專利名稱：一種實現(xiàn)高速運動的六自由度并聯(lián)機械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機器人，特別是涉及ー種可實現(xiàn)高速運動的具有空間六自由度的并聯(lián)機構(gòu)。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)US20110097184A1公開了ー種可實現(xiàn)三維平動三維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機構(gòu)，包括固定架、動平臺、三自由度手腕以及對稱布置在所述固定架與動平臺之間的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈；所述固定架上固接有驅(qū)動端；所述動平臺固接有下連接軸；每條支鏈包括近架桿和兩個平行的遠(yuǎn)架桿以及驅(qū)動端、連接軸，所述近架桿一端與所述固定架上驅(qū)動端固接，另一端固接有上連接軸；所述兩個平行的遠(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平臺；所述兩個平行的遠(yuǎn)架桿之間固接有驅(qū)動端；所述連接軸一端與所述遠(yuǎn)架桿之間驅(qū)動端固接，另一端與所 述三自由度手腕輸入端固接。上述機構(gòu)的局限在于三自由度手腕的驅(qū)動端固接于兩遠(yuǎn)架桿之間，増大該機構(gòu)運動部件的質(zhì)量與慣量，影響上述機構(gòu)的動態(tài)性能，導(dǎo)致該機構(gòu)難以實現(xiàn)高速運動。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提出一種實現(xiàn)高速運動的六自由度并聯(lián)機械手。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明ー種實現(xiàn)高速運動的六自由度并聯(lián)機械手予以實現(xiàn)的技術(shù)方案是包括固定架、動平臺、三自由度手腕以及布置在所述固定架與動平臺之間的六條結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈；所述固定架上固接有六個驅(qū)動裝置；每條運動支鏈包括近架桿、兩個平行且等長的遠(yuǎn)架桿，所述近架桿的一端與ー驅(qū)動裝置的輸出端固接，所述近架桿的另一端固接有上連接軸；所述驅(qū)動裝置為所述近架桿提供一個轉(zhuǎn)動或移動自由度；兩個遠(yuǎn)架桿的同一端均分別與所述上連接軸球鉸接，兩個遠(yuǎn)架桿的的另一端均分別與設(shè)置在所述動平臺上的下連接軸球鉸接；姆條支鏈的所述下連接軸、所述上連接軸和兩個遠(yuǎn)架桿構(gòu)成一平行四邊形。所述動平臺包括ー個中心板、三個球桿座和三組連桿；每組連桿由兩平行布置的連桿構(gòu)成；每個球桿座分別與兩個相鄰的下連接軸固接，所述球桿座與中心板通過ー組兩平行布置的連桿連接，所述球桿座與兩平行布置的連桿之間以及每個連桿與中心板之間均為轉(zhuǎn)動副連接，上述的一個球桿座、兩平行布置的連桿與中心板組成ー組平行四邊形結(jié)構(gòu)；所述動平臺上具有三組上述平行四邊形結(jié)構(gòu)；在六個驅(qū)動裝置的作用下，六條支鏈分別驅(qū)動各自所包含的下連接軸帶動三個球桿座，使中心板產(chǎn)生三維平動運動，三個球桿座相對于中心板產(chǎn)生平行錯動；所述三自由度手腕與所述中心板固連，三自由度手腕的三個輸入軸線同軸或者平行布置且與連桿在中心板上的轉(zhuǎn)動軸線平行；在三組平行四邊形結(jié)構(gòu)中設(shè)置三組齒輪機構(gòu)，所述三組齒輪機構(gòu)將每組平行四邊形結(jié)構(gòu)中連桿相對于中心板的轉(zhuǎn)動或者球桿座相對于中心板的運動轉(zhuǎn)化為三自由度手腕的三個輸入軸的轉(zhuǎn)動；所述三組齒輪機構(gòu)為三自由度手腕提供三個動カ輸入，從而實現(xiàn)所述三自由度手腕的可控運動。進(jìn)ー步講，所述齒輪機構(gòu)的ー個優(yōu)選結(jié)構(gòu)是，該齒輪機構(gòu)包含一大齒輪和ー小齒輪，其中大齒輪與一組連桿中的一連桿固接，大齒輪的轉(zhuǎn)動軸線與該連桿在中心板上的轉(zhuǎn)動軸線重合，小齒輪與三自由度手腕的ー個輸入軸固接，且小齒輪轉(zhuǎn)動軸線與ー個輸入軸軸線重合。還有,所述齒輪機構(gòu)的另一個優(yōu)選結(jié)構(gòu)是,該齒輪機構(gòu)包含一大齒輪和一小齒輪，其中大齒輪與球桿座固接，小齒輪與三自由度手腕的ー個輸入軸固接，所述小齒輪轉(zhuǎn)動軸線與三自由度手腕的一個輸入軸軸線重合，小齒輪轉(zhuǎn)動軸線與大齒輪轉(zhuǎn)動軸線的公垂線段與所在平行四邊形結(jié)構(gòu)中的連桿平行且等長。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是動平臺結(jié)構(gòu)中采用了三個平面平行四邊形結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動裝置驅(qū)動六條支鏈運動，從而帶動三個球桿座和中心板產(chǎn)生三維平動運動，以及球桿座和連桿相對于中心板的運動；通過三組齒輪機構(gòu)將球桿座相對于中心板的平行錯動運動或者連桿相對于中心板的 轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)化為三自由度手腕的三個輸入軸的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)三自由度手腕的三維空間轉(zhuǎn)動。機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)對稱，動平臺受カ均勻，運動部件質(zhì)量輕，易實現(xiàn)高速運動，可滿足復(fù)雜抓放操作的要求。


圖I為本發(fā)明實現(xiàn)高速運動的六自由度并聯(lián)機械手的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3和圖4為本發(fā)明中三組齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I-驅(qū)動裝置 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-動平臺8a 8c_球桿座9_中心板Ila Ilf 連桿 12a、12c、12e_ 大齒輪 12b、12d、12f-小齒輪13-三自由度手腕
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)地描述。如圖I所示，本發(fā)明ー種實現(xiàn)高速運動的六自由度并聯(lián)機械手，包括固定架2、動平臺7、三自由度手腕12以及布置在所述固定架2與動平臺7之間的六條結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈；所述固定架2上固接有六個驅(qū)動裝置I。每條運動支鏈包括近架桿3、兩個平行且等長的遠(yuǎn)架桿5a、5b，所述近架桿3的一端與ー驅(qū)動裝置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)動裝置I為所述近架桿3提供一個轉(zhuǎn)動或移動自由度；兩個遠(yuǎn)架桿5a、5b的同一端均分別與所述上連接軸4球鉸接,兩個遠(yuǎn)架桿的5a、5b的另一端均分別與設(shè)置在所述動平臺7上的下連接軸6球鉸接；每條支鏈的所述下連接軸6、所述上連接軸4和兩個遠(yuǎn)架桿5a、5b構(gòu)成一平行四邊形。如圖2和圖3所示，所述動平臺7包括ー個中心板9、三個球桿座8a、8b、8c和三組連桿Ila Ilf ;每組連桿由兩平行布置的連桿構(gòu)成；每個球桿座分別與兩個相鄰的下連接軸6固接，所述球桿座與中心板9通過ー組兩平行布置的連桿連接，所述球桿座與兩平行布置的連桿之間以及每個連桿與中心板9之間均為轉(zhuǎn)動副連接，上述的一個球桿座、兩平行布置的連桿與中心板組成ー組平行四邊形結(jié)構(gòu)；所述動平臺7上具有三組上述平行四邊形結(jié)構(gòu)，在六個驅(qū)動裝置的作用下，六條支鏈分別驅(qū)動各自所包含的下連接軸帶動三個球桿座運動，使中心板產(chǎn)生三維平動運動和三個球桿座相對于中心板的平行錯動。如圖2所示，三組平行四邊形結(jié)構(gòu)分別是(I)由球桿座8a、連桿11a、連桿Ilb和中心板9構(gòu)成；⑵由球桿座8b、連桿11c、連桿Ild和中心板9構(gòu)成；(3)由球桿座8c、連桿lie、連桿Ilf和中心板9構(gòu)成；所述三組平行四邊形結(jié)構(gòu)使每個球桿座相對于中心板9產(chǎn)生平行錯動，使每組連桿相對于中心板9產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。如圖3和圖4所示，所述三自由度手腕與所述中心板固連，三自由度手腕的三個輸 入軸線同軸(圖2和圖3中均示出了同軸設(shè)置的情形)，或者平行布置且與連桿在中心板上的轉(zhuǎn)動軸線平行；在三組平行四邊形結(jié)構(gòu)中設(shè)置三組齒輪機構(gòu)，所述三組齒輪機構(gòu)將每組平行四邊形結(jié)構(gòu)中連桿相對于中心板的轉(zhuǎn)動或者球桿座相對于中心板的平行錯動轉(zhuǎn)化為三自由度手腕的三個輸入軸的轉(zhuǎn)動；所述三組齒輪機構(gòu)為三自由度手腕提供三個動カ輸入。根據(jù)動カ輸入方式不同，齒輪機構(gòu)及其與相關(guān)部件的連接形式有兩類典型實施方式。最佳實施方式I :姆組齒輪機構(gòu)包含一大齒輪和一小齒輪，其中大齒輪與一組連桿中的一連桿固接，大齒輪的轉(zhuǎn)動軸線與該連桿在中心板上的轉(zhuǎn)動軸線重合，小齒輪與三自由度手腕的一個輸入軸固接，且小齒輪轉(zhuǎn)動軸線與一個輸入軸軸線重合。如圖3所示，三個大齒輪12a、12c、12e分別與三組連桿中的其中一個連桿11a、11c、lie固接，大齒輪的轉(zhuǎn)動軸線與所固接連桿在中心板上的轉(zhuǎn)動軸線重合；三個小齒輪12b、12d、12f分別與三自由度手腕13的一個輸入軸固接，且小齒輪的轉(zhuǎn)動軸線與所固接輸入軸軸線重合。三個大齒輪12a、12c、12e與三個小齒輪12b、12d、12f組成了三組齒輪機構(gòu)，即，大齒輪12a和小齒輪12b ;大齒輪12c和小齒輪12d，大齒輪12e和小齒輪12f。通過所述三組齒輪機構(gòu)將連桿相對于中心板9的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為所述三自由度手腕13的輸入軸轉(zhuǎn)動。最佳實施方式2 所述齒輪機構(gòu)包含一大齒輪和一小齒輪，其中大齒輪與球桿座固接，小齒輪與三自由度手腕的ー個輸入軸固接，所述小齒輪轉(zhuǎn)動軸線與三自由度手腕的一個輸入軸軸線重合，小齒輪轉(zhuǎn)動軸線與大齒輪轉(zhuǎn)動軸線的公垂線段與所在平行四邊形結(jié)構(gòu)中的連桿平行且等長。如圖4所示，三個大齒輪12&、12(、126分別與三個球桿座8&、813、80固接，三個小齒輪12b、12d、12f分別與三自由度手腕13的ー個輸入軸固接，且小齒輪的轉(zhuǎn)動軸線與所固接的三自由度手腕13的輸入軸軸線重合。三個大齒輪12a、12c、12e與三個小齒輪12b、12d、12f組成三組齒輪機構(gòu)，即大齒輪12a和小齒輪12b，大齒輪12c和小齒輪12d，大齒輪12e和小齒輪12f。每組齒輪機構(gòu)中相嚙合的兩齒輪軸線的公垂線段與所在平行四邊形結(jié)構(gòu)中的連桿平行且等長。通過所述三組齒輪機構(gòu)將三個球桿座相對于中心板9的平行錯動轉(zhuǎn)化為所述三自由度手腕13的輸入軸轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明的工作原理是，在六個驅(qū)動裝置的作用下，每條支鏈帶動所屬支鏈的下連接軸6運動，進(jìn)而帶動動平臺7產(chǎn)生三維平動運動以及所連接的連桿和球桿座相對中心板運動，在所述齒輪機構(gòu)嚙合傳動作用下，連桿相對中心板的轉(zhuǎn)動或球桿座相對中心板的平動為三自由度手腕提供三個動カ輸入，從而實現(xiàn)作為末端執(zhí)行器的三自由度手腕13的三維轉(zhuǎn)動。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其不同點在于本發(fā)明中動平臺結(jié)構(gòu)中采用了三個平面平行四邊形結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動裝置驅(qū)動六條支鏈運動，從而帶動三個球桿座及中心板產(chǎn)生三維平動運動，以及球桿座和連桿相對于中心板的運動；通過三組齒輪機構(gòu)將球桿座相對于中心板的平行錯動運動或者連桿相對于中心板的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)化為三自由度手腕的三個輸入軸的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)三自由度手腕實現(xiàn)三維空間轉(zhuǎn)動。本發(fā)明發(fā)明結(jié)構(gòu)的剛性好，運動靈活，受カ均勻，精度較高，使用壽命長，易實現(xiàn)高速運動，且滿足復(fù)雜抓放操作的要求。并且多種三自由度手腕的安裝方式為實際應(yīng)用提供了多種選擇。 盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
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g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
1.一種實現(xiàn)高速運動的六自由度并聯(lián)機械手，包括固定架(2)、動平臺(7)、三自由度手腕(12)以及布置在所述固定架(2)與動平臺(7)之間的六條結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈；所述固定架(2)上固接有六個驅(qū)動裝置(I)； 每條運動支鏈包括近架桿(3)、兩個平行且等長的遠(yuǎn)架桿(5a、5b)，所述近架桿(3)的一端與一驅(qū)動裝置(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)動裝置(I)為所述近架桿(3)提供一個轉(zhuǎn)動或移動自由度；兩個遠(yuǎn)架桿(5a、5b)的同一端均分別與所述上連接軸(4)球鉸接，兩個遠(yuǎn)架桿的(5a、5b)的另一端均分別與設(shè)置在所述動平臺(X)上的下連接軸(6)球鉸接；每條支鏈的所述下連接軸(6)、所述上連接軸(4)和兩個遠(yuǎn)架桿(5a、5b)構(gòu)成一平行四邊形； 其特征在于， 所述動平臺(7)包括一個中心板(9)、三個球桿座(8a、8b、8c)和三組連桿(Ila Hf);每組連桿由兩平行布置且等長的連桿構(gòu)成；每個球桿座分別與兩個相鄰的下連接軸 (6)固接，所述球桿座與中心板(9)通過一組連桿連接，所述球桿座與兩平行布置的連桿之間以及每個連桿與中心板(9)之間均為轉(zhuǎn)動副連接，上述的一個球桿座、兩平行布置的連桿與中心板組成一組平行四邊形結(jié)構(gòu)；所述動平臺(7)上具有三組上述平行四邊形結(jié)構(gòu)； 在六個驅(qū)動裝置的共同作用下，六條支鏈分別驅(qū)動各自所屬的下連接軸，帶動三個球桿座，使中心板產(chǎn)生三維平動運動和三個球桿座相對于中心板的平行錯動； 所述三自由度手腕與所述中心板固連，三自由度手腕的三個輸入軸線同軸或者平行布置且與連桿在中心板上的轉(zhuǎn)動軸線平行；在三組平行四邊形結(jié)構(gòu)中設(shè)置三組齒輪機構(gòu)，所述三組齒輪機構(gòu)將每組平行四邊形結(jié)構(gòu)中連桿相對于中心板的轉(zhuǎn)動或者球桿座相對于中心板的平行錯動轉(zhuǎn)化為三自由度手腕的三個輸入軸的轉(zhuǎn)動；所述三組齒輪機構(gòu)為三自由度手腕提供三個動力輸入，從而實現(xiàn)所述三自由度手腕的可控運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述實現(xiàn)高速運動的六自由度并聯(lián)機械手，其特征在于，所述齒輪機構(gòu)包含一大齒輪和一小齒輪，其中大齒輪與一組連桿中的一連桿固接，大齒輪的轉(zhuǎn)動軸線與該連桿在中心板上的轉(zhuǎn)動軸線重合，小齒輪與三自由度手腕的一個輸入軸固接，且小齒輪轉(zhuǎn)動軸線與一個輸入軸軸線重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述實現(xiàn)高速運動的六自由度并聯(lián)機械手，其特征在于，所述齒輪機構(gòu)包含一大齒輪和一小齒輪，其中大齒輪與球桿座固接，小齒輪與三自由度手腕的一個輸入軸固接，所述小齒輪轉(zhuǎn)動軸線與三自由度手腕的一個輸入軸軸線重合，小齒輪轉(zhuǎn)動軸線與大齒輪轉(zhuǎn)動軸線的公垂線段與所在平行四邊形結(jié)構(gòu)中的連桿平行且等長。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)高速運動的六自由度并聯(lián)機械手，包括固定架、動平臺、三自由度手腕以及布置在固定架與動平臺之間的六條結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈；動平臺包括一個中心板、三個球桿座和三組連桿；每組連桿由兩平行布置且等長的連桿構(gòu)成；球桿座與中心板通過一組連桿轉(zhuǎn)動連接，形成一組平行四邊形結(jié)構(gòu)；動平臺上具有三組上述平行四邊形結(jié)構(gòu)；三自由度手腕與中心板固連，三自由度手腕的三個輸入軸線同軸或者平行布置且與連桿在中心板上的轉(zhuǎn)動軸線平行；在三組平行四邊形結(jié)構(gòu)中設(shè)置三組齒輪機構(gòu)，將每組平行四邊形結(jié)構(gòu)中連桿相對于中心板的轉(zhuǎn)動或者球桿座相對于中心板的平行錯動轉(zhuǎn)化三自由度手腕的可控運動。
文檔編號B25J9/08GK102848383SQ201210106759
公開日2013年1月2日 申請日期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 申請人:天津大學(xué)