專利名稱：一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的三自由度多環(huán)耦合工作裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連桿工作裝置，特別是一種多環(huán)耦合連桿工作裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)構(gòu)是機(jī)器裝備的核心，機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新一直是機(jī)器裝備創(chuàng)新的關(guān)鍵，開發(fā)相應(yīng)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)構(gòu)對提高我國機(jī)械裝備的科技水平核心競爭力非常重要。實(shí)現(xiàn)挖掘、 抓取、搬運(yùn)等功能工作裝置，應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)較為普遍。傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)械手，工作空間大，但承載能力低，只能抓取、搬運(yùn)一些較輕的物體。相反，并聯(lián)機(jī)械手工作空間小，但承載能力高。 由于串聯(lián)和并聯(lián)機(jī)械手的優(yōu)勢有互補(bǔ)性，如果能有效的結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)來設(shè)計(jì)出混聯(lián)機(jī)械手，或者說是多環(huán)耦合機(jī)構(gòu)，那么這種機(jī)械手的性能會更優(yōu)越。中國專利CN2010105897^. 4 涉及一種四自由度混聯(lián)機(jī)器人，它由底座和一個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)、與之并聯(lián)的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度轉(zhuǎn)頭結(jié)構(gòu)以及安裝在所述轉(zhuǎn)頭結(jié)構(gòu)上支撐架的末端執(zhí)行器構(gòu)成。中國專利CN20111004^34. 5公開了一種四自由度混聯(lián)解耦機(jī)械手，包括底座、導(dǎo)軌、 滑塊、大轉(zhuǎn)臂及二自由度平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)操作手，運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解求解容易，且控制解耦性好、 工作空間大、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)靈活、制造成本低，能實(shí)現(xiàn)空間四自由度的操作或加工。然而， 現(xiàn)有的混聯(lián)機(jī)械手大多不是基于重載來設(shè)計(jì)的，不適用于重載物體的搬運(yùn)工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種剛度較高、承載能力強(qiáng)、工作空間大的具有冗余驅(qū)動(dòng)的三自由度多環(huán)耦合工作裝置。底座上有平行對稱的基座，其一端的一對基座通過鉸鏈與大臂一端連接，該大臂的另一端通過鉸鏈與小臂的一端連接，該小臂的另一端通過鉸鏈與末端執(zhí)行器的一個(gè)部位連接；一對搖桿通過鉸鏈分別連接在大臂中部的兩側(cè)，該一對搖桿上分別通過鉸鏈連接一對第一驅(qū)動(dòng)油缸的缸套端部、一對第二驅(qū)動(dòng)油缸的缸套的端部、一對第三驅(qū)動(dòng)油缸的缸套的端部，上述三個(gè)鉸接在搖桿上呈三角形分布；上述第一驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿端部通過鉸鏈連接在底座中部的一對基座上，上述第二驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿端部通過鉸鏈連接在底座中部的另一對基座上，上述第三驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿端部通過鉸鏈連接在末端執(zhí)行器的另一個(gè)部位上；一對第四驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿端部通過鉸鏈連接在小臂中部， 該第四驅(qū)動(dòng)油缸的缸套端部通過鉸鏈連接在底座另一端的基座上，該一對第四驅(qū)動(dòng)油缸可以用一個(gè)規(guī)格較大的油缸代替。上述四對油缸的活塞桿和缸套的位置可以互換。本發(fā)明從底座到末端執(zhí)行器是由兩個(gè)對稱的平面機(jī)構(gòu)組成，在每個(gè)平面機(jī)構(gòu)中， 末端執(zhí)行器到底座的自由度都是3，而每個(gè)平面機(jī)構(gòu)都采用了四個(gè)油缸進(jìn)行冗余驅(qū)動(dòng)。在保證桿件數(shù)目和桿件之間相互連接關(guān)系不變的情況下，具體使用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)。本機(jī)構(gòu)和現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)承載能力高，工作空間大，能應(yīng)用于多種機(jī)械裝備。(2)冗余驅(qū)動(dòng)不僅提高了機(jī)構(gòu)的承載能力，而且可以優(yōu)化輸入力，改善機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)性，此外，還增強(qiáng)了機(jī)構(gòu)消除奇異位形的能力。(4)結(jié)構(gòu)解耦，運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力求解容易，易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。


圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖。圖2是本發(fā)明挖掘使用狀態(tài)的立體示意簡圖。圖3是本發(fā)明抓取使用狀態(tài)的立體示意簡圖。圖4是本發(fā)明用一個(gè)第四驅(qū)動(dòng)油缸的立體示意簡圖。附圖中1-底座、2-大臂、3-第一驅(qū)動(dòng)油缸、4-搖桿、5-小臂、6-末端執(zhí)行器、7-第三驅(qū)動(dòng)油缸、8-第四驅(qū)動(dòng)油缸、9-第二驅(qū)動(dòng)油缸。
具體實(shí)施例方式
在圖1所示的一種三自由度冗余驅(qū)動(dòng)多環(huán)耦合連桿工作裝置的立體示意簡圖中，底座 1上有平行對稱的基座，其一端的一對基座通過鉸鏈Rl與大臂2下端連接，該大臂的上端通過鉸鏈R5與小臂5的一端連接，該小臂的另一端通過鉸鏈R7與末端執(zhí)行器6的一個(gè)部位連接；一對搖桿4通過鉸鏈R3分別連接在大臂中部的兩側(cè)；該一對搖桿上分別通過鉸鏈R2 連接一對第一驅(qū)動(dòng)油缸3的缸套端部、通過鉸鏈R12連接一對第二驅(qū)動(dòng)油缸9的缸套端部、 通過鉸鏈R4連接一對第三驅(qū)動(dòng)油缸7的缸套端部，上述三個(gè)鉸接在搖桿上呈三角形分布； 上述第一驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿端部通過鉸鏈Rll連接在底座中部的一對基座上，上述第二驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿端部通過鉸鏈RlO連接在底座中部的另一對基座上，上述第三驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿端部通過鉸鏈R8連接在末端執(zhí)行器的另一個(gè)部位上；一對第四驅(qū)動(dòng)油缸8的活塞桿端部通過鉸鏈R6連接在小臂中部，該第四驅(qū)動(dòng)油缸的缸套端部通過鉸鏈R9連接在底座另一端的基座上，該第四驅(qū)動(dòng)油缸可采用一個(gè)規(guī)格較大的驅(qū)動(dòng)油缸，如圖4所示。在圖2所示的本發(fā)明挖掘使用狀態(tài)立體示意簡圖中，末端執(zhí)行器為鏟斗結(jié)構(gòu)，其它桿件連接關(guān)系與圖1相同。在圖3所示的本發(fā)明抓取使用狀態(tài)立體示意簡圖中，末端執(zhí)行器為抓手裝卡結(jié)構(gòu)，其它桿件連接關(guān)系與圖1相同。
權(quán)利要求
1.一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的三自由度多環(huán)耦合工作裝置，其特征在于底座(1)設(shè)上有平行對稱的基座，其一端的一對基座通過鉸鏈與大臂(2) —端連接，該大臂(2)的另一端通過鉸鏈與小臂(5)的一端連接，該小臂(5)的另一端通過鉸鏈與末端執(zhí)行器(6)的一個(gè)部位連接；一對搖桿(4)通過鉸鏈分別連接在大臂中部的兩側(cè)，該一對搖桿(4)上分別通過鉸鏈連接一對第一驅(qū)動(dòng)油缸(3)的缸套端部、一對第二驅(qū)動(dòng)油缸(9)的缸套端部和一對第三驅(qū)動(dòng)油缸(7)的缸套端部，上述三個(gè)鉸接在搖桿(4)上呈三角形分布；上述第一驅(qū)動(dòng)油缸(3)的活塞桿端部通過鉸鏈連接在底座(1)中部的一對基座上，上述第二驅(qū)動(dòng)油缸(9)的活塞桿端部通過鉸鏈連接在底座(1)中部的另一對基座上，上述第三驅(qū)動(dòng)油缸(7)的活塞桿端部通過鉸鏈連接在末端執(zhí)行器(6)的另一個(gè)部位上；一對第四驅(qū)動(dòng)油缸(8)的活塞桿端部通過鉸鏈連接在小臂(5)中部，該第四驅(qū)動(dòng)油缸(8)的缸套端部通過鉸鏈連接在底座(1)另一端的基座上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的三自由度多環(huán)耦合工作裝置，其特征在于一對第四驅(qū)動(dòng)油缸(8)可以用一個(gè)規(guī)格較大的油缸代替。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的三自由度多環(huán)耦合工作裝置，其特征在于上述四對油缸的活塞桿和缸套的位置可以互換。
全文摘要
一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的三自由度多環(huán)耦合工作裝置，底座上設(shè)有平行對稱的基座，其一端的一對基座與大臂下端鉸接，該大臂上端與小臂的一端鉸接，該小臂的另一端與末端執(zhí)行器鉸接；搖桿通過鉸鏈連接在大臂中部，該搖桿上分別連接第一驅(qū)動(dòng)油缸的缸套端部、第二驅(qū)動(dòng)油缸的缸套的端部、第三驅(qū)動(dòng)油缸的缸套的端部，上述第一驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿鉸接在底座中部的基座上，上述第二驅(qū)動(dòng)油缸活塞桿與底座中部的另一基座鉸接，上述第三驅(qū)動(dòng)油缸活塞桿與末端執(zhí)行器鉸接；第四驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿與小臂中部鉸接，該小臂油缸的缸套與底座另一端的基座鉸接。該發(fā)明具有工作空間大、承載能力高，能夠消除奇異位形等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B25J18/02GK102528820SQ20111044428
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者丁華鋒, 曹宇, 曹文熬, 楊鳳霞, 陳誼超 申請人:燕山大學(xué)