一种并联机械手

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种并联机械手。

背景技术

空间三维平动二维转动的五自由度并联机构可满足测量、喷涂、搬运、装配等作业要求。

专利文献CN103350417A公开了一种可实现三维平动二维转动的并联机构，包括固定架和动平台，固定架上固接有五个驱动装置，动平台包括中心板和垂直地贯穿于中心板中心位置的摇杆，中心板与摇杆之间采用虎克铰转动连接，摇杆的上端固定有两个球头杆；固定架与中心板之间连接有三条第一支链，固定架与两个球头杆之间连接有两条第二支链；中心板在三条第一支链的带动下实现三维平动，摇杆在两条第二支链带动下通过虎克铰实现相对于中心板的二维转动，从而使摇杆既有三个平动自由度，又有两个转动自由度。

专利文献CN103350418A公开了一种高速五自由度并联机械手，包括固定架和动平台，固接在固定架上的五个驱动装置，以及五条结构相同的支链；每条支链由近架杆、上连接轴、两个平行且等长的远架杆和下连接轴构成一平行四边形结构；动平台包括水平布置的上平台和下平台，其中三条支链中的下连接轴设置在下平台上，另外两条支链中的下连接轴设置在上平台上，垂直于上、下平台贯穿的设置有一摇杆，摇杆与上、下平台之间均采用虎克铰转动连接；下平台在三条支链的带动下实现三维平动，上平台在摇杆和另外两条支链的共同作用下实现三维平动；虎克铰将上、下平台之间的相对移动转化为摇杆的二维转动，从而使摇杆既有三个平动自由度，又有两个转动自由度。

虽然以上结构紧凑，设计巧妙，但无法实现大转角范围的转动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种并联机械手。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种三平二转五自由度并联机构，包括固定架、主平台、副平台、大齿轮、小齿轮、吸盘、布置在固定架和主平台之间的第一支链和第三支链，布置在所述固定架与副平台之间的第二支链、第四支链和第五支链，所述主平台与副平台转动连接，所述小齿轮旋转的连接在副平台上，所述大齿轮与主平台固接，所述大齿轮和小齿轮相啮合；

所述第一支链和第三支链结构完全相同，每条支链均包括转动叉、主动臂驱动装置、主动臂、第一从动臂和第二从动臂，所述转动叉与固定架转动连接，所述主动臂驱动装置固接在转动叉上，所述主动臂的一端转动连接于对应支链的转动叉内，且与所述主动臂驱动装置的驱动端固接，主动臂的另一端的两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端连接，所述第一从动臂、第二从动臂的另一端均与主平台连接，每条支链中的第一从动臂与第二从动臂平行且等长；

所述第二支链、第四支链、第五支链结构完全相同，每条支链均包括主动臂驱动装置、主动臂、第一从动臂、第二从动臂、旋转接头，所述主动臂驱动装置固接在固定架上，所述主动臂的一端与固定架转动连接，且与所述主动臂驱动装置的驱动端固接，主动臂的另一端的两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端连接，所述第一从动臂、第二从动臂的另一端均与旋转接头连接，每条支链中的第一从动臂与第二从动臂平行且等长，所述旋转接头均与副平台转动连接；

连接所述第二支链旋转接头与副平台的转动轴线、连接所述第四支链旋转接头与副平台的转动轴线、连接所述第五支链旋转接头与副平台的转动轴线、连接所述主平台与副平台的转动轴线，连接所述小齿轮和副平台的转动轴线共五条轴线相互平行；

连接第一支链转动叉与其主动臂的转动轴线和连接第三支链转动叉与其主动臂的转动轴线平行，连接第一支链转动叉与固定架的转动轴线、连接第三支链转动叉与固定架的转动轴线、连接第二支链主动臂与固定架的转动轴线、连接第四支链主动臂与固定架的转动轴线、连接第五支链主动臂与固定架的转动轴线共五条轴线相互平行。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的三平二转五自由度并联机构结构紧凑、布局巧妙，即可实现大角度的摆动，又利用双平台结构实现末端旋转运动的放大；且驱动装置设置在固定架附近，有利于提高机构的动态响应特性，有利于实现高速和高加速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明支链的结构示意图；

图3为本发明旋转接头的结构示意图；

图4为本发明球接头的结构示意图；

图5为本发明齿轮传动的结构示意图。

图中编号所代表的含义为：1、固定架，2、主平台，3、副平台，4、大齿轮，5、小齿轮，6、吸盘，I、第一支链，II、第二支链，III、第三支链，Ⅳ、第四支链，Ⅴ、第五支链；

第一支链转动叉，13、第一支链主动臂驱动装置，14、第一支链主动臂，15、第一支链第一球接头，16、第一支链第二球接头，17、第一支链第一从动臂，18、第一支链第二从动臂，19、第一支链第三球接头，110、第一支链第四球接头，111、第一支链拉簧；

23、第二支链主动臂驱动装置，24、第二支链主动臂，25、第二支链第一球接头，26、第二支链第二球接头，27、第二支链第一从动臂，28、第二支链第二从动臂，29、第二支链第三球接头，210、第二支链第四球接头，211、第二支链拉簧，212、第二支链旋转接头；

第三支链转动叉，33、第三支链主动臂驱动装置，34、第三支链主动臂，35、第三支链第一球接头，36、第三支链第二球接头，37、第三支链第一从动臂，38、第三支链第二从动臂，39、第三支链第三球接头，310、第三支链第四球接头，311、第三支链拉簧；

第四支链主动臂驱动装置，44、第四支链主动臂，45、第四支链第一球接头，46、第四支链第二球接头，47、第四支链第一从动臂，48、第四支链第二从动臂，49、第四支链第三球接头，410、第四支链第四球接头，411、第四支链拉簧，412、第四支链旋转接头；

53、第五支链主动臂驱动装置，54、第五支链主动臂，55、第五支链第一球接头，56、第五支链第二球接头，57、第五支链第一从动臂，58、第五支链第二从动臂，59、第五支链第三球接头，510、第五支链第四球接头，511、第五支链拉簧，512、第五支链旋转接头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的一种三平二转五自由度并联机构，包括固定架1、主平台2、副平台3、大齿轮4、小齿轮5、吸盘6、布置在固定架1和主平台2之间的第一支链Ⅰ和第三支链Ⅲ，布置在所述固定架1与副平台3之间的第二支链Ⅱ、第四支链Ⅳ和第五支链Ⅴ，所述主平台2与副平台3转动连接，所述小齿轮5旋转的连接在副平台3上，所述大齿轮4与主平台2固接，所述大齿轮4和小齿轮5相啮合。

所述第一支链I和第三支链Ⅲ结构完全相同，每条支链均包括转动叉、主动臂驱动装置、主动臂、第一从动臂和第二从动臂，所述转动叉与固定架1转动连接，所述主动臂驱动装置固接在转动叉上，所述主动臂的一端转动连接于对应支链的转动叉内，且与所述主动臂驱动装置的驱动端固接，主动臂的另一端的两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端连接，所述第一从动臂、第二从动臂的另一端均与主平台2连接，每条支链中的第一从动臂与第二从动臂平行且等长；

所述第二支链Ⅱ、第四支链Ⅳ、第五支链Ⅴ结构完全相同，每条支链均包括主动臂驱动装置、主动臂、第一从动臂、第二从动臂、旋转接头，所述主动臂驱动装置固接在固定架1上，所述主动臂的一端与固定架转动连接，且与所述主动臂驱动装置的驱动端固接，主动臂的另一端的两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端连接，所述第一从动臂、第二从动臂的另一端均与旋转接头连接，每条支链中的第一从动臂与第二从动臂平行且等长，所述旋转接头均与副平台转动连接；

连接所述第二支链旋转接头212与副平台3的转动轴线、连接所述第四支链旋转接头412与副平台3的转动轴线、连接所述第五支链旋转接头512与副平台3的转动轴线、连接所述主平台2与副平台3的转动轴线，连接所述小齿轮5和副平台3的转动轴线共五条轴线相互平行；

连接第一支链转动叉12与其主动臂14的转动轴线和连接第三支链转动叉32与其主动臂34的转动轴线平行，连接第一支链转动叉12与固定架1的转动轴线、连接第三支链转动叉32与固定架1转动轴线、连接第二支链Ⅱ主动臂24与固定架1的转动轴线、连接第四支链主动臂44与固定架1的转动轴线、连接第五支链主动臂54与固定架1的转动轴线共五条轴线相互平行。

在第一支链I和第三支链Ⅲ中，主动臂与对应的第一从动臂之间通过第一球接头连接，主动臂与对应的第二从动臂之间通过第二球接头连接，第一从动臂与主平台2之间通过第三球接头连接，第二从动臂与主平台2之间通过第四球接头连接；

所述第一球接头和第二球接头均与主动臂固接；所述第三球接头和第四球接头均与主平台2固接；所述第一从动臂的一端与第一球接头球铰接，另一端与第三球接头球铰接；所述第二从动臂的一端与第二球接头球铰接，另一端与第四球接头球铰接；连接所述第一球接头球心和第二球接头球心的连线、连接第三球接头球心和第四球接头球心的连线、以及连接所述主动臂与转动叉的转动轴线相互平行；

在第二支链Ⅱ、第四支链Ⅳ、第五支链Ⅴ中，主动臂与对应的第一从动臂之间通过第一球接头连接，主动臂与对应的第二从动臂之间通过第二球接头连接，第一从动臂与旋转接头之间通过第三球接头连接，第二从动臂与旋转接头之间通过第四球接头连接；

所述第一球接头和第二球接头均与主动臂固接；所述第三球接头和第四球接头均与旋转接头固接；所述第一从动臂的一端与第一球接头球铰接，另一端与第三球接头球铰接；所述第二从动臂的一端与第二球接头球铰接，另一端与第四球接头球铰接；连接所述第一球接头球心和第二球接头球心的连线、连接第三球接头球心和第四球接头球心的连线、以及连接所述主动臂与固定架(1)的转动轴线相互平行。

在五条支链中，所述第一从动臂和对应的第二从动臂之间设有两个拉簧，其内部有弹簧，用于约束两条从动臂，实现球接头与球碗的连接，所述拉簧的一端与第一从动臂转动连接，另一端与第二从动臂转动连接；

在第一支链Ⅰ和第三支链Ⅲ中，过拉簧与第一从动臂的转动中心和拉簧与第二从动臂的转动中心的轴线，同连接主动臂与转动叉的转动轴线相互平行；在第二支链Ⅱ、第四支链Ⅳ和第五支链Ⅴ中，过拉簧与第一从动臂的转动中心和拉簧与第二从动臂的转动中心的轴线，同连接主动臂与固定架1的转动轴线相互平行。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：

实施例1

结合图1～图5，一种三平二转五自由度并联机构，包括固定架1、主平台2、副平台3、大齿轮4、小齿轮5、吸盘6、布置在固定架1和主平台2之间的第一支链Ⅰ和第三支链Ⅲ，布置在所述固定架1与副平台3之间的第二支链Ⅱ、第四支链Ⅳ和第五支链Ⅴ，所述主平台2与副平台3转动连接，所述小齿轮5旋转的连接在副平台3上，所述大齿轮4与主平台2固接，所述大齿轮4和小齿轮5相啮合。

所述第一支链I和第三支链Ⅲ结构完全相同，每条支链均包括转动叉、主动臂驱动装置、主动臂、第一从动臂和第二从动臂，所述转动叉与固定架1转动连接，所述主动臂驱动装置固接在转动叉上，所述主动臂的一端转动连接于对应支链的转动叉内，且与所述主动臂驱动装置的驱动端固接，主动臂的另一端的两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端连接，所述第一从动臂、第二从动臂的另一端均与主平台2连接，每条支链中的第一从动臂与第二从动臂平行且等长；连接第一支链转动叉12与其主动臂14的转动轴线和连接第三支链转动叉32与其主动臂34的转动轴线平行，连接第一支链转动叉12与固定架1的转动轴线和连接第三支链转动叉32与固定架1转动轴线平行；

所述主动臂与对应的第一从动臂之间通过第一球接头连接，主动臂与对应的第二从动臂之间通过第二球接头连接，第一从动臂与主平台2之间通过第三球接头连接，第二从动臂与主平台2之间通过第四球接头连接；

所述第一球接头和第二球接头均与主动臂固接；所述第三球接头和第四球接头均与主平台2固接；所述第一从动臂的一端与第一球接头球铰接，另一端与第三球接头球铰接；所述第二从动臂的一端与第二球接头球铰接，另一端与第四球接头球铰接；连接所述第一球接头球心和第二球接头球心的连线、连接第三球接头球心和第四球接头球心的连线、以及连接所述主动臂与转动叉的转动轴线相互平行；

所述第二支链Ⅱ、第四支链Ⅳ、第五支链Ⅴ结构完全相同，每条支链均包括主动臂驱动装置、主动臂、第一从动臂、第二从动臂、旋转接头，所述主动臂驱动装置固接在固定架1上，所述主动臂的一端与固定架转动连接，且与所述主动臂驱动装置的驱动端固接，主动臂的另一端的两侧分别与第一从动臂、第二从动臂的一端连接，所述第一从动臂、第二从动臂的另一端均与旋转接头连接，每条支链中的第一从动臂与第二从动臂平行且等长，所述旋转接头均与副平台转动连接；连接第二支链Ⅱ主动臂24与固定架1的转动轴线、连接第四支链主动臂44与固定架1的转动轴线和连接第五支链主动臂54与固定架1的转动轴线共三条轴线相互平行；

连接所述第二支链旋转接头212与副平台3的转动轴线、连接所述第四支链旋转接头412与副平台3的转动轴线、连接所述第五支链旋转接头512与副平台3的转动轴线、连接所述主平台2与副平台3的转动轴线，连接所述小齿轮5和副平台3的转动轴线共五条轴线相互平行；

所述主动臂与对应的第一从动臂之间通过第一球接头连接，主动臂与对应的第二从动臂之间通过第二球接头连接，第一从动臂与旋转接头之间通过第三球接头连接，第二从动臂与旋转接头之间通过第四球接头连接；

所述第一球接头和第二球接头均与主动臂固接；所述第三球接头和第四球接头均与旋转接头固接；所述第一从动臂的一端与第一球接头球铰接，另一端与第三球接头球铰接；所述第二从动臂的一端与第二球接头球铰接，另一端与第四球接头球铰接；连接所述第一球接头球心和第二球接头球心的连线、连接第三球接头球心和第四球接头球心的连线、以及连接所述主动臂与固定架(1)的转动轴线相互平行。

在五条支链中，所述第一从动臂和对应的第二从动臂之间设有两个拉簧，其内部有弹簧，用于约束两条从动臂，实现球接头与球碗的连接，所述拉簧的一端与第一从动臂转动连接，另一端与第二从动臂转动连接；

在第一支链Ⅰ和第三支链Ⅲ中，过拉簧与第一从动臂的转动中心和拉簧与第二从动臂的转动中心的轴线，同连接主动臂与转动叉的转动轴线相互平行；在第二支链Ⅱ、第四支链Ⅳ和第五支链Ⅴ中，过拉簧与第一从动臂的转动中心和拉簧与第二从动臂的转动中心的轴线，同连接主动臂与固定架1的转动轴线相互平行。

由上可知，本发明的并联机构结构紧凑，布局巧妙，可实现大转角范围的转动，同时动平台采用双平台结构，实现了末端旋转运动的放大；且驱动装置设置在固定架附近，有利于提高机构的动态响应特性，有利于实现高速和高加速度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。