[发明专利]一种三自由度定位机构及其多自由度混联机械手

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三自由度的混联机构。

背景技术

目前用于机器人空间定位的三自由度机构的主要有两类：串联关节式和平面并联式。串联关节式机构的惯性较大，运动速度低且定位精度较差，并联式虽能实现较高的运动速度，但工作范围和作业空间严重受限。

国际上有少数可应用于物料搬运的三自由度并联机构。专利US4976582(或WO8703528、EP0250470、CH672089、JP63501860T)描述了一种空间对称三平动并联机构，包括三个主动支链，每条支链包括近架杆和远架杆两部分。其中近架杆一端详对于固定机架仅具有一个移动或者转动自由度，另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与远架杆的一端连接；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，从而限制动平台相对于固定机架的三个回转自由度。机构的远架杆形式分为两种：一种为单杆形式，杆的两端通过虎克铰分别与近架杆和动平台连接；一种由双杆构成的平行四边形，每根杆两端通过虎克较或球铰链分别与近架杆和动平台连接。上述机构的局限性在于：主动关节为转动驱动，机构的承载能力差，工作空间和运动范围小。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种三自由度定位机构及其伸缩驱动式三自由度混联机器人，采用串并混联拓扑结构，其结构紧凑，减小了运动部件质量，增大了工作空间，提高了运动精度，易实现高速运动，是一种轻惯量、高功率密度的可实现高速运动的三自由度混联机械手。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种三自由度定位机构,包括基座和动平台，所述基座与动平台之间设有三条结构相同的支链，所述支链包括自基座至动平台依次相连的滑块、下虎克铰、架杆和上虎克铰；所述滑块与所述基座通过移动副连接，所述下虎克铰和上虎克铰的结构相同，均由内单叉、十字轴和外单叉组成；所述内单叉和外单叉均与所述十字轴转动连接；所述下虎克铰中的外单叉与所述滑块固接；所述上虎克铰中的外单叉与所述动平台固接；所述架杆的两端与上虎克铰中的内单叉和下虎克铰中的内单叉转动连接，所述滑块与基座之间的相对移动为所述动平台提供三个平动自由度驱动输入；所述动平台虎克铰接第一连杆，所述第一连杆与第二连杆和第三连杆的一端转动连接，所述第二连杆的另一端通过转动副A与第五连杆的一端连接；所述第三连杆上的一点和第五连杆的另一端通过转动副B转动连接；连接后的所述第一连杆、第二连杆、第五连杆、第三连杆构成了一平行四边形机构，所述平行四边形机构在转动副A处与第四连杆转动连接，所述第四连杆与所述基座转动连接。

本发明提出的一种六自由度混联机械手，在上述三自由度定位机构的基础上，所述第三连杆上设有三自由度手腕。

本发明提出的一种三自由度混联机械手，包括基座、动平台和末端执行器，所述基座与动平台之间设有三条结构相同的支链，所述支链包括自基座至动平台依次相连的滑块、下虎克铰、架杆和上虎克铰；所述滑块与所述基座通过移动副连接，所述下虎克铰和上虎克铰的结构相同，均由内单叉、十字轴和外单叉组成；所述内单叉和外单叉均与所述十字轴转动连接；所述下虎克铰中的外单叉与所述滑块固接；所述上虎克铰中的外单叉与所述动平台固接；所述架杆的两端与上虎克铰中的内单叉和下虎克铰中的内单叉转动连接，所述滑块与基座之间的相对移动为所述动平台提供三个平动自由度驱动输入；所述动平台虎克铰接第一连杆，所述第一连杆与第二连杆和第三连杆的一端转动连接，所述第二连杆的另一端通过转动副A同时与第四连杆、第五连杆的一端连接；所述第三连杆上的一点和第五连杆的另一端通过转动副B同时与连接三角板转动连接；连接后的所述第一连杆、第二连杆、第五连杆、第三连杆构成了第一平行四边形机构；所述第四连杆的另一端与第六连杆的一端通过转动副C连接，所述第四连杆又与所述基座转动连接；所述第六连杆的另一端与所述连接三角板转动连接；连接后的所述第四连杆、第五连杆、连接三角板和第六连杆构成了第二平行四边形机构；所述第三连杆的另一端与第七连杆的一端转动连接；所述第七连杆与第八连杆的一端转动连接；所述第八连杆的另一端与所述连接三角板转动连接；连接后的所述第三连杆、第七连杆、第八连杆和连接三角板构成了第三平行四边形机构；所述末端执行器与第七连杆固接；三条结构相同的支链构成了并联部分，所述动平台由该并联部分带动实现三自由度运动；所述第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和第三平行四边形机构构成了串联部分，串联部分将动平台的三自由度运动转化为末端执行器的二维平动和绕所述基座的一维转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：