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CN102152300A - 线性驱动高速平面并联机械手 - Google Patents

线性驱动高速平面并联机械手 Download PDF

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CN102152300A CN2011100466563A CN201110046656A CN102152300A CN 102152300 A CN102152300 A CN 102152300A CN 2011100466563 A CN2011100466563 A CN 2011100466563A CN 201110046656 A CN201110046656 A CN 201110046656A CN 102152300 A CN102152300 A CN 102152300A
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CN2011100466563A
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宋轶民
孙涛
董罡
连宾宾
刘聪
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Tianjin University
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Tianjin University
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Abstract

本发明公开了一种线性驱动高速平面并联机械手，包括一个机座和一个动平台，在机座两侧分别设有与动平台连接的运动链；运动链由直线电机驱动，直线电机安装在机座上；机座上通过两个共轴销连接一个套筒，套筒内设有导向杆，导向杆与套筒通过滑移副连接，导向杆的下部通过铰链与动平台连接，导向杆位于两个平行四边形机构之间，且其轴线与两个平行四边形机构共面。本发明能够以较大速度实现动平台在不同范围内的二维移动，同时可保持动平台姿态不变，具有较大承载能力，定位精度与重复定位精度高。

Description

线性驱动高速平面并联机械手
技术领域
本发明涉及一种机械手，特别是涉及一种线性驱动高速平面并联机械手。
背景技术
抓放式机器人机构用来多次准确地重复一些如从某位置抓取一物体，移到另一位置后将其释放这类简单操作。现有的抓放式机器人主要应用于电子、包装等轻工行业，承载能力较低。
这类机器人性能通常要求动平台能在一个运动平面中以较高速度做二自由度移动而不改变平台的姿态。在某些情况下还要求机构整体在与动平台运动平面正交的方向以较大速度直线运动。同时，动平台要求有较高的定位精度与重复定位精度。
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两种线性驱动高速平面并联机械手，该两种机械手均能够以较大速度实现动平台在不同范围内的二维移动，同时可保持动平台姿态不变，具有较大承载能力，较高定位精度与重复定位精度。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是：一种线性驱动高速平面并联机械手，包括一个机座和一个动平台，在所述机座两侧分别设有与所述动平台连接的运动链；所述机座两侧的运动链关于轴对称，每个所述运动链包括两个并联等长的连杆，两个所述连杆与其端部的连接件和所述动平台形成相互铰接的平行四边形机构，所述连接件与直线电机连接，所述直线电机安装在所述机座上；所述机座上通过两个共轴销连接一个套筒，所述套筒内设有导向杆，所述导向杆与所述套筒通过滑移副连接，所述导向杆的下部通过铰链与所述动平台连接，所述导向杆位于两个所述平行四边形机构之间，且其轴线与两个所述平行四边形机构共面。
所述连杆与其端部的连接件和所述动平台分别通过球铰链连接。
所述连杆与其端部的连接件和所述动平台分别通过平面铰链连接。
所述机座连接在其传动装置上。
所述套筒内设有键槽，所述导向杆上设有与所述键槽适配的键。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的另一个技术方案是：一种线性驱动高速平面并联机械手，包括一个机座和一个动平台，在所述机座两侧分别设有与所述动平台连接的运动链；所述机座一侧的运动链包括两个并联等长的连杆，所述两个连杆与其端部的连接件和所述动平台形成相互铰接的平行四边形机构，所述机座另一侧的运动链包括一个连杆，所述一个连杆与其端部的连接件和所述动平台分别铰接，所述连接件与直线电机连接，所述直线电机安装在所述机座上，所有连杆等长；所述机座上通过两个共轴销连接一个套筒，所述套筒内设有导向杆，所述导向杆与所述套筒通过滑移副连接，所述导向杆的下部通过铰链与所述动平台连接，所述导向杆位于所述机座两侧的运动链之间，且其轴线与所述机座两侧的运动链共面。
所述连杆与其端部的连接件和所述动平台分别通过球铰链连接。
所述连杆与其端部的连接件和所述动平台分别通过平面铰链连接。
所述机座连接在其传动装置上。
所述套筒内设有键槽，所述导向杆上设有与所述键槽适配的键。
本发明具有的优点和积极效果是：
1)动平台可相对于机座在一包含机座和动平台的平面内运动；2)当两个直线电机以不同规律做直线滑移时，实现动平台在不同范围内的二维移动，同时保持动平台姿态不变；3)利用直线电机作为驱动部件，有利于机构实现运动平稳、速度加速度大、定位精度和重复定位精度高的运动。4)运动链采取平行四边形机构的形式有利于提高机构的整体刚度；5)通过将机座安装在其传动装置上来实现机座在与动平台运动平面正交的方向上的运动。
总之，本发明是由直线电机驱动的抓放式高速平面并联机械手，能够实现较高承载能力下的高速抓取动作，并保证机械手具有运动平稳、定位精度与重复定位精度高的特点。
附图说明
图1为本发明实施例一的主视图，此时机构在中间位置；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明的三维视图；
图4a和图4b为本发明实施例一的两个主视图，机构分别位于相对的两侧位置；
图5为本发明安装在一个横向传动机构上的三维视图；
图6为本发明实施例二的主视图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图5，一种线性驱动高速平面并联机械手，包括一个机座1，两个直线电机2和两个连接于直线电机2与动平台11之间的运动链5，导向杆17，套筒14，动平台11。图1中虚线18表示一个通过导向杆、与机构垂直的平面，图1至图5中的机构关于该平面对称。机构以直线电机2为驱动部件，直线电机2沿固定导轨直线移动。所述的套筒14通过其外壁上的两个共轴销13与所述机座1连接；所述的导向杆17通过套筒14安装在所述机座1上，且其下部与所述动平台11通过平面铰链12连接。所述动平台11可专门设计以安装一系列附件10，如手爪、传感器或工具等。
每个运动链5都包括一对等长的连杆6、7。显见，运动链5中的连杆6、7与连接件16、动平台11构成平行四边形机构。连杆一端通过平面铰链3、4与连接件16铰接，另一端通过平面铰链8、9与动平台铰接，当考虑到机构的零部件加工或装配过程中可能产生的误差累计，平面铰链3、4、8、9可用球铰链替代。
所述直线电机2的导轨与机座1固定连接，当直线电机2驱动其内部传动机构时，可使运动链5沿电机导轨方向滑移；而运动链5内的平行四边形机构与连接件16与动平台11的铰接方式，又可使其相对于机座1和动平台实现转动。
所述套筒14的内径略大于所述导向杆17的外径，且其内壁设置有键槽；所述导向杆17的上半部轴向设置有键15，可使其与内壁设置有键槽的所述套筒14构成滑移副。所述导向杆17位于两个平行四边形机构之间，且其轴线与平行四边形机构共面。导向杆17的上述安装位置与安装方式使之既可相对套筒14沿轴向移动，又可随套筒14相对于机座1转动。
动平台11相对机座1的运动可通过两个直线电机2的直线滑移实现。如图1中箭头19所示，直线电机2从相同位置以相同规律做直线滑移可使动平台11接近或远离机座1；如图4a和图4b所示，一个直线电机相对于另一直线电机滞后滑移可使动平台相对于机座侧向移动。因此，动平台11可以在一个通过机座1和动平台11的假想平面(即平行四边形机构平面)内实现2自由度运动，这个运动通过两个直线电机滑移实现。运动链5直接影响着机构的静态刚度和动态刚度，特别是上述运动平面的刚度。
线性驱动二自由度并联机构可以进一步设置成在动平台11运动平面的正交方向可动，这可通过将机座1安装到一个传动装置上来实现，如一个单自由度线性传动装置23来实现。线性传动装置23包括丝杠20，马达21和支撑架22。丝杠20由马达带动旋转，并与机座1上的螺母相配合。因此，丝杠20的转动可带动机座1及机构整体沿箭头所示方向移动。机构也可以用其他传动装置来带动，例如，可以由一个带传动装置带动。
图6所示机构为本发明的第二个实施例。大部分构建特征与图1至图5所述的机构相同，因此具有共同特征的部件参考图1至图5，图6所示机构与图1至图5的不同之处在于，在所述机座两侧的运动链中，有一运动链具有与上述机构相同的支链5，而在另一侧具有一个简化的运动链24。运动链24包括一个与固连在直线电机2上的连接件16通过铰链3相连，与动平台11通过铰链8相连的连杆6。运动链5可保持动平台11相对于机座1的姿态，而运动链24能使来自直线电机2的动力作用于动平台11。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种线性驱动高速平面并联机械手，包括一个机座和一个动平台，其特征在于，在所述机座两侧分别设有与所述动平台连接的运动链；所述机座两侧的运动链关于机构中间平面对称，每个所述运动链包括两个并联等长的连杆，两个所述连杆与其端部的连接件和所述动平台形成相互铰接的平行四边形机构，所述连接件与直线电机连接，所述直线电机安装在所述机座上；所述机座上通过两个共轴销连接一个套筒，所述套筒内设有导向杆，所述导向杆与所述套筒通过滑移副连接，所述导向杆的下部通过铰链与所述动平台连接，所述导向杆位于两个所述平行四边形机构之间，且其轴线与两个所述平行四边形机构共面。
2.根据权利要求1所述的线性驱动高速平面并联机械手，其特征在于，所述连杆与其端部的连接件和所述动平台分别通过球铰链连接。
3.根据权利要求1所述的线性驱动高速平面并联机械手，其特征在于，所述连杆与其端部的连接件和所述动平台分别通过平面铰链连接。
4.根据权利要求1所述的线性驱动高速平面并联机械手，其特征在于，所述机座连接在其传动装置上。
5.根据权利要求1所述的线性驱动高速平面并联机械手，其特征在于，所述套筒内设有键槽，所述导向杆上设有与所述键槽适配的键。
6.一种线性驱动高速平面并联机械手，包括一个机座和一个动平台，其特征在于，在所述机座两侧分别设有与所述动平台连接的运动链；所述机座一侧的运动链包括两个并联等长的连杆，所述两个连杆与其端部的连接件和所述动平台形成相互铰接的平行四边形机构，所述机座另一侧的运动链包括一个连杆，所述一个连杆与其端部的连接件和所述动平台分别铰接，所述连接件与直线电机连接，所述直线电机安装在所述机座上，所有连杆等长；所述机座上通过两个共轴销连接一个套筒，所述套筒内设有导向杆，所述导向杆与所述套筒通过滑移副连接，所述导向杆的下部通过铰链与所述动平台连接，所述导向杆位于所述机座两侧的运动链之间，且其轴线与所述机座两侧的运动链共面。
7.根据权利要求6所述的线性驱动高速平面并联机械手，其特征在于，所述连杆与其端部的连接件和所述动平台分别通过球铰链连接。
8.根据权利要求6所述的线性驱动高速平面并联机械手，其特征在于，所述连杆与其端部的连接件和所述动平台分别通过平面铰链连接。
9.根据权利要求6所述的线性驱动高速平面并联机械手，其特征在于，所述机座连接在其传动装置上。
10.根据权利要求1所述的线性驱动高速平面并联机械手，其特征在于，所述套筒内设有键槽，所述导向杆上设有与所述键槽适配的键。
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