[发明专利]一种新型二自由度机械手机构

说明书

技术领域

本发明属于机器人机构领域，尤其涉及一种适合抓放操作的二维平动的二自由度机械手机构。

背景技术

在机器人化作业的现有机器人中，有两类机构：串联机构和并联机构。串联机构具有工作空间大、灵活性高的优点，同时，也存在一些不足之处：存在各杆件的误差累积、末端精度低；惯性大、刚度低、动态性能较差。

并联机构是一种具有多个运动自由度，且驱动器分配在不同环路上的闭式多环机构。并联机器人相对串联机器人而言，具有刚度大、承载能力强、位置误差不累积、精度高、自重负荷比小、动力性能好等一系列优点。基于并联机构的各种装备成为传统串联装备的一个重要补充，在许多领域发挥重要作用。目前，并联机器人主要应用于医用外科设备、移动机器人、运动模拟、机械制造、自动化装配、精密加工与测量、微电子制造及娱乐行业等领域，如飞行模拟器、虚拟轴机床、坐标测量机、微动机器人、机器人用力与力矩传感器、步行器及爬壁机器人腿以及大型矿山机械等。

目前，已经提出的新型并联机构约一百多种，但二自由度的平面并联机构依然非常少。二自由度平动并联机器人具有结构简单、有封闭形式的运动学正解、控制容易、造价低等特点。二自由度平动并联机器人的动平台能在其工作平面内以较高速度作二自由度移动，并保持姿态不变，适用于电子、包装等轻工行业的抓放操作，具有较好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二自由度平面并联机器人机构。机构的动平台在工作平面内进行二维移动，并保持姿态不变。该机构具有精度高、惯性小、高动态性能、工作空间较大、运动学正解和反解简单等优点。

本发明的二维平动二自由度机械手机构，包括五根连杆、五个滑轮和一根钢丝绳。其特征在于：动平台通过两个支链与静平台相连。每个支链包括一个主动臂和一个从动臂。主动臂一端通过转动副与静平台相连，另一端通过转动副与从动臂相连。从动臂通过转动副与动平台相连。主动臂和从动臂的铰接处，安装有一个滑轮，该滑轮与主动臂、从动臂构成复合铰链。两条从动臂通过转动副相连，在二者铰接处，安装有一个滑轮作为动平台，该滑轮与主动臂、从动臂构成复合铰链。安装在静平台上的两个滑轮相对静平台固定。钢丝绳缠绕在五个滑轮上，切钢丝绳和固定在静平台上的两个滑轮之间无相对运动。所述钢丝绳可用皮带或其它绳索替代；五个滑轮可用皮带轮替代。

此机构通过两个主动臂的转动实现动平台的平面二自由度平动。在动平台上可以安装各种工具，实现抓放等操作。

所述静平台可通过一个线性传动机构在与该机构运动平面垂直的方向运动，从而实现动平台的三维平动。

本发明具有如下优点和有益效果：

1.本发明的二自由度平面机械手机构采用闭环结构，与传统二自由度串联机构相比，具有高精度、高刚度、低惯性、高动态性能、位置误差不累积等优点；

2.本发明的二自由度平面机械手机构运动学正解、反解简单。正解具有解析解，有利于机构的运动学标定；

3.本发明的二自由度平面机械手机构，具有明确的运动形式，即二维平动；通过一根钢丝绳和五个滑轮对动平台提供约束，使动平台的姿态保持不变，并减轻了机构的整体质量；

4.本发明采用主动臂的转动作为机构的主动输入，可实现动平台的高速二维移动；

附图说明

图1是本发明的二自由度平面机械手机构的结构示意图。

图中：1-静平台  2，5-主动臂  3，4、从动臂  8-动平台(滑轮)

6-10：滑轮  11：钢丝绳

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

如图1所示，本发明的二自由度机械手机构，包括五根连杆(1-5)、五个滑轮(6-10)和一根钢丝绳(11)。连杆(1)为机械手的静平台；滑轮(8)为动平台。滑轮(6、7)和连杆(2、3)构成机构的右运动支链；滑轮(9、10)和连杆(4、5)构成机构的左运动支链。连杆(2、5)为机械手主动臂，连杆(3、4)为从动臂。各连杆通过转动副相连。滑轮(6、10)与静平台(1)固连；滑轮(7、8、9)分别与相接连杆形成复合铰链。钢丝绳(11)缠绕在滑轮(6-10)上；钢丝绳(11)和滑轮(6、10)工作外圆之间无相对滑动。在动平台(8)上可以安装各种工具。此机构通过两个主动臂(2、5)的转动实现动平台(8)的二自由度平动。

此机构采用两个主动臂2的转动作为机构的主动输入，使动平台在其工作平面内以较高的速度作二自由度移动。本发明的二自由度平面机械手机构采用钢丝绳和滑轮结构约束动平台的转动，从而减轻机械手的总体质量，提升其动态性能。