CN110480603B - 一种具有8m形底座的多自由度并联机械手 - Google Patents

一种具有8m形底座的多自由度并联机械手 Download PDF

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Abstract

一种具有8M形底座的多自由度并联机械手。其包括8M形底座、动平台以及连接在8M形底座和动平台之间的第一分支、第二分支、第三分支和第四分支；本发明优点：可通过四个电机协调控制左、右摇块机构中滑块在直线导轨上滑动，及与圆弧形导轨相连运动支链中伸缩杆的直线运动，实现动平台的两平动、两转动共四个运动自由度。其中一平动方向可通过控制摇块机构滑块移动而改变，另一平动轨迹曲线为恒定半径圆弧，两转动旋转轴分别为垂直于8M形底座中直线导轨且平行于8M形底座的方向、第一分支上端转动副轴线方向。动平台运动灵活，抗干扰能力强，控制稳定，独特的8M形结构通过转动滑轨的转动能够提供更大的工作空间并能适应更加复杂的工况。

Description

一种具有8M形底座的多自由度并联机械手
技术领域
本发明属于机械手技术领域，具体为一种具有8M形底座的多自由度并联机械手。
背景技术
随着工业自动化水平的不断提高，机械手已广泛应用于各个领域，产品进行高效的加工、分拣、组装几乎都离不开机械手。其中并联机械手具有精度高、抗干扰性强、运动更稳定等优点。
然而，现有的一些并联机械手仍存在一定的局限性。中国专利申请公开号CN103009378B中公开的一种并联机械手，包括定平台、三条结构相同的PUU支链、动平台，其中三条PUU支链与定平台连接点呈120°分布，通过该三条支链的协调运动可实现动平台的三维移动。但该并联机械手上动平台只能在机架所包围的空间范围内运动，工作空间较小。中国专利申请公开号CN106069236A中公开的一种并联机械手，由十三条连杆互相连接构成多个并联闭环子链，其机械结构及其复杂；中国专利申请公开号CN101693368A中公开的并联机械手，包括三自由度并联转动平台，安装在三自由度并联转动平台上方的三自由度串联移动模块和与三自由度串联移动模块连接的末端执行器模块，其动平台与静平台之间的连接机械结构复杂，增大了控制难度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有8M形底座的多自由度并联机械手。
为了达到上述目的，本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手包括8M形底座、动平台以及连接在8M形底座和动平台之间的第一分支、第二分支、第三分支和第四分支；
其中，所述的8M形底座包括两块底板、两根直线导轨和两块支撑板；底板呈扇形，水平设置，两块底板以圆心对接的方式对称布置，每块底板的表面中部凹陷形成有一个扇形凹槽，由此在边缘部位形成凸沿；直线导轨的横截面呈凹字形，两根直线导轨的内端分别连接在两块底板连接处两侧部位的缝隙中，并且两根直线导轨的长度方向位于同一条直线；两块支撑板平行设置在两根直线导轨的内端表面两侧部位；
动平台为倒置的U形块状结构，其中一个相对面的下部分别设有一个对心的球体凹槽；另一个相对面的下端分别设有一个对心的球体槽和一个圆柱；
第一分支包括第一摇块机构、第一下滑块和第一从动臂；其中第一摇块机构包括第一转动滑轨、两根第一连杆和第五下滑块；第一转动滑轨的横截面呈凹字形，一端铰接在8M形底座上两块支撑板的一侧内部；两根第一连杆的上端分别铰接在第一转动滑轨的两侧面外表面中部；第五下滑块为倒T形块，下端的两个凸台***在8M形底座上的一根直线导轨内部，两根第一连杆的下端分别铰接在第五下滑块的上端两侧部位；第一下滑块的下部为T形块，下端***在第一转动滑轨的凹槽内，并且第一下滑块的顶面两侧部位分别设有一个凸台；第一从动臂的下端铰接在第一下滑块上的两个凸台上，上端为爪形结构且铰接在动平台的圆柱上而构成转动副；
第二分支包括第二下滑块和第一主动伸缩杆；其中第二下滑块的下端形成有一个能够卡在8M形底座上一块底板的凸沿上弧形段的凹槽，因而能够以该凸沿为导轨进行弧形滑动，第二下滑块的上端设有两块竖直凸台；第一主动伸缩杆由第二从动臂以及下部***在第二从动臂上部内部的第一主动臂构成；第二从动臂的下端铰接在第二下滑块的两块竖直凸台上；第一主动臂的上端为一球体，该球体连接在动平台的一个球体凹槽内而构成一个球面副，并且上述底板34和球体凹槽位于同一侧；
第三分支包括第二摇块机构、第三下滑块和第三从动臂；其中第二摇块机构包括第二转动滑轨、两根第二连杆和第六下滑块；第二转动滑轨的横截面呈凹字形，一端铰接在8M形底座上两块支撑板的另一侧内部；两根第二连杆的上端分别铰接在第二转动滑轨的两侧面外表面中部；第六下滑块为倒T形块，下端的两个凸台***在8M形底座上的另一根直线导轨内部，两根第二连杆的下端分别铰接在第六下滑块的上端两侧部位；第三下滑块的下部为T形块，下端***在第二转动滑轨的凹槽内，并且第三下滑块的顶面两侧部位分别设有一个凸台；第三从动臂的下端铰接在第三下滑块上的两个凸台上，上端为一球体，该球体连接在动平台上的球体槽内而构成一个球面副；
第四分支包括第四下滑块和第二主动伸缩杆；其中第四下滑块的下端形成有一个能够卡在8M形底座上另一块底板的凸沿上弧形段的凹槽，因而能够以该凸沿为导轨进行弧形滑动，第四下滑块的上端设有两块竖直凸台；第二主动伸缩杆由第四从动臂以及下部***在第四从动臂上部内部的第二主动臂构成；第四从动臂的下端铰接在第四下滑块的两块竖直凸台上；第二主动臂的上端为一球体，该球体连接在动平台的另一个球体凹槽内而构成一个球面副；
所述的第一摇块机构中第一转动滑轨、第一连杆和第五下滑块分别与第二摇块机构中第二转动滑轨、第二连杆和第六下滑块的结构及尺寸相同。
本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手具有如下优点：可通过四个电机协调控制左、右摇块机构中滑块在直线导轨上滑动，以及与圆弧形导轨相连运动支链中伸缩杆的直线运动，实现动平台的两平动、两转动共四个运动自由度。其中一平动方向可通过控制摇块机构滑块移动而改变，另一平动轨迹曲线为恒定半径圆弧，两转动旋转轴分别为垂直于8M形底座中直线导轨且平行于8M形底座的方向、第一分支上端转动副轴线方向。动平台运动灵活，抗干扰能力强，控制稳定，独特的8M形结构通过转动滑轨的转动能够提供更大的工作空间并能够适应更加复杂的工况，如飞机蒙皮打磨等。
附图说明
图1为本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手整体结构示意图。
图2为本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手中第一分支上部局部结构示意图。
图3为本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手中第二分支局部结构示意图。
图4为本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手中第三分支上部局部结构示意图。
图5为本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手中第四分支局部结构示意图。
图6为本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手中动平台局部结构示意图。
图7为本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手中第一分支中第一摇块机构局部结构示意图。
图8为本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手中第三分支中第二摇块机构局部结构示意图。
图9为本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手中8M形底座局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手进行具体说明。
如图1-图9所示，本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手包括8M形底座1、动平台2以及连接在8M形底座1和动平台2之间的第一分支3、第二分支4、第三分支5和第四分支6；
其中，所述的8M形底座1包括两块底板34、两根直线导轨31和两块支撑板32；底板34呈扇形，水平设置，两块底板34以圆心对接的方式对称布置，每块底板34的表面中部凹陷形成有一个扇形凹槽35，由此在边缘部位形成凸沿33；直线导轨31的横截面呈凹字形，两根直线导轨31的内端分别连接在两块底板34连接处两侧部位的缝隙中，并且两根直线导轨31的长度方向位于同一条直线；两块支撑板32平行设置在两根直线导轨31的内端表面两侧部位；
动平台2为倒置的U形块状结构，其中一个相对面的下部分别设有一个对心的球体凹槽20；另一个相对面的下端分别设有一个对心的球体槽19和一个圆柱22；
第一分支3包括第一摇块机构7、第一下滑块9和第一从动臂10；其中第一摇块机构7包括第一转动滑轨26、两根第一连杆24和第五下滑块23；第一转动滑轨26的横截面呈凹字形，一端铰接在8M形底座1上两块支撑板32的一侧内部；两根第一连杆24的上端分别铰接在第一转动滑轨26的两侧面外表面中部；第五下滑块23为倒T形块，下端的两个凸台***在8M形底座1上的一根直线导轨31内部，两根第一连杆24的下端分别铰接在第五下滑块23的上端两侧部位；第一下滑块9的下部为T形块，下端***在第一转动滑轨26的凹槽内，并且第一下滑块9的顶面两侧部位分别设有一个凸台25；第一从动臂10的下端铰接在第一下滑块9上的两个凸台25上，上端为爪形结构且铰接在动平台2的圆柱22上而构成转动副；
第二分支4包括第二下滑块11和第一主动伸缩杆37；其中第二下滑块11的下端形成有一个能够卡在8M形底座1上一块底板34的凸沿33上弧形段的凹槽，因而能够以该凸沿33为导轨进行弧形滑动，第二下滑块11的上端设有两块竖直凸台；第一主动伸缩杆37由第二从动臂12以及下部***在第二从动臂12上部内部的第一主动臂13构成；第二从动臂12的下端铰接在第二下滑块11的两块竖直凸台上；第一主动臂13的上端为一球体，该球体连接在动平台2的一个球体凹槽20内而构成一个球面副，并且上述底板34和球体凹槽20位于同一侧；
第三分支5包括第二摇块机构8、第三下滑块14和第三从动臂15；其中第二摇块机构8包括第二转动滑轨30、两根第二连杆28和第六下滑块27；第二转动滑轨30的横截面呈凹字形，一端铰接在8M形底座1上两块支撑板32的另一侧内部；两根第二连杆28的上端分别铰接在第二转动滑轨30的两侧面外表面中部；第六下滑块27为倒T形块，下端的两个凸台***在8M形底座1上的另一根直线导轨31内部，两根第二连杆28的下端分别铰接在第六下滑块27的上端两侧部位；第三下滑块14的下部为T形块，下端***在第二转动滑轨30的凹槽内，并且第三下滑块14的顶面两侧部位分别设有一个凸台29；第三从动臂15的下端铰接在第三下滑块14上的两个凸台29上，上端为一球体，该球体连接在动平台2上的球体槽19内而构成一个球面副；
第四分支6包括第四下滑块16和第二主动伸缩杆38；其中第四下滑块16的下端形成有一个能够卡在8M形底座1上另一块底板34的凸沿33上弧形段的凹槽，因而能够以该凸沿33为导轨进行弧形滑动，第四下滑块16的上端设有两块竖直凸台；第二主动伸缩杆38由第四从动臂17以及下部***在第四从动臂17上部内部的第二主动臂18构成；第四从动臂17的下端铰接在第四下滑块16的两块竖直凸台上；第二主动臂18的上端为一球体，该球体连接在动平台2的另一个球体凹槽20内而构成一个球面副；
所述的第一摇块机构7中第一转动滑轨26、第一连杆24和第五下滑块23分别与第二摇块机构8中第二转动滑轨30、第二连杆28和第六下滑块27的结构及尺寸相同。
现将本发明提供的具有8M形底座的多自由度并联机械手的工作过程进行阐述如下：
在第三分支5中，可利用电机通过改变第六下滑块27位置的方法使动平台2沿平行于第一转动滑轨26的直线进行直线运动，由此实现一个平动自由度，该直线角度可通过第一摇块机构7的运动来改变；在第二分支4、第四分支6中，可利用电机通过改变第一主动伸缩杆37和第二主动伸缩杆38伸缩长度的方法使动平台2沿以第一下滑块9为圆心的圆弧进行平动，由此实现一个平动自由度；在第一摇块机构7、第二摇块机构8、第二分支4和第四分支6中，可利用电机通过改变第五下滑块23、第六下滑块27的位置以及第一主动伸缩杆37、第二主动伸缩杆38伸缩长度的方法使动平台2绕以垂直于两直线导轨31且平行于8M底座1的直线为轴进行转动，由此实现一个转动自由度；在第一摇块机构7、第二摇块机构8和第二分支4、第四分支6中，可利用电机通过改变第五下滑块23、第六下滑块27的位置以及第一主动伸缩杆37、第二主动伸缩杆38伸缩长度的方法使动平台2绕以平行于第一转动滑轨26即第一从动臂10与动平台2之间的转动副的转动轴线为轴进行转动，由此实现一个转动自由度。经以上运作，本机械手可以实现动平台2的两个平动与两个转动共四个自由度的运动。

Claims (2)

1.一种具有8M形底座的多自由度并联机械手，其特征在于：所述的具有8M形底座的多自由度并联机械手包括8M形底座(1)、动平台(2)以及连接在8M形底座(1)和动平台(2)之间的第一分支(3)、第二分支(4)、第三分支(5)和第四分支(6)；
其中，所述的8M形底座(1)包括两块底板(34)、两根直线导轨(31)和两块支撑板(32)；底板(34)呈扇形，水平设置，两块底板(34)以圆心对接的方式对称布置，每块底板(34)的表面中部凹陷形成有一个扇形凹槽(35)，由此在边缘部位形成凸沿(33)；直线导轨(31)的横截面呈凹字形，两根直线导轨(31)的内端分别连接在两块底板(34)连接处两侧部位的缝隙中，并且两根直线导轨(31)的长度方向位于同一条直线；两块支撑板(32)平行设置在两根直线导轨(31)的内端表面两侧部位；
动平台(2)为倒置的U形块状结构，其中一个相对面的下部分别设有一个对心的球体凹槽(20)；另一个相对面的下端分别设有一个对心的球体槽(19)和一个圆柱(22)；
第一分支(3)包括第一摇块机构(7)、第一下滑块(9)和第一从动臂(10)；其中第一摇块机构(7)包括第一转动滑轨(26)、两根第一连杆(24)和第五下滑块(23)；第一转动滑轨(26)的横截面呈凹字形，一端铰接在8M形底座(1)上两块支撑板(32)的一侧内部；两根第一连杆(24)的上端分别铰接在第一转动滑轨(26)的两侧面外表面中部；第五下滑块(23)为倒T形块，下端的两个凸台***在8M形底座(1)上的一根直线导轨(31)内部，两根第一连杆(24)的下端分别铰接在第五下滑块(23)的上端两侧部位；第一下滑块(9)的下部为T形块，下端***在第一转动滑轨(26)的凹槽内，并且第一下滑块(9)的顶面两侧部位分别设有一个凸台(25)；第一从动臂(10)的下端铰接在第一下滑块(9)上的两个凸台(25)上，上端为爪形结构且铰接在动平台(2)的圆柱(22)上而构成转动副；
第二分支(4)包括第二下滑块(11)和第一主动伸缩杆(37)；其中第二下滑块(11)的下端形成有一个能够卡在8M形底座(1)上一块底板(34)的凸沿(33)上弧形段的凹槽，因而能够以该凸沿(33)为导轨进行弧形滑动，第二下滑块(11)的上端设有两块竖直凸台；第一主动伸缩杆(37)由第二从动臂(12)以及下部***在第二从动臂(12)上部内部的第一主动臂(13)构成；第二从动臂(12)的下端铰接在第二下滑块(11)的两块竖直凸台上；第一主动臂(13)的上端为一球体，该球体连接在动平台(2)的一个球体凹槽(20)内而构成一个球面副，并且上述底板(34)和球体凹槽(20)位于同一侧；
第三分支(5)包括第二摇块机构(8)、第三下滑块(14)和第三从动臂(15)；其中第二摇块机构(8)包括第二转动滑轨(30)、两根第二连杆(28)和第六下滑块(27)；第二转动滑轨(30)的横截面呈凹字形，一端铰接在8M形底座(1)上两块支撑板(32)的另一侧内部；两根第二连杆(28)的上端分别铰接在第二转动滑轨(30)的两侧面外表面中部；第六下滑块(27)为倒T形块，下端的两个凸台***在8M形底座(1)上的另一根直线导轨(31)内部，两根第二连杆(28)的下端分别铰接在第六下滑块(27)的上端两侧部位；第三下滑块(14)的下部为T形块，下端***在第二转动滑轨(30)的凹槽内，并且第三下滑块(14)的顶面两侧部位分别设有一个凸台(29)；第三从动臂(15)的下端铰接在第三下滑块(14)上的两个凸台(29)上，上端为一球体，该球体连接在动平台(2)上的球体槽(19)内而构成一个球面副；
第四分支(6)包括第四下滑块(16)和第二主动伸缩杆(38)；其中第四下滑块(16)的下端形成有一个能够卡在8M形底座(1)上另一块底板(34)的凸沿(33)上弧形段的凹槽，因而能够以该凸沿(33)为导轨进行弧形滑动，第四下滑块(16)的上端设有两块竖直凸台；第二主动伸缩杆(38)由第四从动臂(17)以及下部***在第四从动臂(17)上部内部的第二主动臂(18)构成；第四从动臂(17)的下端铰接在第四下滑块(16)的两块竖直凸台上；第二主动臂(18)的上端为一球体，该球体连接在动平台(2)的另一个球体凹槽(20)内而构成一个球面副。
2.根据权利要求1所述的具有8M形底座的多自由度并联机械手，其特征在于：所述的第一摇块机构(7)中第一转动滑轨(26)、第一连杆(24)和第五下滑块(23)分别与第二摇块机构(8)中第二转动滑轨(30)、第二连杆(28)和第六下滑块(27)的结构及尺寸相同。
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