CN101642907A - 二自由度平动并联机器人机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种二自由度平动并联机器人机构，其包括基座、动平台及分别连接所述基座与所述动平台的支链；所述支链包括第一主动支链、第二主动支链和第三被动支链；所述第二主动支链的活动平面与所述第一主动支链的活动平面为同一平面或两平面相互平行，所述第三被动支链的活动平面相交于所述第一主动支链的活动平面。有益效果是：采用第三被动支链连接基座与动平台，提高动平台姿态保持度，同时亦使本机器人机构实现更高的运行精度；因采用第三被动支链，从而第一主动支链和第二主动支链结构相同、设计简单，运动学和动力学特性对称；第一主动支链和第二主动支链分别以第一主动臂和第二主动臂作为动力输入，进一步提高本机器人机构运行的速度。

Description

二自由度平动并联机器人机构
【技术领域】
本发明涉及工业机器人技术领域，特别是一种二自由度平动并联机器人机构。
【背景技术】
少自由度并联机器人是指自由度数为2、3、4或5的并联机器人，其适用于自由度的要求少于6个的工业场合。相较于6自由度并联机器人，少自由度并联机器人具有结构简单、成本低廉和控制容易等特点，因此其具有很好的应用前景，是当前国际上的研究热点。
通常情况下，在轻工、食品、药品的包装以及电子封装行业里，要完成在空间内的抓放操作(Pick-and-Place)时需要4个自由度，即三个平动自由度和一个转动自由度。但在某些简单应用场合，仅仅需要在平面内的二维平动，实现平面内一点至另一点的高速抓放，这就要求一种能实现二维平动的高速操作手。这类装置通常要求动平台能在一个运动平面中以较高速度做二自由度移动而不改变动平台的姿态。
要实现两自由度的平动，一方法是在平面内垂直的布置两串联的移动副，其中一移动副的直线驱动装置装配在另一移动副形成的运动平台上，这种串联结构增加了运动平台的质量，限制了末端运动的速度和加速度，很难进行高速操作。另一方法是采用并联机构实现平面内的两自由度平动，从而将驱动装置都装配在定平台上，杆件用轻质材料做成，以减少运动平台的惯量，从而可以进行高速运动，如现有专利CN2511447Y、CN1355087A、CN1589191A、CN201275760Y的设计思路，整个机器人由基座、两条支链、动平台组成，两个转动副驱动装置安装在基座上，通过转动副的旋转带动支链运动从而实现动平台的运动，但是这种结构仍然存在着动平台姿态保持度低的问题。支链设计复杂，装配要求高，两条主动支链运动学动力学不对称的特点。
【发明内容】
为了解决现有的技术问题，本发明提供一种二自由度平动并联机器人机构，其采用第三从动支链约束动平台的转动，从而进一步提高动平台的姿态保护持度。
本发明解决现有的技术问题，提供一种二自由度平动并联机器人机构，其包括基座、动平台及分别连接所述基座与所述动平台的支链；所述支链包括第一主动支链、第二主动支链和第三被动支链；所述第二主动支链的活动平面与所述第一主动支链的活动平面为同一平面或两平面相互平行，所述第三被动支链的活动平面相交于所述第一主动支链的活动平面。
本发明更进一步的改进是：
所述第三被动支链约束所述动平台的转动。
本机器人机构包括驱动机构，所述驱动机构与所述第一主动支链、所述第二主动支链相连。
所述第一主动支链包括第一主动臂和第一从动臂，所述基座、所述第一主动臂、所述第一从动臂和所述动平台依次经转动副相连，所述各转动副的轴心线相互平行。
所述第二主动支链包括第二主动臂和第二从动臂，所述基座、所述第二主动臂、所述第二从动臂和所述动平台依次经转动副相连，所述各转动副的轴心线相互平行。
在所述基座上设置一导杆；所述第三被动支链包括具有四连杆的第一平行四边形机构，所述第一平行四边形机构的一连杆与所述导杆经移动副相连，与该连杆相对的一连杆与所述动平台经转动副相连。
所述四连杆经四球关节依次首尾相连。
所述第三被动支链包括第三从动臂和具有四连杆的第二平行四边形机构；所述基座、所述第三从动臂、所述第二平行四边形机构和所述动平台依次经转动副相连。
所述四连杆经四转动副或球关节依次首尾相连。
在所述动平台上设置手抓或吸盘。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：采用第三被动支链连接基座与动平台，提高动平台姿态保持度的同时，亦使本机器人机构实现更高的运行精度；因采用了第三被动支链，从而第一主动支链和第二主动支链结构相同、设计简单，运动学和动力学特性具有对称性；第一主动支链和第二主动支链分别以第一主动臂和第二主动臂的转动作为动力的输入，进一步提高了本机器人机构运行的速度。
【附图说明】
图1为本二自由度平动并联机器人机构一实施例的结构示意图；
图2为本机器人机构另一实施列的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1和图2所示，一种二自由度平动并联机器人机构，其包括基座4、动平台5及分别连接所述基座4与所述动平台5的支链(该支链包括第一主动支链1、第二主动支链2和第三被动支链3)；基座4起固定与支撑的作用，即其它部件都直接或间接安装在基座4上；支链起连接与调节的作用，即支链连接着动平台5与基座4，所以动平台5经支链间接固定在基座4上，同时，支链的运动状态发生变化时，与其相连的动平台5位置随着变化，所以本发明机器人机构采用调节支链的状态来实现动平台5的快速移动；动平台5为各种具体的工具提供安装座，例如在其上安装用于抓放的吸盘或手抓；在本发明中所述支链包括第一主动支链1、第二主动支链2和第三被动支链3，第一主动支链1和第二主动支链2均有动力输入，第三被动支链3无动力输入，其是在第一主动支链1与第二主动支链2状态发生变化时跟随移动，第一主动支链1、第二主动支链2和第三被动支链3与动平台5的连接点使动平台5保持姿态的同时按规则移动；所述第二主动支链2的活动平面与所述第一主动支链1的活动平面为同一平面，此时，动平台5由第一主动支链1和第二主动支链2的带动在该平面内按规则移动；另外，所述第二主动支链2的活动平面与所述第一主动支链1的活动平面也可以相互平行，那么动平台5的活动平面亦与第一主动支链1的活动平面平行。本发明的所述第三被动支链3的活动平面相交于所述第一主动支链1的活动平面，这样动平台5的三支撑点所在平面与其运动平面相交，从而实现了其姿态保持高的特性。由于第三被动支链3约束了动平台5的转动，所以本机器人机构中的动平台5不会发生转动事件，从而影响其状态精度。
本机器人机构包括驱动机构(未图示出)，所述驱动机构与所述第一主动支链、所述第二主动支链相连，即驱动机构与第一主动支链1的第一主动臂11相连，亦与第二主动支链21的第二主动臂21相连。例如：所述驱动机构为两电机，一电机的输出轴经传动机构与第一主动臂11相连，控制该第一主动臂11的角位移，同理，另一电机的输出轴亦经传动机构与第二主动臂21相连，控制该第二主动臂21的角位移，实现第一主动支链1和第二主动支链2的主动移动。
在本机器人机构中，所述第一主动支链1包括第一主动臂11和第一从动臂12，所述基座4、所述第一主动臂11、所述第一从动臂12和所述动平台5依次经转动副相连，所述各转动副的轴心线相互平行。所述第二主动支链2包括第二主动臂21和第二从动臂22，所述基座4、所述第二主动臂21、所述第二从动臂22和所述动平台5依次经转动副相连，所述各转动副的轴心线相互平行。根据各个转动副的连接，当第一主动臂11和第二主动臂21的位移确定时，动平台的坐标即确定，实现动平台5的精确定位。
在图1中，在所述基座4上设置一导杆41，该导杆41固定在基座4上，且该导杆41的延伸方向与第一主动支链1的活动平面相交；所述第三被动支链3包括具有四连杆的第一平行四边形机构311，所述第一平行四边形机构311的一连杆与所述导杆经移动副相连，与该连杆相对的一连杆与所述动平台5经转动副相连。第一平行四边形机构311的四连杆经四球关节依次首尾相连，该四连杆不仅能形成平面的形变，再加上移动副所具有的移动空间，从而使第三被动支链3根据基座4与动平台5的坐标，变形随动，对动平台5起转动约束作用。
在图2中，所述第三被动支链3包括第三从动臂321和具有四连杆的第二平行四边形机构322；所述基座4、所述第三从动臂321、所述第二平行四边形机构322和所述动平台5依次经转动副相连，各转动副的轴心线相互平行。所述四连杆经四转动副依次首尾相连，其只能产生平面形变；所述四连杆经也可以经四球关节依次首尾相连。该四连杆中的一连杆经转动副与第三从动臂321相连，与其相对的另一连杆经转动副与动平台5相连。
本发明采用第三被动支链连接基座与动平台，提高动平台姿态保持度的同时，亦使本机器人机构实现更高的运行精度；因采用了第三被动支链，从而第一主动支链和第二主动支链结构相同、设计简单，运动学和动力学特性具有对称性；第一主动支链和第二主动支链分别以第一主动臂和第二主动臂的转动作为动力的输入，进一步提高了本机器人机构运行的速度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种二自由度平动并联机器人机构，其包括基座、动平台及分别连接所述基座与所述动平台的支链；其特征在于：所述支链包括第一主动支链、第二主动支链和第三被动支链；所述第二主动支链的活动平面与所述第一主动支链的活动平面为同一平面或两平面相互平行，所述第三被动支链的活动平面相交于所述第一主动支链的活动平面。
2.根据权利要求1所述的二自由度平动并联机器人机构，其特征在于：所述第三被动支链约束所述动平台的转动。
3.根据权利要求2所述的二自由度平动并联机器人机构，其特征在于：本机器人机构包括驱动机构，所述驱动机构与所述第一主动支链、所述第二主动支链相连
4.根据权利要求3所述的二自由度平动并联机器人机构，其特征在于：所述第一主动支链包括第一主动臂和第一从动臂，所述基座、所述第一主动臂、所述第一从动臂和所述动平台依次经转动副相连，所述各转动副的轴心线相互平行。
5.根据权利要求4所述的二自由度平动并联机器人机构，其特征在于：所述第二主动支链包括第二主动臂和第二从动臂，所述基座、所述第二主动臂、所述第二从动臂和所述动平台依次经转动副相连，所述各转动副的轴心线相互平行。
6.根据权利要求5所述的二自由度平动并联机器人机构，其特征在于：在所述基座上设置一导杆；所述第三被动支链包括具有四连杆的第一平行四边形机构，所述第一平行四边形机构的一连杆与所述导杆经移动副相连，与该连杆相对的一连杆与所述动平台经转动副相连。
7.根据权利要求6所述的二自由度平动并联机器人机构，其特征在于：所述四连杆经四球关节依次首尾相连。
8.根据权利要求5所述的二自由度平动并联机器人机构，其特征在于：所述第三被动支链包括第三从动臂和具有四连杆的第二平行四边形机构；所述基座、所述第三从动臂、所述第二平行四边形机构和所述动平台依次经转动副相连。
9.根据权利要求8所述的二自由度平动并联机器人机构，其特征在于：所述四连杆经四转动副或球关节依次首尾相连。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的二自由度平动并联机器人机构，其特征在于：在所述动平台上设置手抓或吸盘。
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