專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高速六自由度并聯(lián)機(jī)械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，特別是涉及一種機(jī)器人的具有空間六自由度的高速并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)對(duì)空間六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究尚集中于機(jī)械加工、測(cè)量和模擬訓(xùn)練用途的機(jī)構(gòu)，而對(duì)于應(yīng)用于物料抓放的可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的空間六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究較少。國(guó)際上僅有少數(shù)可應(yīng)用于物料抓放的空間六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。專(zhuān)利文獻(xiàn)US20110097184 Al公開(kāi)了一種可實(shí)現(xiàn)三維平動(dòng)三維轉(zhuǎn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括固定架、動(dòng)平臺(tái)、三自由度手腕以及對(duì)稱(chēng)布置在所述固定架與動(dòng)平臺(tái)之間的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈；所述固定架上固接有驅(qū)動(dòng)裝置；所述動(dòng)平臺(tái)固接有下連接軸；每條支鏈包括近架桿和兩個(gè)平行的遠(yuǎn)架桿以及驅(qū)動(dòng)端、連接軸，所述近架桿一端與所述固定架上驅(qū)動(dòng)端固接，另一端固接有上連接軸；所述兩個(gè)平行的遠(yuǎn)架桿一端分別與所述上連接軸的兩端球鉸接，另一端分別與所述下連接軸球鉸接；所述三自由度手腕固接于所述動(dòng)平臺(tái)；所述兩個(gè)平行的遠(yuǎn)架桿之間固接有驅(qū)動(dòng)端；所述連接軸一端與所述遠(yuǎn)架桿之間驅(qū)動(dòng)端固接，另一端與所述三自由度手腕輸入端固接。上述機(jī)構(gòu)的局限在于三自由度手腕的驅(qū)動(dòng)端固接于兩遠(yuǎn)架桿之間，增大該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量與慣量，影響上述機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能，導(dǎo)致該機(jī)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提出一種可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的六自由度并聯(lián)機(jī)械手。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種高速六自由度并聯(lián)機(jī)械手予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是包括固定架、動(dòng)平臺(tái)、三自由度手腕以及布置在所述固定架與動(dòng)平臺(tái)之間的六條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈；所述固定架上固接有六個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置；每條運(yùn)動(dòng)支鏈包括近架桿、兩個(gè)平行且等長(zhǎng)的遠(yuǎn)架桿，所述近架桿的一端與一驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端固接，所述近架桿的另一端固接有上連接軸；所述驅(qū)動(dòng)裝置為所述近架桿提供一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)自由度；兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的同一端均分別與所述上連接軸球鉸接，兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的的另一端均分別與設(shè)置在所述動(dòng)平臺(tái)上的下連接軸球鉸接；每條支鏈的所述下連接軸、所述上連接軸和兩個(gè)遠(yuǎn)架桿構(gòu)成一平行四邊形；所述動(dòng)平臺(tái)包括一中心板、三個(gè)分角齒輪組和六個(gè)連桿，所述分角齒輪組包含一個(gè)中心錐齒輪、兩個(gè)分角錐齒輪，所述中心錐齒輪與所述中心板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述中心錐齒輪軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)同軸設(shè)置；所述分角錐齒輪與中心板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，分角錐齒輪軸線(xiàn)與所述中心錐齒輪軸線(xiàn)垂直交于一點(diǎn)，兩個(gè)分角錐齒輪布置于中心錐齒輪兩側(cè)且與中心錐齒輪嚙合連接。所述連桿的一端與所述下連接軸固連，所述連桿的另一端與所述分角齒輪組中的一個(gè)分角錐齒輪固連；所述三自由度手腕固接于所述中心板上，三自由度手腕周?chē)贾萌M齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，每組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包含相互哨合的一大齒輪和一小齒輪，每組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的大齒輪分別與一中心錐齒輪固接且同軸設(shè)置，小齒輪與三自由度手腕的一輸入軸同軸設(shè)置；所述三組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為所述三自由度手腕提供三個(gè)動(dòng)力輸入，實(shí)現(xiàn)所述三自由度手腕的三維可控轉(zhuǎn)動(dòng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是在六條支鏈的驅(qū)動(dòng)作用下，通過(guò)動(dòng)平臺(tái)設(shè)置的三組分角齒輪組的傳動(dòng)作用，使得動(dòng)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)三維平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和三個(gè)中心錐齒輪相對(duì)于中心板的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)三組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將中心錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為三自由度手腕的三個(gè)動(dòng)力輸入，進(jìn)而帶動(dòng)三自由度手腕實(shí)現(xiàn)三維空間轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，受力均勻，運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量小，動(dòng)態(tài)性能較好，可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)，滿(mǎn)足復(fù)雜抓放操作的要求。


圖I為本發(fā)明一種高速六自由度并聯(lián)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中裝有三自由度手腕的動(dòng)平臺(tái)示意圖。圖中I-驅(qū)動(dòng)裝置2-固定架3-近架桿4-上連接軸5a、5b_遠(yuǎn)架桿6_下連接軸7-動(dòng)平臺(tái)8-中心板9a 9f-連桿IOaa IOcc-中心維齒輪 IOa IOc-分角維齒輪 11a、11c、lie-大齒輪I lb、I Id、I If-小齒輪 12-三自由度手腕
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。如圖I所示，本發(fā)明一種高速六自由度并聯(lián)機(jī)械手，包括固定架2、動(dòng)平臺(tái)7、三自由度手腕12以及布置在所述固定架2與動(dòng)平臺(tái)7之間的六條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈；所述固定架2上固接有六個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置I。每條運(yùn)動(dòng)支鏈包括近架桿3、兩個(gè)平行且等長(zhǎng)的遠(yuǎn)架桿5a、5b，所述近架桿3的一端與一驅(qū)動(dòng)裝置I的輸出端固接，所述近架桿3的另一端固接有上連接軸4 ;所述驅(qū)動(dòng)裝置I為所述近架桿3提供一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)自由度；兩個(gè)遠(yuǎn)架桿5a、5b的同一端均分別通過(guò)球鉸鏈與所屬支鏈中的上連接軸4球鉸接,兩個(gè)遠(yuǎn)架桿的5a、5b的另一端也分別通過(guò)球鉸鏈與所屬支鏈中的且設(shè)置在所述動(dòng)平臺(tái)7上的下連接軸6球鉸接；每條支鏈中的所述下連接軸6、所述上連接軸4和兩個(gè)遠(yuǎn)架桿5a、5b構(gòu)成一平行四邊形。如圖2所示，所述動(dòng)平臺(tái)7包括一中心板8、三個(gè)分角齒輪組和六個(gè)連桿9a 9f， 三個(gè)分角齒輪組與中心板8及連桿的連接形式相同，以圖2和圖3中位于前邊的一組分角齒輪組為例，所述分角齒輪組包含一個(gè)中心錐齒輪10bb、兩個(gè)分角錐齒輪10b，所述中心錐齒輪IObb與所述中心板8轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述中心錐齒輪軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)同軸設(shè)置；所述分角錐齒輪IOb與中心板8轉(zhuǎn)動(dòng)連接，分角錐齒輪IOb的軸線(xiàn)與所述中心錐齒輪IObb的軸線(xiàn)垂直交于一點(diǎn)，兩個(gè)分角錐齒輪IOb布置于中心錐齒輪IObb兩側(cè)且與中心錐齒輪IObb嚙合連接。兩個(gè)連桿9c、9d的一端分別與所述下連接軸6固連，該兩個(gè)連桿9c、9d的另一端分別與該分角齒輪組中的一個(gè)分角錐齒輪IOb固連。同理，圖2中所示的另外兩組分角齒輪組中的中心錐齒輪10aa、10cc，分角錐齒輪10&、10(和連桿9&、％、96、9€之間的連接關(guān)系也是如此，在此不再贅述。如圖3所示，所述三自由度手腕12固接于所述中心板8上，三自由度手腕12周?chē)贾萌M齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以圖3中位于前邊的一組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為例,該齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包含相互哨合的一大齒輪Ila和一小齒輪Ilb,齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的大齒輪Ila分別與位于前邊的中心錐齒輪同軸設(shè)置，小齒輪Ilb與三自由度手腕12的一輸入軸同軸設(shè)置。同理，圖3所示的另外兩組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，大齒輪Ilc和lie，小齒輪Ild和llf，各組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中大齒輪與小齒輪相嚙合。在驅(qū)動(dòng)裝置I的驅(qū)動(dòng)作用下，每條支鏈帶動(dòng)所屬支鏈的下連接軸6運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)7產(chǎn)生三維平動(dòng)運(yùn)動(dòng)以及所連接的 連桿和分角錐齒輪繞中心板8轉(zhuǎn)動(dòng)，在所述分角錐齒輪與中心錐齒輪的嚙合傳動(dòng)作用下，中心錐齒輪相對(duì)于所述中心板8產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。在三組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)作用下，將三個(gè)中心錐齒輪10aa、IObbUOcc相對(duì)于中心板8的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為所述三自由度手腕12的動(dòng)力輸入，從而實(shí)現(xiàn)作為末端執(zhí)行器的三自由度手腕12作三維轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其不同點(diǎn)在于本發(fā)明中動(dòng)平臺(tái)由中心板和三個(gè)分角齒輪組構(gòu)成。三個(gè)分角齒輪組將六條支鏈分為三組，每組中的下連接軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可通過(guò)分角齒輪組轉(zhuǎn)化為中心錐齒輪相對(duì)于中心板的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使動(dòng)平臺(tái)既可以有三個(gè)方向的平動(dòng)自由度，同時(shí)又具有三個(gè)局部轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。進(jìn)而利用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將這三個(gè)局部轉(zhuǎn)動(dòng)自由度轉(zhuǎn)化為三自由度手腕的三維可控轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，運(yùn)動(dòng)靈活，受力均勻，精度較高，使用壽命長(zhǎng)，易實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)，且滿(mǎn)足復(fù)雜抓放操作的要求。盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. ー種高速六自由度并聯(lián)機(jī)械手，包括固定架(2)、動(dòng)平臺(tái)(7)、三自由度手腕(12)以及布置在所述固定架(2)與動(dòng)平臺(tái)(7)之間的六條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈；所述固定架(2)上固接有六個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置(I); 每條運(yùn)動(dòng)支鏈包括近架桿(3)、兩個(gè)平行且等長(zhǎng)的遠(yuǎn)架桿(5a、5b)，所述近架桿(3)的一端與ー驅(qū)動(dòng)裝置(I)的輸出端固接，所述近架桿(3)的另一端固接有上連接軸(4);所述驅(qū)動(dòng)裝置(I)為所述近架桿(3)提供一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)自由度；兩個(gè)遠(yuǎn)架桿(5a、5b)的同一端均分別與所述上連接軸(4)球鉸接，兩個(gè)遠(yuǎn)架桿(5a、5b)的另一端均分別與設(shè)置在所述動(dòng)平臺(tái)(X)上的下連接軸(6)球鉸接；姆條支鏈的所述下連接軸(6)、所述上連接軸(4)和兩個(gè)遠(yuǎn)架桿(5a、5b)構(gòu)成一平行四邊形； 其特征在干， 所述動(dòng)平臺(tái)(7)包括一中心板(8)、三個(gè)分角齒輪組和六個(gè)連桿，所述分角齒輪組包含ー個(gè)中心錐齒輪和兩個(gè)分角錐齒輪，所述中心錐齒輪與所述中心板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述中心錐齒輪旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)同軸設(shè)置；所述分角錐齒輪與中心板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，分角錐齒輪軸線(xiàn)與所述中心錐齒輪軸線(xiàn)垂直交于一點(diǎn)，兩個(gè)分角錐齒輪布置于中心錐齒輪兩側(cè)且與中心錐齒輪嚙合連接。所述連桿的一端與所述下連接軸固接，所述連桿的另一端與所述分角齒輪組中的一個(gè)分角錐齒輪固接； 所述三自由度手腕(12)固接于所述中心板(8)上，三自由度手腕(12)周?chē)贾萌M齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，姆組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包含相互哨合的一大齒輪和一小齒輪，姆組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的大齒輪分別與一中心錐齒輪同軸設(shè)置，小齒輪與三自由度手腕的一輸入軸同軸設(shè)置；所述三組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為所述三自由度手腕(12)提供三個(gè)動(dòng)カ輸入，實(shí)現(xiàn)所述三自由度手腕(12)的三維可控轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高速六自由度并聯(lián)機(jī)械手，包括固定架、動(dòng)平臺(tái)、三自由度手腕以及布置在固定架與動(dòng)平臺(tái)之間的六條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈；固定架上固接有六個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置；動(dòng)平臺(tái)包括一中心板、三個(gè)分角齒輪組和六個(gè)連桿，每一分角齒輪組包含一個(gè)中心錐齒輪、兩個(gè)分角錐齒輪，中心錐齒輪與中心板轉(zhuǎn)動(dòng)連接；分角錐齒輪與中心板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，兩個(gè)分角錐齒輪布置于中心錐齒輪兩側(cè)且與中心錐齒輪嚙合連接。連桿的一端與下連接軸固連，連桿的另一端與分角齒輪組中的一個(gè)分角錐齒輪固連；三自由度手腕固接于中心板上，三自由度手腕周?chē)贾萌M齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，三個(gè)中心錐齒輪為三組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供三個(gè)動(dòng)力輸入，從而驅(qū)動(dòng)三自由度手腕實(shí)現(xiàn)三維可控轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號(hào)B25J9/08GK102632502SQ20121010662
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者王攀峰, 趙學(xué)滿(mǎn) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)