(gòu)成機(jī)構(gòu)的左運(yùn)動(dòng)支鏈。連桿(2、5)為機(jī)械手主動(dòng)臂，連桿(3、4)為從動(dòng)臂。各連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連?；喅?、10)與靜平臺(tái)(I)固連；滑輪(7、8、9)分別與相接連桿形成復(fù)合鉸鏈。鋼絲繩(11)纏繞在滑輪(6-10)上；鋼絲繩(11)和滑輪(6、10)工作外圓之間無相對(duì)滑動(dòng)。在動(dòng)平臺(tái)⑶上可以安裝各種工具。此機(jī)構(gòu)通過兩個(gè)主動(dòng)臂(2、5)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)(8)的二自由度平動(dòng)。此機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)主動(dòng)臂2的轉(zhuǎn)動(dòng)作為機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輸入，使動(dòng)平臺(tái)在其工作平面內(nèi)以較高的速度作二自由度移動(dòng)。本發(fā)明的二自由度平面機(jī)械手機(jī)構(gòu)采用鋼絲繩和滑輪結(jié)構(gòu)約束動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而減輕機(jī)械手的總體質(zhì)量，提升其動(dòng)態(tài)性能。
權(quán)利要求
1.一種二維平動(dòng)的二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)，包括五根連桿(1-5)、五個(gè)滑輪￠-10)和一根鋼絲繩(11)。其特征在于動(dòng)平臺(tái)(8)通過兩個(gè)支鏈與靜平臺(tái)(I)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二維平動(dòng)的二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)，其特征在于所述支鏈包括一個(gè)主動(dòng)臂(2或5)和一個(gè)從動(dòng)臂(3或4)。主動(dòng)臂(2或5) —端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)(I)相連，另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與從動(dòng)臂(3或4)相連。從動(dòng)臂(3、4)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)(8)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二維平動(dòng)的二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)，其特征在于所述主動(dòng)臂(2或5)和從動(dòng)臂(3或4)的鉸接處，安裝有一個(gè)滑輪，該滑輪與主動(dòng)臂、從動(dòng)臂構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。
4.根據(jù)權(quán)利要求I和3所述的二維平動(dòng)的二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)，其特征在于所述兩條從動(dòng)臂(3、4)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連。在二者鉸接處，安裝有一個(gè)滑輪(即動(dòng)平臺(tái)8)，該滑輪與主動(dòng)臂、從動(dòng)臂構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二維平動(dòng)的二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)，其特征在于所述兩個(gè)滑輪(6和10)相對(duì)靜平臺(tái)(I)固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二維平動(dòng)的二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)，其特征在于所述鋼絲繩(11)纏繞在五個(gè)滑輪￠-10)上；鋼絲繩(11)和滑輪出、10)之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二維平動(dòng)的二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)，其特征在于所述鋼絲繩(11)可用皮帶或其它繩索替代；五個(gè)滑輪(6-10)可用皮帶輪替代。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二維平動(dòng)的二自由度機(jī)械手機(jī)構(gòu)，包括五根連桿(1-5)、五個(gè)滑輪(6-10)和一根鋼絲繩(11)。連桿(1)為機(jī)械手的靜平臺(tái)；滑輪(8)為動(dòng)平臺(tái)；連桿(2、5)為機(jī)械手主動(dòng)臂，連桿(3、4)為從動(dòng)臂。各連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相連?；?6、10)與靜平臺(tái)(1)固連；滑輪(7、8、9)分別與相接連桿形成復(fù)合鉸鏈。鋼絲繩(11)纏繞在滑輪(6-10)上；鋼絲繩(11)和滑輪(6、10)之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在動(dòng)平臺(tái)(8)上可以安裝各種工具。此機(jī)構(gòu)通過兩個(gè)主動(dòng)臂(2、5)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)(8)的二自由度平動(dòng)。
文檔編號(hào)B25J9/08GK102873681SQ20111019824
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者袁劍鋒, 欒江峰, 劉廣博 申請(qǐng)人:袁劍鋒, 安寶生, 陳超