技术领域
[0001] 本
发明涉及一种机械手腕摇摆头，更为特别地，本发明涉及一种平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头。
背景技术
[0002] 机械手腕摇摆头主要应用于机床加工领域，尤其是加工一些复杂镂空
工件时，传统的机床根本无法加工，而采用3D打印技术则难以满足工件的一些机械特性。目前市面上多采用
串联式
机器人进行加工，但这种串联式机器人传动链较长，累计误差较大，导致加工
精度不高，且加工一些稍硬材质的工件时
刚度较差，进一步降低了串联式机器人的加工精度，无法应用于高精度加工领域。
[0003] 因此，提出一种平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头，以克服
现有技术的
缺陷。
发明内容
[0004] 针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头，其包括安装架、伸出体、动平台、U座、电
主轴、直线驱动单元、伸出筒、锥形套、调紧
块以及
连接杆；所述伸出体为一个含有三个120°均布圆形导向孔的筒，伸出体安装在安装架中，且伸出体能在安装架中做轴向移动；三个伸出筒安装在伸出体的三个圆形导向孔中；三个锥形套安装在三个伸出筒的锥形面上，且锥形套的内圆锥面与伸出筒的锥形面贴紧，同时，三个锥形套的外圆柱面还与伸出体的三个圆形导向孔贴紧，且锥形套能在伸出体的三个圆形导向孔中发生相对转动和轴向的相对移动；调紧块通过
螺纹副安装在伸出筒上，并与锥形套端面贴紧；连接杆的一端通过球副与伸出筒连接，另一端通过转动副与动平台连接；动平台还通过一个万向铰与伸出体连接；U座安装在动平台上，U座能在动平台上绕着动平台的轴线发生相对转动；电主轴安装在U座上，电主轴还能在U座上发生相对转动；直线驱动单元的固定端安装在安装架上，活动端安装在调紧块上。该平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头的传动链较短，能保证较高的加工精度，同时刚度较大。此外，采用串并混联的结构，该平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头还具有很大的
工作空间。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] 一种平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头，其包括安装架、伸出体、动平台、U座、电主轴、直线驱动单元、伸出筒、锥形套、调紧块以及连接杆；所述伸出体位于所述安装架内，且所述伸出体能在所述安装架中做轴向移动，并依靠所述安装架进行导向；所述伸出体上设置圆形导向孔，所述伸出筒安装在所述伸出体的所述圆形导向孔中；所述锥形套安装至所述伸出筒，所述调紧块安装在所述伸出筒上；所述连接杆的第一端通过球副与所述伸出筒连接，所述连接杆的第二端通过转动副与所述动平台连接；所述动平台与所述伸出体连接；所述U座安装在动平台上，所述U座绕着动平台的轴线发生相对转动；所述电主轴安装在所述U座上，所述电主轴还能在U座上发生相对转动；所述直线驱动单元的固定端安装在安装架上，所述直线驱动单元的活动端安装在调紧块上。
[0007] 优选地，所述圆形导向孔的数量为三个，三个圆形导向孔在所述伸出体的垂直于其轴线的截面上沿着120°均匀布置。
[0008] 优选地，所述伸出筒的数量为三个，三个伸出筒安装在所述伸出体的三个圆形导向孔中；所述锥形套的数量为三个；所述伸出筒的数量为三个，所述三个连接杆与三个伸出筒连接用的三个球副呈120°均布，三个连接杆与动平台连接用的三个转动副也呈120°均布。
[0009] 优选地，所述锥形套安装在所述伸出筒的锥形面上，且所述锥形套的内圆锥面与所述伸出筒的锥形面贴紧；所述锥形套的外圆柱面还与所述伸出体的圆形导向孔贴紧，且所述锥形套在所述伸出体的圆形导向孔中发生相对转动和轴向的相对移动。
[0010] 优选地，所述动平台通过万向铰伸出体连接。
[0011] 优选地，所述安装架和所述伸出体的轮廓形状为圆柱形、三棱柱形、方形或者六边形。
[0012] 优选地，所述安装架上设置有安装板，安装板布置方式为垂直于安装架轴线或者平行于安装架轴线。
[0013] 优选地，三个伸出筒同时做伸出运动或者收回运动时，三个伸出筒带动动平台相应地做伸出运动或者收回运动，动平台通过万向铰将
力传递到伸出体上，因此会带动伸出体在安装架中做伸出运动或者收回运动；而当三个伸出筒同时做伸出运动或者收回运动的情况下，三个伸出筒的位移不一样时，三个伸出筒带动动平台相应地做伸出运动或者收回运动的同时，动平台的
姿态还会发生变化。
[0014] 优选地，所述直线驱动单元的活动端带动所述伸出筒沿着所述伸出体上的导向孔做直线运动，并依靠所述锥形套进行导向。
[0015] 优选地，通过拧紧所述调紧块，使所述调紧块向内
挤压所述锥形套，从而所述锥形套沿着所述伸出筒的锥形面向内胀紧，以调整导向精度。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0017] 本发明的目的在于提供一种平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头，其一种通过串并混联的方式增大摇摆头工作空间和加工刚度的平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头。本发明能够克服现有技术中存在的加工精度无法保证、刚度不高等问题，该平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头的传动链较短，能保证较高的加工精度，同时刚度较大，此外，采用串并混联的结构，该平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头还具有很大的工作空间。
[0018] 本发明的平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头具有如下有益效果：本发明的平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头中，通过对并联机构和串联机构的混合应用，以及对一些市面上成熟产品的利用，保证平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头的加工精度和自身刚度，同时还具有很大的工作空间。
附图说明
[0019] 图1为根据本发明的平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头的整体结构示意图；
[0020] 图2为根据本发明的平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头的内部第一结构示意图；
[0021] 图3均根据本发明的平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头的内部第二结构示意图；以及
[0022] 图4为根据本发明的平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头的直线驱动单元的结构示意图。
具体实施方式
[0023] 以下将参考附图详细说明本发明的示例性
实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0024] 本发明的平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头能保证较高的加工精度，且传动链较短，同时刚度较大，并且通过对并联机构和串联机构的混合应用，使该平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头还具有很大的工作空间。
[0025] 根据本发明的实施例的平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头，如图1至图4所示，其包括安装架1、伸出体2、动平台3、U座4、电主轴5、直线驱动单元6、伸出筒7、锥形套8、调紧块9以及连接杆10；伸出体2位于安装架1内，且伸出体2能在安装架1中做轴向移动，并依靠安装架1进行导向；优选地，伸出体2位于安装架1内，其沿着安装架的轴线方向设置。
[0026] 伸出体2上设置圆形导向孔，优选地，圆形导向孔沿着伸出体2的轴线方向设置。
[0027] 优选地，圆形导向孔的数量为三个，三个圆形导向孔在伸出体2的垂直于其轴线的截面上沿着120°均匀布置。
[0028] 优选地，伸出筒7安装在伸出体2的圆形导向孔中；
[0029] 优选地，伸出筒7的数量为三个，即三个伸出筒7安装在伸出体2的三个圆形导向孔中；
[0030] 锥形套8安装至伸出筒7，也就是说，锥形套8安装在伸出筒的锥形面上，且锥形套8的内圆锥面与伸出筒7的锥形面贴紧。同时，锥形套8的外圆柱面还与伸出体2的圆形导向孔贴紧，且锥形套8在伸出体的圆形导向孔中发生相对转动和轴向的相对移动。
[0031] 优选地，锥形套8的数量为三个；伸出筒7的数量为三个。
[0032] 调紧块9安装在伸出筒7上，例如，调紧块9通过螺纹副安装在伸出筒7上，并与锥形套8端面贴紧；连接杆10的第一端通过球副与伸出筒7连接，连接杆10的第二端通过转动副与动平台3连接；动平台3还通过一个万向铰与伸出体2连接；优选地，万向铰设置在动平台3靠近连接杆10的一侧端面上。U座4安装在动平台3上，优选地，U座4安装在动平台3的第二表面，即远离连接杆10一侧的动平台3的表面上。U座4能在动平台3上绕着动平台的轴线发生相对转动。
[0033] 电主轴5安装在U座4上，电主轴5还能在U座上发生相对转动；直线驱动单元6的固定端安装在安装架1上，直线驱动单元6的活动端安装在调紧块9上。
[0034] 在本发明的一较佳实施方式中，安装架1和伸出体2的轮廓形状为圆柱形、三棱柱形、方形或者六边形。
[0035] 在本发明的一较佳实施方式中，安装架1上设置有安装板，安装板布置方式为垂直于安装架轴线或者平行于安装架轴线。
[0036] 在本发明的一较佳实施方式中，三个连接杆与三个伸出筒连接用的三个球副呈120°均布，三个连接杆与动平台连接用的三个转动副也呈120°均布。
[0037] 在本发明的一较佳实施方式中，动平台与伸出体连接用的U铰可以替换为其他任意能够实现本发明功能的柔性连接，例如，
弹簧、助力缸和/或类似物。
[0038] 在本发明的一较佳实施方式中，三个伸出筒同时做伸出运动或者收回运动时，三个伸出筒带动动平台相应地做伸出运动或者收回运动，动平台通过万向铰将力传递到伸出体上，因此会带动伸出体在安装架中做伸出运动或者收回运动；而当三个伸出筒同时做伸出运动或者收回运动的情况下，三个伸出筒的位移不一样时，三个伸出筒带动动平台相应地做伸出运动或者收回运动的同时，动平台的姿态还会发生变化。
[0039] 在本发明的一较佳实施方式中，直线驱动单元的活动端带动伸出筒沿着伸出体上的导向孔做直线运动，并依靠锥形套进行导向。
[0040] 在本发明的一较佳实施方式中，通过拧紧调紧块，使调紧块向内挤压锥形套，从而锥形套沿着伸出筒的锥形面向内胀紧，以调整导向精度。
[0041] 如图1至图4所示，一种平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头，其包括安装架1、伸出体2、动平台3、U座4、电主轴5、直线驱动单元6、伸出筒7、锥形套8、调紧块9以及连接杆10；伸出体2上含有三个120°均布圆形导向孔，伸出体2安装在安装架1中，且伸出体2能在安装架1中做轴向移动，并依靠安装架1进行导向；三个伸出筒7安装在伸出体2的三个圆形导向孔中；三个锥形套8安装在三个伸出筒7的锥形面上，且锥形套8的内圆锥面与伸出筒7的锥形面贴紧，同时，三个锥形套8的外圆柱面还与伸出体2的三个圆形导向孔贴紧，且锥形套8能在伸出体2的三个圆形导向孔中发生相对转动和轴向的相对移动；调紧块9通过螺纹副安装在伸出筒7上，并与锥形套8端面贴紧；连接杆10的一端通过球副与伸出筒7连接，另一端通过转动副与动平台3连接；动平台3还通过一个万向铰与伸出体2连接；U座4安装在动平台3上，U座4能在动平台3上绕着动平台3的轴线发生相对转动；电主轴5安装在U座4上，电主轴5还能在U座4上发生相对转动；直线驱动单元6的固定端601安装在安装架1上，活动端
602安装在调紧块9上；三个连接杆10与三个伸出筒7连接用的三个球副呈120°均布，三个连接杆10与动平台3连接用的三个转动副也呈120°均布；安装架1和伸出体2的轮廓形状为圆柱形、三棱柱形、方形或者六边形；安装架1上设置有安装板，安装板布置方式为垂直于安装架1轴线或者平行于安装架1轴线。
[0042] 在本发明的一较佳实施方式中，动平台3与伸出体2连接用的U铰可以替换为弹簧、助力缸等柔性连接。
[0043] 在本发明的一较佳实施方式中，三个伸出筒7同时做伸出运动或者收回运动时，三个伸出筒7带动动平台3相应地做伸出运动或者收回运动，动平台3通过万向铰将力传递到伸出体2上，因此会带动伸出体2在安装架1中做伸出运动或者收回运动；而当三个伸出筒7同时做伸出运动或者收回运动的情况下，三个伸出筒7的位移不一样时，三个伸出筒7带动动平台3相应地做伸出运动或者收回运动的同时，动平台3的姿态还会发生变化。
[0044] 在本发明的一较佳实施方式中，直线驱动单元6的活动端602带动伸出筒7沿着伸出体2上的圆形导向孔做直线运动，并依靠锥形套8进行导向。
[0045] 在本发明的一较佳实施方式中，通过拧紧调紧块9，使调紧块9向内挤压锥形套8，从而锥形套8沿着伸出筒7的锥形面向内胀紧，以调整导向精度。
[0046] 在本发明的一较佳实施方式中，安装架和伸出体的轮廓形状为圆柱形、三棱柱形、方形或者六边形。
[0047] 在本发明的一较佳实施方式中，安装架上设置有安装板，安装板布置方式为垂直于安装架轴线或者平行于安装架轴线。
[0048] 在本发明的一较佳实施方式中，三个连接杆与三个伸出筒连接用的三个球副呈120°均布，三个连接杆与动平台连接用的三个转动副也呈120°均布。
[0049] 在本发明的一较佳实施方式中，动平台与伸出体连接用的U铰可以是其他任意能够实现本发明功能的柔性连接，例如，弹簧、助力缸和/或类似物。
[0050] 在本发明的一较佳实施方式中，三个伸出筒同时做伸出运动或者收回运动时，三个伸出筒带动动平台相应地做伸出运动或者收回运动，动平台通过万向铰将力传递到伸出体上，因此会带动伸出体在安装架中做伸出运动或者收回运动；而当三个伸出筒同时做伸出运动或者收回运动的情况下，三个伸出筒的位移不一样时，三个伸出筒带动动平台相应地做伸出运动或者收回运动的同时，动平台的姿态还会发生变化。
[0051] 在本发明的一较佳实施方式中，直线驱动单元的活动端带动伸出筒沿着伸出体上的导向孔做直线运动，并依靠锥形套进行导向。
[0052] 在本发明的一较佳实施方式中，通过拧紧调紧块，使调紧块向内挤压锥形套，从而锥形套沿着伸出筒的锥形面向内胀紧，以调整导向精度。
[0053] 由上所述，本发明的平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头具有如下有益效果：本发明的平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头中，通过对并联机构和串联机构的混合应用，以及对一些市面上成熟产品的利用，保证平行驱动四自由度混联式机械手腕摇摆头的加工精度和自身刚度，同时还具有很大的工作空间。
[0054] 如图4所示，直线驱动单元6包括固定端601、活动端602、
电机603、
丝杆604；固定端601安装在安装架的底部外侧，电机603安装在固定端601上，且电机603与丝杆604连接，作为驱动；丝杆604还穿过活动端602，形成丝杆螺旋副。
[0055] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
