[发明专利]三维平动二维转动自由度的并联机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种机器人的具有空间三维平动二维转动自由度的并联机构。

背景技术

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。

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动平台力传递效果好，使用寿命长且设计巧妙的可实现三维平动二维转动自由度的并联机械手。

为了解决上述技术问题，本发明三维平动二维转动自由度的并联机械手予以实现的技术方案是：包括固定架、动平台以及设置在所述固定架与动平台之间、且呈中心对称布置的五条结构相同的支链；所述固定架分别固接有五个驱动装置；每条支链包括近架杆和两个平行且等长的远架杆，所述近架杆的一端与其中一个驱动装置的输出轴固接，所述近架杆另一端固接有上连接轴；所述两个平行的远架杆的一端均分别与所述上连接轴球铰接，所述两个平行的远架杆的另一端分别与设置在所述动平台上的下连接轴球铰接；每条支链上的所述下连接轴、所述上连接轴和所述两个平行的远架杆构成一平行四边形；所述动平台包括五个角板和五组连杆，所述五个角板分别将五组连杆顺序连接成平面闭合环状结构；其中，每组连杆包括两个长度相同且平行布置的杆件，两个杆件的两端分别与两个相邻的角板用转动副连接组成一组平面平行四边形结构；由此，在所述动平台中形成有五组平面平行四边形结构；每条支链的下连接轴分别固定在一角板上；其中两个相邻的两组连杆、且位于所述平面闭合环状结构的内或外同一侧的两个杆件的固定端设有一对相互啮合的分角齿轮，每个分角齿轮的转轴固定在该相邻两组连杆之间的角板上，上述两个杆件、一个角板和相互啮合的分角齿轮构成一分角机构；在五条支链的驱动作用下，并且在所述分角机构和所述五组平面平行四边形结构的运动限制作用下，可使所述动平台整体在空间内实现三维平动，且动平台自身在一个平面内做二自由度变形运动；还包括一二自由度转动机构，所述二自由度转动机构由两根拉丝、两根横梁连杆和一个二自由度机器人手腕组成；所述两根拉丝的一端分别与两个角板固连，所述两根拉丝的另一端分别与所述二自由度机器人手腕的两个输入轴绕接；与两根拉丝连接的两个角板为相邻位置、且与所述分角机构所在的角板相对；两个横梁连杆的一端分别用转动副与所述二自由度机器人手腕连接，所述两个横梁连杆的另一端分别用转动副与一角板连接；与两个横梁连杆连接的两个角板为相间位置、且与所述分角机构所在的角板相邻；所述二自由度机器人手腕的两个输入轴与两个横梁连杆之间分别安装有一独立的、用于使拉丝张紧的弹性装置；当所述动平台在平面内做二自由度变形运动时，每根拉丝为二自由机器人手腕的输入轴提供一个动力输入，使所述二自由度机器人手腕实现二自由度转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于本发明三维平动二维转动自由度的并联机械手中的动平台结构利用了分角齿轮配合，并且运用了多组平行四边形结构的约束作用，从而限制动平台结构中的多余自由度，使动平台成为一个平面五边形结构，并保证该结构始终保持在一个平面上做二自由度变形运动。五条支链中与该机构动平台的五个角板固结的五个下连接轴位于同一平面内，通过驱动装置驱动五条支链，进而带动五个角板运动，动平台随之产生三自由度移动和二自由度变形运动。该动平台运动灵活，受力均匀，运动精度高。基于上述三维平动二维转动自由度的并联机械手，在动平台上安装一种机器人手腕结构，通过丝传动的方式将动平台的二自由度变形运动转化为执行器的二自由度旋转运动，由于本发明的三维平动二维转动自由度的并联机械手中没有使用移动副，避免了受力不均匀、摩擦力大、使用寿命低等不足，其整体结构的刚性和稳定性好，易实现高速运动，且满足复杂抓放操作的要求。

附图说明

图1是本发明三维平动二维转动自由度的并联机械手的整体结构示意图；

图2是动平台上安装有二自由度转动机构的示意图

图中：

1-驱动装置                2-固定架                3-近架杆

4-上连接轴                5a、5b-远架杆           6-下连接轴

7-动平台                  8a~8e-角板              9a~9e-连杆