一种可实现高速运动的五自由度并联机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种可实现高速运动的五自由度并联机械手，包括固定架、动平台以及对称布置在固定架与动平台之间的五条结构相同的支链，固定架上固接有五个驱动装置；动平台包括两个球杆座、两个相互平行等长的连杆和一中心板；分别构成两组平面平行四边形结构；通过两组齿轮啮合传动机构，将两球杆座相对于中心板的平动或两组平行连杆相对于中心板的转动转化为二自由度手腕的两个动力输入；在驱动装置的作用下，实现动平台三维平动和二自由度手腕的二维转动。本发明专利技术整体结构对称，动平台受力均匀，运动部件质量轻，易实现高速运动，可满足复杂抓放操作的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机器人，特别是涉及一种可实现高速运动的具有三维平动二维转 动自由度的并联机构。
技术介绍
目前国内五自由度并联机构多应用于机械加工、测量、喷涂、装配等领域，而在高 速物料抓放领域尚缺乏可实现高速运动五自由度并联机械手。多数采用串联机械手或以三 平动并联机构为本体串接二自由度转头以实现物料抓放作业。其局限在于增大了机构运动 部件的质量与惯量，影响机构的动态性能，导致该机构难以实现高速运动。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种可实现高速运动的五自由度并联机械手，本 专利技术整体结构对称，动平台受力均匀，运动部件质量轻，易实现高速运动，可满足复杂抓放 操作的要求。为了解决上述技术问题，本专利技术可实现高速运动的五自由度并联机械手予以实现 的技术方案是包括固定架、动平台以及对称布置在所述固定架与动平台之间的五条结构 相同的支链，所述固定架上固接有五个驱动装置；每条支链由近架杆、上连接轴、两个相互 平行且等长的远架杆和下连接轴构成；每条支链的所述近架杆的一端分别与固定于固定架 上的一个驱动装置的输出端固接，所述近架杆的另一端与该支链中的上连接轴固接；两个 远架杆的一端分别通过球铰链与该支链中的上连接轴球铰接，两个远架杆的另一端分别通 过球铰链与该支链中的下连接轴球铰接；每条支链中的上连接轴、两个平行的远架杆和下 连接轴构成一平行四边形结构；所述动平台包括两个球杆座、四个连杆和一中心板；两个 球杆座位于所述中心板的两侧，所述中心板与两侧的球杆座之间均分别连接有两个平行的 连杆；两个球杆座还分别与两个下连接轴固接，所述中心板与另外一个下连接轴固接；每 两个平行的连杆和与之相连的一个球杆座及中心板共构成两组平面平行四边形结构；所述 球杆座与两个平行的连杆之间、所述中心板与两个平行的连杆之间均为转动副；所述中心 板的下方设有一二自由度手腕，所述二自由度手腕的两个输入轴之间为同轴设置或者为平 行布置，同时，两个输入轴与两组两个平行的连杆在中心板上的转动轴线平行；所述二自由 度手腕的一个输入轴上固接有两个小齿轮，两个小齿轮轴线重合；在动平台(7)中的两组 平面平行四边形结构内对称的位置上分别固接有两个大齿轮，两个大齿轮分别与两个小齿 轮啮合；在所述驱动装置的作用下，每条支链带动所属支链的下连接轴运动，进而带动动平 台产生三维平动运动；所述两组平面平行四边形结构使两个球杆座相对于中心板产生平行 错动，同时两组平行的连杆相对于中心板产生转动；两组齿轮传动机构将球杆座相对于中 心板的错动或两组两个平行的连杆相对于中心板的转动均转化为二自由度手腕的两个动 力输入，实现二自由度手腕的二维转动。进一步讲，本专利技术可实现高速运动的五自由度并联机械手，两个大齿轮分别与两个球杆座固接，每组齿轮传动机构中的大齿轮轴线与小齿轮轴线的公垂线段与所在平面平 行四边形结构中的两个平行的连杆平行且等长；两组齿轮传动机构将球杆座相对于中心板 的平动转化为二自由度手腕的动力输入。可实现高速运动的五自由度并联机械手，两个大齿轮分别与两组平行的连杆中的 一个连杆固接、且每个大齿轮的转动轴线和与之固接的连杆在中心板上的转动轴线重合; 两组齿轮传动机构将两组两个平行的连杆相对于中心板的转动转化为二自由度手腕的动 力输入。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是动平台结构中采用了两个平面平行四边形结构，通过驱动装置驱动五条支链运 动，从而带动两个球杆座及中心板产生三维平动运动，以及球杆座和连杆相对于中心板的 运动；通过两组齿轮机构将球杆座相对于中心板的错动运动或者连杆相对于中心板的转 动运动转化为二自由度手腕的两个输入轴的转动，从而实现二自由度手腕实现两维空间转 动。机构整体结构对称，动平台受力均匀，运动部件质量轻，易实现高速运动，可满足复杂抓 放操作的要求。附图说明 图1为本专利技术五自由度并联机械手的整体结构示意图；图2为本专利技术中动平台的结构示意图；图3为本专利技术中二自由度手腕一种典型的动力输入结构示意图；图4为本专利技术中二自由度手腕另一种典型的动力输入结构示意图。 图中2_固定架3-近架杆5a、5b_远架杆 6-下连接轴 8a8b-球杆座 9-中心板 12a、12c-大齿轮 12b、12d-小齿轮1-驱动装置 4-上连接轴 7_动平台 I Ia I Id-连杆13-二自由度手腕具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。如图1所示，本专利技术一种可实现高速运动的五自由度并联机械手，包括固定架2、 动平台7以及对称布置在所述固定架2与动平台7之间的五条结构相同的支链，所述固定 架2上固接有五个驱动装置I。每条支链由近架杆3、上连接轴4、两个相互平行且等长的远架杆和下连接轴6构 成；每条支链的所述近架杆3的一端分别与固定于固定架2上的一个驱动装置I的输出端 固接，所述近架杆3的另一端与该支链中的上连接轴4固接；两个远架杆的一端分别通过球 铰链与该支链中的上连接轴4球铰接，两个远架杆的另一端分别通过球铰链与该支链中的 下连接轴6球铰接；每条支链中的上连接轴4、两个平行的远架杆和下连接轴6构成一平行 四边形结构。如图2所示，本专利技术中所述动平台7包括两个球杆座8a和8b、四个连杆Ilalld和一中心板9 ;两个球杆座8a和Sb位于所述中心板9的两侧，所述中心板9与两侧的球杆座8a和8b之间均分别连接有两个平行的连杆；两个球杆座还分别与两个下连接轴6固接， 所述中心板与另外一个下连接轴6固接；每两个平行的连杆和与之相连的一个球杆座及中心板共构成两组平面平行四边形结构，一个是由球杆座8a、两个连杆Ila和Ilb及中心板9 构成；另一个是由球杆座Sb、两个连杆Ilc和Ild及9中心板构成；所述球杆座与两个平行的连杆之间、所述中心板9与两个平行的连杆之间均为转动副；在驱动装置的作用下，五条支链分别通过下连接轴带动两个球杆座以及中心板产生三维平动运动，以及两个球杆座相对于中心板的两个独立运动。所述中心板9的下方设有一二自由度手腕13，所述二自由度手腕13的两个输入轴之间为同轴设置或者为平行布置，同时，两个输入轴与两组两个平行的连杆在中心板9 上的转动轴线平行；所述二自由度手腕13的一个输入轴上轴线重合的固接有两个小齿轮 12b、12d ;在两组平面平行四边形结构对称的位置上分别固接有两个大齿轮12a、12c，两个大齿轮12a、12c分别与两个小齿轮12b、12d啮合。根据二自由度手腕13的两个输入轴的动力输入方式不同，有两类典型的实施方式。如图3所示，两个大齿轮12a、12c分别与两组平行的连杆中的一个连杆IlaUlc 固接、且每个大齿轮的转动轴线和与之固接的连杆在中心板上的转动轴线重合；小齿轮 12b、12d分别与二自由度手腕13的一个输入轴固接，且小齿轮的转动轴线与所固接输入轴轴线重合，大齿轮12a、12c与小齿轮12b、12d组成两组齿轮传动机构(一组是大齿轮12a 和小齿轮12b另一组是大齿轮12c和小齿轮12d),通过两组齿轮传动机构将两组两个平行的连杆相对于中心板9的转动转化为二自由度手腕13的动力输入。如图4所示，两个大齿轮12a和12c分别与两个球杆座8a和8b固接，小齿轮12b、 12d、分别与二自由度手腕13的一个输入轴固接，且小齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可实现高速运动的五自由度并联机械手，包括固定架（2）、动平台（7）以及对称布置在所述固定架（2）与动平台（7）之间的五条结构相同的支链，所述固定架（2）上固接有五个驱动装置（1）；每条支链由近架杆（3）、上连接轴（4）、两个相互平行且等长的远架杆和下连接轴（6）构成；每条支链的所述近架杆（3）的一端分别与固定于固定架（2）上的一个驱动装置（1）的输出端固接，所述近架杆（3）的另一端与该支链中的上连接轴（4）固接；两个远架杆的一端分别通过球铰链与该支链中的上连接轴（4）球铰接，两个远架杆的另一端分别通过球铰链与该支链中的下连接轴（6）球铰接；每条支链中的上连接轴（4）、两个平行的远架杆和下连接轴（6）构成一平行四边形结构；其特征在于：所述动平台（7）包括两个球杆座、四个连杆和一中心板；两个球杆座位于所述中心板（9）的两侧，所述中心板（9）与两侧的球杆座之间均分别连接有两个平行的连杆；两个球杆座还分别与两个下连接轴（6）固接，所述中心板与另外一个下连接轴（6）固接；每两个平行的连杆和与之相连的一个球杆座及中心板共构成两组平面平行四边形结构；所述球杆座与两个平行的连杆之间、所述中心板（9）与两个平行的连杆之间均为转动副；所述中心板（9）的下方设有一二自由度手腕（13），所述二自由度手腕（13）的两个输入轴之间为同轴设置或者为平行布置，同时，两个输入轴与两组两个平行的连杆在中心板（9）上的转动轴线平行；所述二自由度手腕（13）的一个输入轴上固接有两个小齿轮，两个小齿轮轴线重合；在动平台(7)中的两组平面平行四边形结构内对称的位置上分别固接有两个大齿轮，两个大齿轮分别与两个小齿轮啮合；在所述驱动装置（1）的作用下，每条支链带动所属支链的下连接轴（6）运动，进而带动动平台（7）产生三维平动运动；所述两组平面平行四边形结构使两个球杆座相对于中心板（9）产生平行错动，从而使两组平行的连杆相对于中心板（9）产生转动；两组齿轮传动机构将球杆座相对于中心板（9）的错动或两组两个平行的连杆相对于中心板（9）的转动均转化为二自由度手腕（13）的两个动力输入，实现二自由度手腕（13）的二维转动。...

【技术特征摘要】
1.一种可实现高速运动的五自由度并联机械手，包括固定架(2)、动平台(7)以及对称布置在所述固定架(2)与动平台(7)之间的五条结构相同的支链，所述固定架(2)上固接有五个驱动装置(I)； 每条支链由近架杆(3)、上连接轴(4)、两个相互平行且等长的远架杆和下连接轴(6)构成；每条支链的所述近架杆(3)的一端分别与固定于固定架(2)上的一个驱动装置(I)的输出端固接，所述近架杆(3)的另一端与该支链中的上连接轴(4)固接；两个远架杆的一端分别通过球铰链与该支链中的上连接轴(4)球铰接，两个远架杆的另一端分别通过球铰链与该支链中的下连接轴(6)球铰接；每条支链中的上连接轴(4)、两个平行的远架杆和下连接轴(6)构成一平行四边形结构； 其特征在于 所述动平台(7)包括两个球杆座、四个连杆和一中心板；两个球杆座位于所述中心板(9)的两侧，所述中心板(9)与两侧的球杆座之间均分别连接有两个平行的连杆；两个球杆座还分别与两个下连接轴(6)固接，所述中心板与另外一个下连接轴(6)固接；每两个平行的连杆和与之相连的一个球杆座及中心板共构成两组平面平行四边形结构；所述球杆座与两个平行的连杆之间、所述中心板(9)与两个平行的连杆之间均为转动副； 所述中心板(9)的下方设有一二自由度手腕(13)，所述二自由度手腕(13)的两个输入轴之间为同轴设置或者为平行布置，同时，两个输入轴与两组两个平...

【专利技术属性】
技术研发人员：王攀峰，赵学满，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：