[发明专利]四支链三平一转高速并联机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种具有空间三平动一转动能力的高速并联机械手。

背景技术

专利文献US20090019960和EP1084802公开了一种可实现三维平动一维转动的高速并联机构，固定机架与动平台通过四条结构相同的主动支链相连，每条支链包括近架杆和远架杆两部分。主动支链近架杆与远架杆通过具有两个回转自由度的铰链相连，近架杆另一端与固定机架移动或转动连接，远架杆另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与动平台连接，动平台具有空间三维平动能力；动平台由四个部件组成，其中两个部件相互平行，另外两个部件与前述两个相互平行的部件通过转动铰链连接，由部件之间的相互转动可实现末端执行器绕垂直于动平台的轴线的转动自由度。上述机构的局限性在于：该机构动平台包含四个部件，而受驱动的部件只有两个，这两个部件相当于平行四边形的一组对边，这样的驱动方式不灵活，受力情况不均匀，不利于机构的顺畅运行。

专利文献201010212312.0公开了一种可实现三维平动一维转动并联机构，四条结构相同的运动支链对称布置在固定机架与动平台之间；每条运动支链包括近架杆和远架杆，所述远架杆与上、下连接轴组成平行四边形结构；所述近架杆一端与驱动端固接，另一端与上连接轴固接；所述下连接轴与动平台固接；所述动平台包括上平台和下平台，沿所述上平台和下平台利用导套和导向套连接，导套与导向套形成螺旋副或内部布置转向机构可将上、下平台的相互移动转化为垂直于动平台的轴线的转动。上述机构的局限在于：动平台上、下平台使用移动副作为导向机构，所有的下连接轴不在同一个平面内，在运动时会出现受力不均匀，摩擦力较大的等不足，因此会导致力传递效果差，机构的运动不顺畅，使用寿命低等问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种四支链三平一转高速并联机械手，本发明中的动平台力传递效果好，机构运动顺畅，使用寿命长，是一种可实现空间三维平动一维转动的并联机构。

本发明四支链三平一转高速并联机械手的技术方案是，该机械手包括固定架、动平台以及布置在所述固定架与动平台之间的呈中心对称布置的四条结构相同的运动支链，所述固定架上安装有四个驱动装置，每条运动支链由近架杆、上连接轴、两个相互平行且等长的远架杆和下连接轴构成；四条运动支链中，所有近架杆的一端分别一一对应的与安装在固定架上的四个驱动装置的输出端固接，所述驱动装置为所述近架杆提供一个转动自由度，所述近架杆的另一端与上所述连接轴固接，两个相互平行且等长的远架杆的一端分别通过球铰链与所述上连接轴球铰接，两个相互平行且等长的远架杆的另一端分别通过球铰链与所述下连接轴球铰接；每条运动支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和两个相互平行且等长的远架杆构成一平行四边形结构，所述下连接轴与所述动平台固接。

本发明中，所述动平台包括上平台、下平台、末端执行器、四个摆杆、螺旋轴和两个支撑杆；每个摆杆的一端均分别通过一个具有一个转动自由度的铰链与所述上平台铰接，四个摆杆按照放射状均布在所述上平台的四周，每个摆杆的一端均与上平台转动连接，四个摆杆的另一端分别与四个运动支链中的下连接轴固定连接。四个摆杆依次与连接件顺次连接，从而使相邻摆杆的运动方向相反，四个摆杆形成了两对相对位置的摆杆；其中一对呈相对位置的摆杆分别与两个支撑杆的一端转动相连，两个支撑杆的另一端与下平台转动连接；上平台与螺旋轴的一端转动相连，下平台的中央设有一带有螺孔的导向套，所述螺旋轴穿过所述带有螺孔的导向套，所述螺旋轴的另一端与所述末端执行器固连；在驱动装置的驱动下，动力由运动支链传至摆杆，使相邻摆杆运动方向相反，相对摆杆运动方向相同，所述下平台沿螺旋轴方向移动，通过螺纹连接作用使与螺旋轴固连的末端执行器实现绕自身轴线的转动。

进一步讲，本四支链三平一转高速并联机械手中，相邻的两个摆杆之间的连接件是下述其中之一：

相邻的两个摆杆各通过一转动副与一个转动连接件转动相连，所述转动连接件两端的转动副的轴线交于空间内某一点。

相邻的两个摆杆之间各通过一虎克铰与一连接件虎克铰接。

相邻的两个摆杆之间各通过一球铰与一连接件球铰接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明具有的优点和积极效果是：动平台结构中采用四个摆杆对称布置的形式，且相邻摆杆通过连接件连接，保证相邻摆杆运动方向相反、相对摆杆运动方向相同，充分利用驱动装置的动力，实现高速运动；动平台结构紧凑，运动灵活，受力均匀，运动精度高，整体结构的刚性和稳定性好，且能满足复杂抓放操作的要求。