CN104029212A - 三自由度体外转心旋转机械手腕 - Google Patents

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Abstract

一种工业机器人技术领域的三自由度体外转心旋转机械手腕，包括：上动平台、与上动平台滚动连接的下动平台以及与下动平台滚动连接的基座，上动平台的一侧设有与下动平台相接触的一级轨道，下动平台上对应所述一级轨道设有驱动机构；下动平台的一侧设有与基座相接触的二级轨道以及对应二级轨道的驱动机构，使得上动平台实现三自由度的旋转；本发明装置的转心位于所持工件的质心处，具有三个方向的转动自由度。

Description

三自由度体外转心旋转机械手腕
技术领域
本发明涉及的是一种工业机器人技术领域的机构，具体是一种用于抓取工件并可绕工件质心进行大范围的旋转、可配合机械臂进行工件的抓取和位姿的调整的转心在体外的三自由度体外转心旋转机械手腕。
背景技术
三自由度旋转机构被广泛的应用在各个领域，目前应用较多的有球面三自由度并联机构和普通并联机构。现有技术中存在三自由度球面并联机构仿生眼睛，通过三个分支将末端与定平台联系起来，可以在半锥角45度的圆锥形空间内运动。但是转动范围较小。另有三自由度旋转机构，通过三个支链将动平台和静平台相连，实现60度半锥体内的运动。此机构的转动中心位于机构的内侧。通过综上所述，目前三自由度转动机构的转心多位于机构的内部，转动范围较小，很难满足工业需要。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103753522A公开(公告)日2014.04.30，公开了一种二自由度旋转机械手，包括：用于抓持工件的上动平台、下动平台以及定平台，其中：上、下动平台之间以及下动平台与定平台之间分别通过两组弧形约束滚子组滚动连接，此外下动平台与上动平台之间通过连杆机构连接，下动平台与定平台通过丝杠螺母相连。但该技术承重部件滚子太多，导致其需要较高的安装精度才能工作，难以满足现阶段工业发展需要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种三自由度体外转心旋转机械手腕，其转心位于所持工件的质心处，具有三个方向的转动自由度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：上动平台、与上动平台滚动连接的下动平台以及与上动平台滚动连接的基座，其中：上动平台的一侧设有与基座接触的一级轨道，基座上对应所述一级轨道设有驱动机构；下动平台的一侧设有与上动平台接触的二级轨道以及对应二级轨道的驱动机构，使得下动平台实现三自由度的旋转。
所述的驱动机构可采用但不限于电机齿轮组合或丝杠螺母组合。
所述的基座和机械大臂相连，以实现整周的回转，即作为为三个回转中的第一个。
所述的一级轨道和二级轨道的滚动方向互相垂直且两者的虚拟圆心重合。
所述的下动平台的另一侧与工件相连，并且在运动过程中和工件的相对位置不变，从而使得一级轨道和二级轨道的虚拟圆心位于工件内并和工件的质心位置重合。
当对应一级轨道的驱动机构采用丝杠螺母组合时，所述的丝杠螺母组合中的螺母与上动平台之间构成转动副，丝杠螺母组合中的丝杠安装架与基座相连也构成转动副，当丝杠推动螺母移动时，螺母与上动平台绕所述虚拟圆心转动，丝杠安装架与基座之间相对转动，使丝杠的位姿变化。
技术效果
与现有技术相比，本发明转动中心在机械手的外侧，位于工件的质心位置，因此转动惯量小，降低了电机的要求；
在工作时，当需要围绕所述第一虚拟轴转动时，齿轮机构上电机锁死，丝杠上电机转动，推动螺母移动，同时丝杠自动调整位姿，丝杠安装架相对基座转动；当需要绕第二虚拟轴转动时，丝杠上电机锁死，此时上动平台与基座无相对运动，齿轮机构上电机转动，推动下动平台和工件转动。
附图说明
图1为发明结构示意图；
图2为图1局部放大示意图；
图中：1基座、2上动平台轨道、3下动平台轨道、4滑块安装位置、5第一虚拟轴、6第二虚拟轴、7上动平台、8齿轮机构、9下动平台、10工件、11下动平台滑块安装位置、12丝杠安装架、13螺母、14丝杠。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：下动平台9和上动平台7以及基座1，其中下动平台9和上动平台7通过轨道3和滑块4连接作为被动约束，并通过齿轮机构8作为驱动；上动平台7和基座1通过轨道2和滑块11连接作为被动约束，并通过丝杠螺母机构作为驱动。
所述的丝杠螺母机构如图2所示，丝杠安装机架12和丝杠14通过转动副连接并固定在基座1上，螺母13和上动平台7通过转动副连接，通过丝杠14的旋转推动螺母13绕5第一虚拟轴转动
所述的两个轨道2和3的滚动方向相互垂直且两者的虚拟圆心重合。
所述的下动平台9上有抓取机构，用于抓取工件10，所述的虚拟圆心位于工件10内并和工件10的质心重合。
所述的基座1与机械大臂固定相连，通过大臂的旋转带动机械手实现整周的回转运动。
在工作时，基座1固定，当需要绕上述第一虚拟轴5转动时，齿轮8上电机锁死，丝杠14上电机转动，丝杠14推动螺母13向前移动，但由于轨道2和滑块11的约束，上动平台7只能沿第一虚拟轴5转动。
当需要沿第二虚拟轴6转动时，丝杠14上电机锁死，齿轮机构8上电机转动，动平台9上有齿条，齿轮8和下动平台9上的齿条配合运动，但在轨道3和滑块4的约束下，下动平台9绕第二虚拟轴6做回转运动，带动工件10转动。
本装置通过将转动中心设计于机械手的外侧，即位于工件的质心位置，使得整体转动惯量小，大幅度降低了电机的要求；弧形轨道作为被动约束，同时使用在体内的齿轮机构，实现了以较小的尺寸获得了较大的转动范围。

Claims (4)

1.一种三自由度体外转心旋转机械手腕，其特征在于，包括：上动平台、与上动平台滚动连接的下动平台以及与下动平台滚动连接的基座，其中：上动平台的一侧设有与下动平台相接触的一级轨道，下动平台上对应所述一级轨道设有驱动机构；基座和机械大臂相连，以实现整周的回转，即一个自由度；下动平台的一侧设有与基座相接触的二级轨道以及对应二级轨道的驱动机构，使得上动平台实现三自由度的旋转；一级轨道和二级轨道的滚动方向互相垂直且两者的虚拟圆心重合；
所述的三自由度的转动中心位于所述机械手腕的外侧。
2.根据权利要求1所述的三自由度体外转心旋转机械手腕，其特征是，所述的上动平台的另一侧与工件相连，并且在运动过程中和工件的相对位置不变，从而使得一级轨道和二级轨道的虚拟圆心位于工件内并和工件的质心位置重合。
3.根据权利要求1所述的三自由度体外转心旋转机械手腕，其特征是，所述的驱动机构采用电机齿轮组合或丝杠螺母组合。
4.根据权利要求3所述的三自由度体外转心旋转机械手腕，其特征是，当对应二级轨道的驱动机构采用丝杠螺母组合时，所述的丝杠螺母组合中的螺母与下动平台之间构成转动副，丝杠螺母组合中的丝杠安装架与基座相连也构成转动副，当丝杠推动螺母移动时，螺母与下动平台绕所述虚拟圆心转动，丝杠安装架与基座之间相对转动，使丝杠的位姿变化。
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