一種具有嵌套結(jié)構(gòu)的四自由度并聯(lián)機(jī)械手的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)械手。
[0002]【背景技術(shù)】具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和一個(gè)移動(dòng)自由度的機(jī)械手在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)的機(jī)械手一般都是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其末端執(zhí)行器姿態(tài)靈活，但因懸臂結(jié)構(gòu)使承載能力相對(duì)較弱，且其驅(qū)動(dòng)裝置通常都要布置在關(guān)節(jié)處，影響了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性。而在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，要求機(jī)械手在工作時(shí)具有較高的精度、速度和加速度性能。并聯(lián)機(jī)構(gòu)無(wú)累積誤差，且驅(qū)動(dòng)裝置可置于定平臺(tái)上或接近定平臺(tái)的位置，理論上具有速度快、精度高、剛度大等優(yōu)勢(shì)。
[0004]目前，已有一些學(xué)者設(shè)計(jì)出具有三轉(zhuǎn)一移自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CNl05108734A的一種三轉(zhuǎn)一移完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN103383827B的一種三轉(zhuǎn)一移四自由度重載靜平衡并聯(lián)運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)機(jī)構(gòu)，但上述機(jī)構(gòu)均不能實(shí)現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)。為充分發(fā)揮并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)抓取、放置和回轉(zhuǎn)等動(dòng)作，需設(shè)計(jì)一種新型的機(jī)器人。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的在于提供一種運(yùn)動(dòng)部分重量輕、速度高、動(dòng)態(tài)性能好，沒(méi)有累積誤差、運(yùn)動(dòng)精度較高、可以實(shí)現(xiàn)末端手爪整周回轉(zhuǎn)的具有嵌套結(jié)構(gòu)的四自由度并聯(lián)機(jī)械手。
[0006]本發(fā)明包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和外并聯(lián)機(jī)構(gòu)，所述兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)均由下平臺(tái)、上平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)完全相同的活動(dòng)分支構(gòu)成，外并聯(lián)機(jī)構(gòu)套在內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)之外，上述內(nèi)外兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的下平臺(tái)相互平行;上述每個(gè)活動(dòng)分支中的下連桿的一端通過(guò)下轉(zhuǎn)動(dòng)副與下平臺(tái)連接，該下連桿的另一端通過(guò)球副與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過(guò)上轉(zhuǎn)動(dòng)副與上平臺(tái)連接，上述內(nèi)外兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的上平臺(tái)相互平行；上述每個(gè)分支中的下轉(zhuǎn)動(dòng)副、上轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與其所連接的下平臺(tái)、上平臺(tái)水平布置或傾斜布置，當(dāng)傾斜布置時(shí)傾斜角度相等;末端手爪連桿和下平臺(tái)連桿有以下三種連接方式。
[0007]第一種連接方式，末端手爪連桿與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)固定連接，該末端手爪連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)連接;下平臺(tái)連桿與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)固定連接，該下平臺(tái)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)連接。
[0008]第二種連接方式，末端手爪連桿與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)固定連接，該末端手爪連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)連接;下平臺(tái)連桿與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)固定連接，該下平臺(tái)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)連接。
[0009]第三種連接方式，末端手爪連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)連接，該末端手爪連桿與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)固定連接;下平臺(tái)連桿與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)固定連接，該下平臺(tái)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)連接。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、驅(qū)動(dòng)裝置可以布置在接近機(jī)架的位置，運(yùn)動(dòng)部分重量輕、速度高、動(dòng)態(tài)性能好，沒(méi)有累積誤差、運(yùn)動(dòng)精度較高；
[0012]2、末端機(jī)械手具有較大的運(yùn)動(dòng)范圍，且可以實(shí)現(xiàn)不受限制的整周回轉(zhuǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
:
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的立體示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的立體示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的立體示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明實(shí)施例4的立體示意圖。
[0017]圖5是本發(fā)明實(shí)施例5的立體示意圖。
[0018]圖6是本發(fā)明實(shí)施例6的立體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0019]實(shí)施例1
[0020]在圖1所示的具有嵌套結(jié)構(gòu)的四自由度并聯(lián)機(jī)械手立體示意圖中，兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和外并聯(lián)機(jī)構(gòu)均由上、下平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)完全相同的活動(dòng)分支構(gòu)成，外并聯(lián)機(jī)構(gòu)套在內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)之外，上述內(nèi)、外兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的下平臺(tái)相互平行，下平臺(tái)連桿5與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)6固定連接，該下平臺(tái)連桿5通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R5與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)I連接;外并聯(lián)機(jī)構(gòu)的每一個(gè)活動(dòng)分支中的下連桿2的一端通過(guò)下轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)連接，該下連桿2的另一端通過(guò)球副SI與上連桿3的一端連接，該上連桿3的另一端通過(guò)上轉(zhuǎn)動(dòng)副R2與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)4連接，上述下轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)I平行布置，上轉(zhuǎn)動(dòng)副R2與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)4平行布置；內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的每一個(gè)活動(dòng)分支中的下連桿7的一端通過(guò)下轉(zhuǎn)動(dòng)副R3與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)6連接，該下連桿7的另一端通過(guò)球副S2與上連桿8的一端連接，該上連桿8的另一端通過(guò)上轉(zhuǎn)動(dòng)副R4與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)9連接，上述下轉(zhuǎn)動(dòng)副R3與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)6平行布置，上轉(zhuǎn)動(dòng)副R4與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)9平行布置；上述內(nèi)、外兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的上平臺(tái)相互平行，末端手爪連桿10與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)固定連接，該末端手爪連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R6與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)連接。
[0021]實(shí)施例2
[0022]如圖2所示，兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和外并聯(lián)機(jī)構(gòu)均由上、下平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)完全相同的活動(dòng)分支構(gòu)成，外并聯(lián)機(jī)構(gòu)套在內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)之外，下平臺(tái)連桿5與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)I固定連接，該下平臺(tái)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R5與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)6連接;其它部件與連接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
[0023]實(shí)施例3
[0024]如圖3所示，兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和外并聯(lián)機(jī)構(gòu)均由上、下平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)完全相同的活動(dòng)分支構(gòu)成，外并聯(lián)機(jī)構(gòu)套在內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)之外，下平臺(tái)連桿5與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)6固定連接，該下平臺(tái)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R5與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)I連接;末端手爪連桿10通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R6與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)9連接，該末端手爪連桿與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)4固定連接;其它部件與連接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
[0025]實(shí)施例4
[0026]如圖4所示，兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和外并聯(lián)機(jī)構(gòu)均由上、下平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)完全相同的活動(dòng)分支構(gòu)成，外并聯(lián)機(jī)構(gòu)套在內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)之外，上述內(nèi)、夕卜兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的下平臺(tái)相互平行，下平臺(tái)連桿5與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)6固定連接，該下平臺(tái)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R5與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)I連接;外并聯(lián)機(jī)構(gòu)的每一個(gè)活動(dòng)分支中的下連桿2的一端通過(guò)下轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)連接，該下連桿的另一端通過(guò)球副SI與上連桿3的一端連接，該上連桿的另一端通過(guò)上轉(zhuǎn)動(dòng)副R2與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)4連接，上述轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl、轉(zhuǎn)動(dòng)副R2分別與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)1、外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)4傾斜布置，且傾斜角度相等；內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的每一個(gè)活動(dòng)分支中的下連桿7的一端通過(guò)下轉(zhuǎn)動(dòng)副R3與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)連接，該下連桿的另一端通過(guò)球副S2與上連桿8的一端連接，該上連桿的另一端通過(guò)上轉(zhuǎn)動(dòng)副R4與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)9連接，上述轉(zhuǎn)動(dòng)副R3、轉(zhuǎn)動(dòng)副R4分別與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)6、內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)9傾斜布置，且傾斜角度相等;上述內(nèi)、外兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的上平臺(tái)相互平行;末端手爪連桿10與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)固定連接，該末端手爪連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R6與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)連接。
[0027]實(shí)施例5
[0028]如圖5所示，兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和外并聯(lián)機(jī)構(gòu)均由上、下平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)完全相同的活動(dòng)分支構(gòu)成，外并聯(lián)機(jī)構(gòu)套在內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)之外，下平臺(tái)連桿5與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)I固定連接，該下平臺(tái)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R5與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)6連接;其它部件與連接關(guān)系與實(shí)施例4相同。
[0029]實(shí)施例6
[0030]如圖6所示，兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和外并聯(lián)機(jī)構(gòu)均由上、下平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)完全相同的活動(dòng)分支構(gòu)成，外并聯(lián)機(jī)構(gòu)套在內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)之外，下平臺(tái)連桿5與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)6固定連接，該下平臺(tái)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R5與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)I連接;末端手爪連桿10通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R6與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)9連接，該末端手爪連桿與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)4固定連接;其它部件與連接關(guān)系與實(shí)施例4相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有嵌套結(jié)構(gòu)的四自由度并聯(lián)機(jī)械手，其包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和外并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)均由下平臺(tái)、上平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)完全相同的活動(dòng)分支構(gòu)成，外并聯(lián)機(jī)構(gòu)套在內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)之外，上述內(nèi)外兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的下平臺(tái)相互平行;上述每個(gè)活動(dòng)分支中的下連桿的一端通過(guò)下轉(zhuǎn)動(dòng)副與下平臺(tái)連接，該下連桿的另一端通過(guò)球副與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過(guò)上轉(zhuǎn)動(dòng)副與上平臺(tái)連接，上述內(nèi)外兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的上平臺(tái)相互平行，所述每個(gè)分支中的下轉(zhuǎn)動(dòng)副、上轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與其所連接下平臺(tái)、上平臺(tái)平行布置;末端手爪連桿與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)固定連接，該末端手爪連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)連接；下平臺(tái)連桿與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)固定連接，該下平臺(tái)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有嵌套結(jié)構(gòu)的四自由度并聯(lián)機(jī)械手，其特征在于:所述每個(gè)分支中的下轉(zhuǎn)動(dòng)副、上轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與其所連接的下平臺(tái)、上平臺(tái)傾斜布置，且傾斜角度相等。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有嵌套結(jié)構(gòu)的四自由度并聯(lián)機(jī)械手，其特征在于:所述末端手爪連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)連接，該末端手爪連桿與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)固定連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有嵌套結(jié)構(gòu)的四自由度并聯(lián)機(jī)械手，其特征在于:所述下平臺(tái)連桿與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)固定連接，該下平臺(tái)連桿中部通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)下平臺(tái)連接。
【專利摘要】一種具有嵌套結(jié)構(gòu)的四自由度并聯(lián)機(jī)械手，其包括內(nèi)外兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，所述兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由下平臺(tái)、上平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的三條結(jié)構(gòu)完全相同的活動(dòng)分支構(gòu)成，外并聯(lián)機(jī)構(gòu)套在內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)之外，內(nèi)外并聯(lián)機(jī)構(gòu)的上平臺(tái)和下平臺(tái)分別平行，每個(gè)活動(dòng)分支均包括一個(gè)與下平臺(tái)相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)球副、一個(gè)與上平臺(tái)相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副以及連接它們的連桿，末端手爪與內(nèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)固定連接，其中部通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與外并聯(lián)機(jī)構(gòu)上平臺(tái)連接，其繞自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)由驅(qū)動(dòng)連桿驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明所有的驅(qū)動(dòng)都可以安裝機(jī)架上，具有運(yùn)動(dòng)范圍大，剛度大，可以實(shí)現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B25J9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105710866
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610257170
【發(fā)明人】陳子明, 劉曉檬, 黃坤, 張揚(yáng), 成棟良, 魏雪丹
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)