[发明专利]四支链二维平动一维转动自由度并联机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联机器人，特别是涉及一种具有二维平动一维转动自由度的并联机械手。

背景技术

专利文献US 7090458 B2和ZL 01154160.2公开了一种可实现平面二自由度的并联机构，包括驱动装置、机架、动平台和两对支链。两个伺服电机安装在机架上，动平台通过两个支链与机架连接，形成并联闭环结构。两个支链各含有两个平行四边形机构，分别作为驱动杆组和从动杆组，各运动件之间完全采用转动铰链连接。采用平行四边形支链结构实现动平台的二维平动。上述机构的局限性在于：该机构每条支链各含两组平行四边形机构，结构复杂；各运动构件均在同一平面内或平行于该平面，平面法线方向上的刚度较差。

实际工程中，存在一些场合需要机构动平台在实现二维平动的基础上具有一定的调姿能力，而采用上述机构无法满足这种需求。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种四支链二维平动和一维转动自由度并联机械手。本发明具有整体刚性好和结构简单的特点，具有较高速度与加速度、较好定位精度和重复定位精度。

为了解决上述技术问题，本发明四支链二维平动一维转动自由度并联机械手予以实现的技术方案是：包括固定架、运动平台及对称布置在所述固定架与运动平台之间的结构相同的运动支链a、运动支链b、运动支链c和运动支链d；所述固定架上固接有三个驱动装置；每个运动支链均分别包括近架杆和两个平行且等长的远架杆；运动支链a、运动支链b、运动支链c和运动支链d的近架杆上的一端均分别铰接有一上连接轴；其中，运动支链a、运动支链b和运动支链d中的近架杆一端分别与三个驱动装置的输出端固连；所述运动支链a的近架杆上固定连接有第一同步带轮，所述运动支链c的近架杆上固定连接有第二同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮的轮径相同且转动轴线分别与所连接的近架杆的旋转轴线重合；所述第一同步带轮与第二同步带轮通过一齿形带交叉连接；第一同步带轮在一驱动装置和相应近架杆的驱动下转动，通过交叉设置的齿形带的传动作用带动第二同步带轮产生与第一同步带轮等大反向的转动；运动支链a、运动支链b、运动支链c和运动支链d的远架杆的同侧一端与所述上连接轴球铰接，远架杆的另一端分别与一下连接轴球铰接；每条运动支链的下连接轴、上连接轴和两个平行且等长的远架杆形成平行四边形结构；在驱动装置的驱动下，实现运动平台在运动支链b和运动支链d所在平面内的二维平动；所述运动平台包括四个齿轮柄，四个斜齿扇、两个斜齿轮、一个基座和一个末端执行器；所述末端执行器与所述基座转动铰接，两个斜齿轮旋向相反并与所述末端执行器同轴固定，四个齿轮柄相互之间90°布置且分别通过一转轴与所述基座转动连接；每个斜齿扇分别与其中一齿轮柄上的转轴固结，相对布置的两对斜齿扇与两个斜齿轮分别啮合；每条支链的下连接轴分别固定安装在其中一齿轮柄上；由于各支链中平行四边形结构对基座的约束作用和两对斜齿扇与旋向相反的斜齿轮间的啮合作用，当各驱动装置驱动相对应的支链运动时，可实现末端执行器在运动支链b和运动支链d所在平面内的二维平动及相对基座的一维转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中的每条支链的平行四边形结构采用球铰接方式，消隙方便，从而该机构的定位精度高；动平台结构中采用了斜齿轮与斜齿扇的啮合结构，使其结构简单、紧凑，运动更灵活；本机构为空间对称机构，大幅提升机构的侧向刚度，运动平台对称设计，齿轮传动受力均匀，运动精度高，系统稳定性好，易实现高速抓取，可满足复杂抓放操作的要求。

附图说明

图1为本发明四支链二维平动和一维转动自由度并联机械手的整体结构示意图；

图2为本发明中动平台的主体结构示意图；

图3为图2中所示斜齿扇与斜齿轮的啮合示意图。

图中：

1a、1b、1d-驱动装置            2-固定架           3a、3b、3c、3d-近架杆

4a、4b、4c、4d-上连接轴        5a、5b-远架杆      6-第一同步带轮

7-第二同步带轮                 8-齿形带           9-运动平台

10a、10b、10c、10d-下连接轴    11a～11d-齿轮柄    12a～12d-斜齿扇

13a、13b-斜齿轮                14-基座            15-末端执行器

具体实施方式