CN104552235A - 一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手 - Google Patents

Abstract

一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手，包括并联的两个可控微调四杆机构闭环子链、一个串联的执行机构子链和一个可移动平台。所述四杆机构闭环子链可控制第一连杆所在四杆机构闭环子链所在平面内运动，第一连杆、机身和可移动平台的运动可实现动平台的空间运动。本发明通过两个闭环子链和第一连杆的合成运动实现控制，第一连杆第二连杆和机身的连接，从而实现末端执行器的空间运动，并且具有移动功能，使机器人拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，在代替人从事危险、恶劣环境下作业和人所不及的环境作业方面，有更大的机动性、灵活性，能作用于更多的场合。

Description

一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手。

背景技术

移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。

传统的串联机器人具有结构简单、成本低、工作空间大等优点，相对而言串联机器人刚度低，不能应用于高速，大承载的场合；并联机器人和传统的串联机器人相比较，具有无累积误差、精度较高、结构紧凑、承载能力大、刚度高且末端执行器惯性小等特点，驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；但是并联机器人的明显缺点是工作空间小和结构复杂。工程上现有的带有局部闭链的操作机如MOTOMAN-K10并没有解决工业机器人存在的问题，而含有对称机构式的闭环子链的并联机器人的性能比一般的并联机构更加优越，具有工作空间大、刚度高、承载能力强、惯量小和末端执行器精度高等优点，能应用在焊接、喷涂、搬运、装卸、装配、码垛等复杂作业中，有效的的提高劳动效率，在产品质量和稳定性方面有很大提高。采用圆柱坐标型和关节坐标型的机械手能有效而快捷的对末端机构进行控制，并且这种机构结构刚度好、机械传动精度高、工作空间大、机械传动损耗小、无累积误差能输出较大的动力，具有有良好的控制功能。此含并联闭环子链的机器人采用间接驱动方式，还能有效的减小驱动关节所需要的力矩。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手，解决传统串联机器人关于所需力矩大，刚度低和工作空间小的缺点。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手，包括可移动平台、机身、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连杆及末端执行器，

机身下端通过第一转动副连接在可移动平台上，机身上端通过第二转动副与第一连杆的第一连接端连接；第一连杆第二连接端设有第四转动副，第一连杆第三连接端上设有第三转动副；

第二连杆一端连接在第三转动副上，第二连杆另一端通过第五转动副与第四连杆一端连接，第四连杆另一端通过第七转动副与第三连杆一端连接，第三连杆另一端连接在第四转动副上；

第九连杆一端连接在第三转动副上，第九连杆另一端通过第六转动副与第五连杆一端连接，第五连杆另一端通过第八转动副与第十连杆一端连接，第十连杆另一端连接在第四转动副上；

第六连杆一端刚性连接在第四转动副的转轴侧壁上，第六连杆另一端通过第九转动副与第七连杆一端连接，第七连杆另一端通过第十转动副与第八连杆一端连接，第八连杆另一端通过第十一转动副与末端执行器连接。

所述第一转动副垂直于可移动平台；所述第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副与第八转动副旋转轴线相互平行。

所述第三连杆与第十连杆分别固定连接在第四转动副的转轴两端；第二连杆与第九连杆分别固定连接在第三转动副的转轴两端。

本发明的突出优点在于：

1、机器人安装在移动平台上，这种结构使机器人拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，这是它优于移动机器人和传统的机器人；

2、通过两个并联闭环子链，提高了机器人机构的刚度，并且闭环子链机构式的设计大大提高机器人的工作空间，能避免机构的死点位置，并且能使机构更好的保持平衡，能使机器人机构承受更大的力和力矩；

3、与传统的电机是安装在每个关节处的工业机器人相比，机构通过两个并联闭环子链连接的机器人的电机是安装在第六连杆上，通过第六连接驱动闭环链运动，从而间接驱动第十一连杆，使末端执行器的活动度和活动空间更大，能减小能动力矩；

4、与同类型的机器人机构相比较，相同功率下做的功更多；

5、电机安装在第三连杆的后面，降低了整个机构的重心，而且可以安装功率较大的电机在机构上，使末端执行器可以适应在焊接、喷涂、搬运、装卸、装配、码垛等复杂作业中；

6、机器人机构在末端执行器由机构式控制，能使精度更高；

7、可移动平台1、机身2和第一连杆3在所在平面内的运动可实现末端执行器11的空间运动。

附图说明

图1为本发明所述空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手的结构示意图。

图2为本发明所述空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手的可移动平台结构示意图。

图3为本发明所述空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手的机身结构示意图。

图4为本发明所述空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手的第一连杆示意图。

图5为本发明所述空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手的第二连杆示意图。

图6为本发明所述空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手的第三连杆示意图。

图7为本发明所述空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手的第七连杆示意图。

图8为本发明所述空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手的第八连杆示意图。

图9为本发明所述空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手的另一视角示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手，包括可移动平台1、机身2、第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第四连杆6、第五连杆7、第六连杆8、第七连杆9、第八连杆10、第九连杆25、第十连杆26及末端执行器11，

机身2下端通过第一转动副17连接在可移动平台1上，机身2上端通过第二转动副18与第一连杆3的第一连接端31连接；第一连杆3第二连接端32设有第四转动副20，第一连杆3第三连接端33上设有第三转动副19；

第二连杆4一端连接在第三转动副19上，第二连杆4另一端通过第五转动副13与第四连杆6一端连接，第四连杆6另一端通过第七转动副14与第三连杆5一端连接，第三连杆5另一端连接在第四转动副20上；

第九连杆25一端连接在第三转动副19上，第九连杆25另一端通过第六转动副12与第五连杆7一端连接，第五连杆7另一端通过第八转动副15与第十连杆26一端连接，第十连杆26另一端连接在第四转动副20上；

第六连杆8一端刚性连接在第四转动副20的转轴侧壁上，第六连杆8另一端通过第九转动副22与第七连杆9一端连接，第七连杆9另一端通过第十转动副16与第八连杆10一端连接，第八连杆10另一端通过第十一转动副23与末端执行器11连接。

所述第一转动副17垂直于可移动平台1；所述第二转动副18、第三转动副19、第四转动副20、第五转动副13、第六转动副12、第七转动副14与第八转动副15旋转轴线相互平行。

所述第三连杆5与第十连杆26分别固定连接在第四转动副20的转轴两端；第二连杆4与第九连杆25分别固定连接在第三转动副19的转轴两端。

Claims (3)

1.一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手，包括可移动平台、机身、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连杆及末端执行器，其特征在于，

机身下端通过第一转动副连接在可移动平台上，机身上端通过第二转动副与第一连杆的第一连接端连接；第一连杆第二连接端设有第四转动副，第一连杆第三连接端上设有第三转动副；

第二连杆一端连接在第三转动副上，第二连杆另一端通过第五转动副与第四连杆一端连接，第四连杆另一端通过第七转动副与第三连杆一端连接，第三连杆另一端连接在第四转动副上；

第九连杆一端连接在第三转动副上，第九连杆另一端通过第六转动副与第五连杆一端连接，第五连杆另一端通过第八转动副与第十连杆一端连接，第十连杆另一端连接在第四转动副上；

第六连杆一端刚性连接在第四转动副的转轴侧壁上，第六连杆另一端通过第九转动副与第七连杆一端连接，第七连杆另一端通过第十转动副与第八连杆一端连接，第八连杆另一端通过第十一转动副与末端执行器连接。

2.如权利要求1所述的空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手，其特征在于，所述第一转动副垂直于可移动平台；所述第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副与第八转动副旋转轴线相互平行。

3.如权利要求1所述的空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动机械手，其特征在于，所述第三连杆与第十连杆分别固定连接在第四转动副的转轴两端；第二连杆与第九连杆分别固定连接在第三转动副的转轴两端。