一種三平移高速分揀并聯(lián)機(jī)械手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于食品、醫(yī)藥加工等輕工行業(yè)中普遍存在的諸如流水線分揀、制造以及產(chǎn)品包裝等大量重復(fù)性操作能夠?qū)崿F(xiàn)抓取運(yùn)動(dòng)的一種三平移高速分揀并聯(lián)機(jī)械手。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，工業(yè)加工制造向著規(guī)?；⒓s化發(fā)展，加快工業(yè)智能機(jī)器人的部署是國(guó)家未來(lái)新型工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。在食品加工、醫(yī)藥生產(chǎn)等輕工行業(yè)中，普遍存在著諸如材料分揀、拾取以及產(chǎn)品包裝等大量的重復(fù)性高強(qiáng)度操作。以往，此類(lèi)操作通常均由人工來(lái)完成，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且不可避免的會(huì)造成不同程度的污染。隨著市場(chǎng)需求的發(fā)展，并聯(lián)機(jī)器人得到了發(fā)展，高效的自動(dòng)化生產(chǎn)能力滿足了當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)環(huán)境。與傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)器人相比，并聯(lián)機(jī)器人因采用閉環(huán)并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此具有剛度大，承載能力強(qiáng)，精度高等優(yōu)點(diǎn)，從而開(kāi)始逐漸取代串聯(lián)機(jī)器人。這類(lèi)高速并聯(lián)機(jī)械手當(dāng)中最具有代表性的當(dāng)屬Clavel博士于1985年發(fā)明的Delta機(jī)構(gòu)。該機(jī)械手采用外轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)和平行四邊形支鏈結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的高速三維平動(dòng)。為了突破Delta機(jī)器人的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)進(jìn)一步增加拾取動(dòng)作的柔性并提高效率，Pierrot等提出了具有四支鏈、雙動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)特征的H4并聯(lián)機(jī)械手，并將其成功的商品化。H4型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出運(yùn)動(dòng)是由其雙動(dòng)平臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，滿足了生產(chǎn)線上對(duì)于分揀的應(yīng)用需求，但該機(jī)構(gòu)的雙動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)增加了其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，進(jìn)而導(dǎo)致了復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，對(duì)高速高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特性產(chǎn)生了不利影響，不利于生產(chǎn)效率的發(fā)展，同時(shí)，H4型并聯(lián)機(jī)構(gòu)由四個(gè)由轉(zhuǎn)動(dòng)副為主驅(qū)動(dòng)，不僅存在奇異位型，且工作空間大小有限。
[0003]在國(guó)外，抓取并聯(lián)機(jī)器人的研究與發(fā)展已經(jīng)廣泛應(yīng)用的到工業(yè)，軍事，醫(yī)療，智能生活等各個(gè)領(lǐng)域。在中國(guó)，分揀并聯(lián)機(jī)構(gòu)有著巨大的發(fā)展空間，是新世紀(jì)中國(guó)實(shí)現(xiàn)飛躍發(fā)展的不可忽視的巨大動(dòng)力。中國(guó)需要發(fā)展高性能并聯(lián)機(jī)器人，來(lái)突破國(guó)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重重限制。
[0004]因此，需要發(fā)明新穎的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且具有較好移動(dòng)抓取能力的高效分揀并聯(lián)機(jī)械手，提高生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:基于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種三平移高速分揀并聯(lián)機(jī)械手。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的一個(gè)技術(shù)方案是:一種三平移高速分揀并聯(lián)機(jī)械手，包括一個(gè)定平臺(tái)、一個(gè)動(dòng)平臺(tái)以及連接在定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間的三條支鏈，第一支鏈包括依次連接的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一驅(qū)動(dòng)臂、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、連桿、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一連接件、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)底部連接，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)頂部連接，連桿包括并排設(shè)置的左連桿、右連桿，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副包括連接第一驅(qū)動(dòng)臂與左連桿的第二左轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接第一驅(qū)動(dòng)臂與右連桿的第二右轉(zhuǎn)動(dòng)副，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副包括連接左連桿與第一連接件的第三左轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接右連桿與第一連接件的第三右轉(zhuǎn)動(dòng)副；
[0007]第二支鏈與第一支鏈結(jié)構(gòu)相同并對(duì)稱(chēng)設(shè)置于定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)兩側(cè)，第三支鏈處于第一支鏈、第二支鏈之間的定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)中央；
[0008]第三支鏈包括依次連接的第一移動(dòng)副、第二驅(qū)動(dòng)臂、第五轉(zhuǎn)動(dòng)副、連臂、第六轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二連接件、第二移動(dòng)副，第一移動(dòng)副與定平臺(tái)底部連接，第二移動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)頂部連接，連臂包括并排設(shè)置的左連臂、右連臂，第五轉(zhuǎn)動(dòng)副包括連接第二驅(qū)動(dòng)臂與左連臂的第五左轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接第二驅(qū)動(dòng)臂與右連臂的第五右轉(zhuǎn)動(dòng)副，第六轉(zhuǎn)動(dòng)副包括連接左連臂與第二連接件的第六左轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接右連臂與第二連接件的第六右轉(zhuǎn)動(dòng)副；
[0009]第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈分別與定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，通過(guò)三個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的三維平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
[0010]進(jìn)一步地，定平臺(tái)與第一支鏈、第二支鏈之間的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行，第三支鏈的閉環(huán)支路里的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與第一支鏈、第二支鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行。
[0011]進(jìn)一步地，第一移動(dòng)副的軸線方向平行于第一支鏈、第二支鏈的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線方向，第二移動(dòng)副的軸線方向垂直于動(dòng)平臺(tái)平面。
[0012]進(jìn)一步地，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副和第一移動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
[0013]三平移高速分揀并聯(lián)機(jī)械手，具有三個(gè)自由度，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的定平臺(tái)固定在機(jī)架上，第一支鏈、第二支鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)副由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，第三支鏈的移動(dòng)副由旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)皮帶驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)后，第三支鏈的移動(dòng)副在導(dǎo)軌上做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，第一支鏈、第二支鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。三條支鏈同時(shí)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三平移的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)可知，整個(gè)機(jī)構(gòu)由三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)其三個(gè)自由度，擁有較大的工作空間，具有弱耦合、外形對(duì)稱(chēng)、相對(duì)簡(jiǎn)潔的運(yùn)動(dòng)學(xué)以及更好的高速高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)三個(gè)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)工作，實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的三維平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、弱耦合、運(yùn)動(dòng)學(xué)相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，其單平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征有利于實(shí)現(xiàn)高速高加速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，通過(guò)移動(dòng)副驅(qū)動(dòng)改善了H4機(jī)構(gòu)全部用轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)可能存在的運(yùn)動(dòng)死點(diǎn)位置問(wèn)題，同時(shí)增大了工作空間，且簡(jiǎn)單易裝配，應(yīng)用于分揀生廣線時(shí)易于實(shí)現(xiàn)尚速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而可有效提尚生廣效率；
[0015]與現(xiàn)有的其他分揀并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比較，本并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有的優(yōu)點(diǎn)有:
[0016](I)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝、承載能力強(qiáng)、工作空間大、易于控制；(2)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)布置，外形美觀，機(jī)構(gòu)重心平衡，具有少弱耦合、輸入少的特性；(3)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)適用領(lǐng)域廣泛，可用于流水線上的分揀、裝配、制造以及醫(yī)療機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床、智能家居、傳感器生產(chǎn)等。
【附圖說(shuō)明】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明帶有機(jī)架的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0020]圖3是本發(fā)明帶有機(jī)架的結(jié)構(gòu)示意圖二。
[0021 ]其中:1.第一支鏈，2.第二支鏈，3.第三支鏈，4.定平臺(tái)，5.動(dòng)平臺(tái)，11.第一轉(zhuǎn)動(dòng)副，12.第一驅(qū)動(dòng)臂，131.第二左轉(zhuǎn)動(dòng)副，132.第二右轉(zhuǎn)動(dòng)副，141.左連桿，142.右連桿，151.第三左轉(zhuǎn)動(dòng)副，152.第三右轉(zhuǎn)動(dòng)副，16.第一連接件，17.第四轉(zhuǎn)動(dòng)副，31.第一移動(dòng)副，32.第二驅(qū)動(dòng)臂，331.第五左轉(zhuǎn)動(dòng)副，332.第五右轉(zhuǎn)動(dòng)副，341.左連臂，342.右連臂，351.第六左轉(zhuǎn)動(dòng)副，352.第六右轉(zhuǎn)動(dòng)副，36.第二連接件，37.第二移動(dòng)副。
【具體實(shí)施方式】
[0022]現(xiàn)在結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，以下實(shí)施例旨在說(shuō)明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。
[0023]如圖1?3所示的一種三平移高速分揀并聯(lián)機(jī)械手，包括一個(gè)定平臺(tái)4、一個(gè)動(dòng)平臺(tái)5以及連接在定平臺(tái)4和動(dòng)平臺(tái)5之間的三條支鏈，第一支鏈I包括依次連接的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副
11、第一驅(qū)動(dòng)臂12、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、連桿、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一連接件16、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副17，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副11與定平臺(tái)底部連接，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副17與動(dòng)平臺(tái)5頂部連接，連桿包括并排設(shè)置的左連桿141、右連桿142，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副包括連接第一驅(qū)動(dòng)臂12與左連桿141的第二左轉(zhuǎn)動(dòng)副131、連接第一驅(qū)動(dòng)臂12與右連桿142的第二右轉(zhuǎn)動(dòng)副132，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副包括連接左連桿141與第一連接件16的第三左轉(zhuǎn)動(dòng)副151、連接右連桿