本實用新型屬于機械領(lǐng)域，涉及一種凸輪驅(qū)動的三自由度并聯(lián)機械手。

背景技術(shù)：

伴隨食品、醫(yī)藥、機械、電子等輕工業(yè)的快速發(fā)展，對于包裝、裝配、搬運等生產(chǎn)線的機械自動化方面提出越來越高的要求。高精度、高速度、高柔性機械手在電子、醫(yī)藥、食品、機械等生產(chǎn)線的包裝、裝配、搬運領(lǐng)域取得了重要應(yīng)用。

目前，該類機械手主要在發(fā)達國家的輕工、電子、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域發(fā)揮作用，并創(chuàng)造了巨大的社會價值。隨著國內(nèi)勞動力成本的上升，以機械代替人工趨勢必將不斷加強。而且隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化趨勢逐漸顯露，對于生產(chǎn)效率的追求也越來越明顯。所以，該類應(yīng)用型機械的開發(fā)在未來將具備強大的市場競爭力。

目前市場上的類似機械手為伺服電機驅(qū)動，對于三自由度的機械手至少有三個伺服電機，這就使成本增加、對電機的控制復(fù)雜，并且如果要求改變運動軌跡就需要重新編程，這對于使用人員的素質(zhì)要求也較高，如果僅應(yīng)用在簡單重復(fù)動作的工況下就顯得未盡其用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型提供了一種凸輪驅(qū)動的三自由度并聯(lián)機械手，能夠?qū)崿F(xiàn)空間三個方向平動的三自由度的高速并聯(lián)機械手。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

一種凸輪驅(qū)動的三自由度并聯(lián)機械手，包括定平臺、電機和動平臺；電機豎直安裝在定平臺上，三個凸輪圍繞電機周向等夾角安裝在定平臺上，定平臺下方安裝有分別與電機和三個凸輪連接的齒輪，三個分別與各凸輪連接的齒輪同時與和電機連接的齒輪嚙合；

動平臺位于定平臺下方，動平臺通過三套獨立的傳動機構(gòu)分別與定平臺上的三個凸輪連接，每套傳動機構(gòu)包括擺桿、大臂、連桿和小臂，擺桿、大臂均通過回轉(zhuǎn)副連接在定平臺上，并且只能繞回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動，擺桿與定平臺平行設(shè)置，滾子安裝在擺桿上，通過凸輪驅(qū)動擺桿擺動，大臂與定平臺平面交叉設(shè)置，連桿兩端設(shè)置有球頭，擺桿和大臂通過連桿連接，大臂與小臂一端鉸接，小臂另一端與動平臺鉸接；

電機驅(qū)動與其連接的齒輪轉(zhuǎn)動，同時與三個凸輪連接的齒輪同步轉(zhuǎn)動，由于凸輪輪廓的作用各自推動對應(yīng)的滾子移動，帶動擺桿、連桿、大臂、小臂同時運動，最終共同帶動且限制約束動平臺運動。

進一步，所述定平臺為圓盤形，繞圓盤圓周等間隔設(shè)有三個開槽，三個大臂分別通過回轉(zhuǎn)副安裝于開槽中。

進一步，分別與電機和三個凸輪連接的齒輪模數(shù)相同，且與三個凸輪分別連接的齒輪參數(shù)相同。

進一步，所述電機通過三支腳的電機安裝座固定在定平臺上。

進一步，所述小臂通過第二銷軸與動平臺連接，第二銷軸的安裝軸線與動平臺中心軸線的距離為150mm，三個小臂的安裝軸線位于同一平面上。

進一步，所述三個擺桿的長度均為400mm，其回轉(zhuǎn)軸線到電機軸線的距離為530mm，并且在圓周上均布彼此夾角120°。

進一步，所述大臂通過回轉(zhuǎn)副連接在定平臺上，大臂回轉(zhuǎn)副以上較長段長度為300mm，回轉(zhuǎn)副以下較短段長度為130mm。

本實用新型結(jié)合實際需求，通過分析實際工作時所需工位動作，利用機構(gòu)綜合方法創(chuàng)新設(shè)計出能夠?qū)崿F(xiàn)空間三個方向平動的三自由度的高速并聯(lián)機械手，以便與各種空間移動工序的實現(xiàn)，并且利用平面凸輪作為控制和驅(qū)動元件，主體采用并聯(lián)機構(gòu)，無需冗余驅(qū)動，電機和凸輪安裝在機架上，可有效減低構(gòu)件慣性和提高系統(tǒng)負(fù)載能力，可實現(xiàn)動平臺在工作空間內(nèi)大范圍平動。

本實用新型的機械手只由一個普通電機驅(qū)動，而將運動軌跡及運動規(guī)律通過計算編程固化在了驅(qū)動凸輪里，并且完成了不同運動軌跡及運動規(guī)律下凸輪的參數(shù)化設(shè)計，使得實際使用時只需要改變凸模型中關(guān)鍵參數(shù)的值即可實現(xiàn)相應(yīng)凸輪的設(shè)計，從而大大簡化了設(shè)計者和操作者的設(shè)計工作，只需要更換凸輪就可以獲得需要的運動軌跡。綜上所述，本實用新型具有結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、適應(yīng)性廣、控制簡單、成本低等優(yōu)點。

本實用新型具有結(jié)構(gòu)緊促、負(fù)載能力強、生產(chǎn)效率高、自動化程度高、重復(fù)誤差小、成本低、實用性強的特點。

附圖說明

圖1為本實用新型等軸測視圖；

圖2為本實用新型仰視圖；

圖3為本實用新型主視圖；

圖4為本實用新型俯視圖；

圖5為本實用新型兩位置提升搬運移動軌跡路線圖；

圖6為本實用新型三位置提升搬運移動軌跡路線圖；

圖7為本實用新型圓周移動軌跡路線圖；

圖中：定平臺1、電機2、擺桿3、小球頭鉸4、大球頭鉸5、大臂6、連桿7、第一凸輪8、第二凸輪9、第三凸輪10、電機安裝座11、聯(lián)軸器12、第一銷軸13、小臂14、動平臺15，滾子16、第二銷軸17、第一齒輪18、第二齒輪19、第三齒輪20、第四齒輪21。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細(xì)說明：

參見附圖1-4所示，本實用新型的凸輪驅(qū)動的三自由度并聯(lián)機械手，包括定平臺1、電機2、擺桿3、小球頭鉸4、大球頭鉸5、大臂6、連桿7、第一凸輪8、第二凸輪9、第三凸輪10、電機安裝座11、聯(lián)軸器12、第一銷軸13、小臂14、動平臺15，滾子16、第二銷軸17、第一齒輪18、第二齒輪19、第三齒輪20、第四齒輪21。

所述定平臺1為該設(shè)備的基體，可以根據(jù)實際需要安裝在工作現(xiàn)場，其他零部件都以它為參照進行安裝；所述第一凸輪8、第二凸輪9、第三凸輪10按照對應(yīng)確定位置安裝，并且三個凸輪位于相同平面內(nèi)周向均布兩兩之間夾角120°，所述三個凸輪均根據(jù)實際需求設(shè)計。

擺桿3、小球頭鉸4、大球頭鉸5、大臂6、連桿7、第一銷軸13、小臂14、滾子16、第二銷軸17，都有完全相同并且各自獨立的三套，第一齒輪18、第二齒輪19、第三齒輪20、第四齒輪21為相同模數(shù)的齒輪并且第一齒輪18、第二齒輪19、第四齒輪21為參數(shù)完全相同的齒輪，第三齒輪20大小可以與其他齒輪相同也可以根據(jù)實際傳動比進行設(shè)計。其中，擺桿3、大臂6均通過回轉(zhuǎn)副連接在定平臺上，并且只能繞回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動；所述連桿7通過小球頭鉸4、大球頭鉸5分別與擺桿3和大臂6相連；三個相同滾子16分別安裝在三個相同擺桿3上；小臂14分別通過第一銷軸13、第二銷軸17與大臂6及動平臺15相連；第一齒輪18、第二齒輪19、第四齒輪21分別與第一凸輪8、第二凸輪9、第三凸輪10固連并且通過旋轉(zhuǎn)副與定平臺連接，第三齒輪20通過聯(lián)軸器12與電機2相連，并且第三齒輪20同時與第一齒輪18、第二齒輪19、第四齒輪21相嚙合。

參見附圖5，動平臺15中心點的運動軌跡為：沿著圖示關(guān)鍵位置點a1、點a2、點a3、點a4依次循環(huán)移動，先從點a1處提升至點a2然后平移至點a3，接著下降至點a4，最后再原路返回置點1，完成一個運動周期，如此往復(fù)運動。附圖6中從點a1移動到a6及附圖7中圓周運動的運動軌跡同附圖5類似不再贅述。

作為本實用新型的優(yōu)選實施例，定平臺1為圓盤形，繞圓盤圓周等間隔設(shè)有三個開槽，三個大臂6分別通過回轉(zhuǎn)副安裝于開槽中，分別與電機2和三個凸輪連接的齒輪模數(shù)相同，且與三個凸輪分別連接的齒輪參數(shù)相同。

作為本實用新型的優(yōu)選實施例，所述電機2通過三支腳的電機安裝座11固定在定平臺1上。

作為本實用新型的優(yōu)選實施例，所述第一凸輪8、第二凸輪9、第三凸輪10的基圓半徑為140mm，厚度為30mm。

作為本實用新型的優(yōu)選實施例，所述三個擺桿3的長度為400mm，其回轉(zhuǎn)軸線到電機2軸線的距離為530mm，并且在圓周上均布彼此夾角120°。

作為本實用新型的優(yōu)選實施例，所述小臂14的長度為520mm。

作為本實用新型的優(yōu)選實施例，所述大臂6的較長段長度為300mm，較短段長度為130mm。

作為本實用新型的優(yōu)選實施例，所述連桿7的長度為200mm。

作為本實用新型的優(yōu)選實施例，所述第一銷軸13與第二銷軸17的長度為70mm。

作為本實用新型的優(yōu)選實施例，所述動平臺15上第二銷軸17的安裝軸線與動平臺中心軸線的距離為150mm，并且安裝軸線位于同一平面上。

作為本實用新型的優(yōu)選實施例，附圖5中所述動平臺15中心點的運動軌跡中點1至點2距離為200mm，點2至點3距離為400mm。

本實用新型的工作原理是：

電機2驅(qū)動第三齒輪20通過第一齒輪18、第二齒輪19、第四齒輪21帶動三個第一凸輪8、第二凸輪9、第三凸輪10同步轉(zhuǎn)動，由于凸輪輪廓的作用各自推動對應(yīng)的滾子16移動，帶動擺桿3、連桿7、大臂6、小臂14同時運動，并最終共同帶動且限制約束動平臺15的運動，限制了動平臺在空間中的移動路線和位置，在事先確定了動平臺的運動軌跡后，由運動軌跡及各桿長計算出三個凸輪的輪廓形狀，從而保證了動平臺運動軌跡的唯一性和正確性。

三個第一凸輪8、第二凸輪9、第三凸輪10旋轉(zhuǎn)一周，動平臺完成運動軌跡的一個循環(huán)，即如附圖5所示：首先從點a1位置豎直提升至點a2位置，沿點a2直線移動至點a3，接著從點a3豎直下降至點a4位置，然后原路返回至點a1位置。