CN102441889A - 并联机器人 - Google Patents

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Abstract

一种并联机器人，其包括定平台、动平台、安装于动平台的末端执行器，以及并联安装于定平台与动平台之间的四个支链。每个支链包括安装于定平台的旋转驱动件，由旋转驱动件带动的驱动杆，以及设于驱动杆与动平台之间的平行四边形杆组，平行四边形杆组一端由第一转动副与驱动杆连接，另一端由第二转动副与动平台连接，第一转动副的轴线与第二转动副的相互平行。上述并联机器人在四个支链的协同作用下，能够实现空间的三个平移运动以及一个旋转运动，控制较为便利，此外，通过第一转动副及第二转动副取代现有技术中的球副或虎克铰，可简化并联机器人的结构，降低制造成本。

Description

并联机器人
技术领域
本发明涉及一种并联机器人。
背景技术
现有的并联机器人大多采用三个至六个自由度对称结构，一般采用球铰、胡克铰作为运动副实现三个至六个自由度的空间运动。上述并联机器人的上平台(定平台)与下平台(动平台)之间通常以六个支链相连，每一个支链上设有驱动器以改变各支链的长度，使下平台的位置和姿态变化，然其结构复杂，制造成本较高，且较难控制。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种结构简单、成本较低且便于控制的并联机器人。
一种并联机器人，其包括定平台、动平台、安装于动平台的末端执行器，以及并联安装于定平台与动平台之间的四个支链。每个支链包括安装于定平台的旋转驱动件，由旋转驱动件带动的驱动杆，以及设于驱动杆与动平台之间的平行四边形杆组，平行四边形杆组一端由第一转动副与驱动杆连接，另一端由第二转动副与动平台连接，第一转动副的轴线与第二转动副的相互平行。
上述并联机器人在四个支链的协同作用下，能够实现空间的三个平移运动以及一个旋转运动，控制较为便利。上述并联机器人通过第一转动副及第二转动副取代现有技术中的球副或虎克铰，可简化并联机器人的结构，并降低制造成本。
附图说明
图1是本发明实施方式的并联机器人的立体图。
图2是图1中II处的局部放大图。
图3是图1中III处的局部放大图。
图4是图1所示并联机器人的动平台作平移运动时的状态示意图。
图5是图1所示并联机器人的动平台作旋转运动时的状态示意图。
主要元件符号说明
  并联机器人   100
  定平台   10
  动平台   20
  末端执行器   30
  支链   50a、50b、50c、50d
  旋转驱动件   51a、51b、51c、51d
  驱动杆   52a、52b、52c、52d
  平行四边形杆组   53a、53b、53c、53d
  第一转动副   501
  第二转动副   502
  第三转动副   503
  第四转动副   504
  固定座   21
  转动件   22
  固定板   211
  第一齿轮   24
  第二齿轮   31
  第一连杆   531
  第二连杆   532
  摆杆   533、534
具体实施方式
本发明的并联机器人能够实现空间的三个平移运动以及一个旋转运动。上述平移运动是指一个物体在空间运动，其上任意两点间的连线在运动过程中始终保持平行的运动。上述旋转运动的转动轴线始终保持平行。下面结合附图及具体实施方式对本发明的并联机器人作进一步的详细说明。
请同时参见图1至图3，本发明实施方式的并联机器人100包括定平台10、动平台20、安装于动平台20的末端执行器30，以及并联安装于定平台10与动平台20之间的四个支链50a、50b、50c、50d。在上述四个支链50a，50b，50c，50d的协同作用下，动平台20能够实现沿空间坐标系的X、Y、Z轴的平移运动以及绕Z轴的旋转运动。末端执行器30可为夹爪、吸盘等，结合不同的末端执行器30，并联机器人100可相应完成搬运及定位等多种工作。
定平台10大致呈矩形，四个支链50a、50b、50c、50d具有相同的结构，且均布于定平台10的四周。采用对称设置的结构，可使动平台20受力更均匀，运动精度提高、误差减小。
以下仅以支链50a为例，对各支链的机构进行详细说明。请参见图1至图3，支链50a包括安装于定平台10的旋转驱动件51a，由旋转驱动件51a带动的驱动杆52a，以及设于驱动杆52a与动平台20之间的平行四边形杆组53a。平行四边形杆组53a一端由第一转动副501与驱动杆52a连接，另一端由第二转动副502与动平台20连接。第一转动副501的轴线与第二转动副502的轴线相互平行。旋转驱动件51a用于输出旋转运动，以使驱动杆52a转动。本实施方式中，旋转驱动件51a采用伺服马达，从而可通过控制装置对其旋转运动进行精确控制。支链50b、50c、50d的结构在此不再赘述。其中，支链50b包括旋转驱动件51b、驱动杆52b以及平行四边形杆组53b；支链50c包括旋转驱动件51c、驱动杆52c以及平行四边形杆组53c；支链50d包括旋转驱动件51d、驱动杆52d以及平行四边形杆组53d。
动平台20包括固定座21以及两个相对设置的转动件22。固定座21包括相互平行设置的三条固定板211，末端执行器30可转动地安装于位于中间的固定板211上。两个转动件22呈板状且平行设置，并与固定座21的两侧转动连接，从而转动件22与固定座21共同形成一个平行四边形结构。
进一步，动平台20还包括一个固定设置于转动件22的第一齿轮24。末端执行器30一端固定设有一个与第一齿轮24啮合的第二齿轮31。因第一齿轮24与第二齿轮31啮合，当转动件22带动第一齿轮24转动时，可通过第一齿轮24驱动第二齿轮31转动，从而使末端执行器30相对固定座21旋转。在本实施方式中，第一齿轮为24为半圆形直齿渐开线齿轮，第一齿轮24的半径大致为第二齿轮31半径的3倍，通过第二齿轮31可将转动件22的旋转角度放大3倍后传递至末端执行器30，以使末端执行器30获得更大的转动范围。
具体在本实施方式中，平行四边形杆组53a括相对设置的第一连杆531、第二连杆532，以及两个相对设置的摆杆533、534。第一连杆531由第一转动副501与驱动杆52转动连接，第二连杆532由第二转动副502与转动件22转动连接。如图1所示，相邻设置的两个平行四边形杆组53a、53b由第二转动副502与其中一个转动件22连接，另外两个平行四边形杆组53c、53d由第二转动副502与另一个转动件22连接。四个第二连杆532分别连接于动平台20的四周，且两两相对平行设置。
请再次参见图2和图3，摆杆533、534的相对两端分别由第三转动副503及第四转动副504与第一连杆531及第二连杆532转动连接。第三转动副503的轴线与第一转动副501的轴线垂直，第四转动副504的轴线与第二转动副502的轴线垂直。本发明的并联机器人100通过第一转动副501、第二转动副502、第三转动副503及第四转动副504取代现有技术中的球副或虎克铰，可简化并联机器人的结构，并降低制造成本。
以下详细介绍本发明实施方式的并联机器人100的动作过程。并联机器人100能够在实现沿空间坐标的三个坐标轴X、Y、Z的平移运动以及沿一个坐标轴Z的旋转运动，以下举例说明。
请参见图1和图4，当相对设置的支链50a、50c的旋转驱动件51a、51c分别驱动驱动杆52a、52c摆动，而支链50b、50d的旋转驱动件51b、51d不动作时时，平行四边形杆组53a、53c驱动动平台20移动。在平行四边形杆组53b、53d的共同约束下，动平台20沿Y轴作平移运动。与此类似，当支链50b、50d的旋转驱动件51b、51d分别驱动驱动杆52b、52d摆动，而支链50a、50c的旋转驱动件51a、51c不动作时，动平台20沿X轴作平移运动。当支链50a、50b、50c、50d的旋转驱动件51a、51b、51c、51d分别驱动对应的驱动杆52a、52b、52c、52d同时动作时，动平台20沿Z轴作平移运动。
请参见图1和图5，当相邻设置的支链50a、50b的旋转驱动件51a、51b分别驱动驱动杆52a、52b摆动，而支链50c、50d不动作时，平行四边形杆组53a、53b的协同运动将驱动与之相连的转动件22相对固定座21转动，此时，平行四边形杆组53c、53d相应摆动，而使另一转动件22相对固定座21转动，跟随转动件22转动的第一齿轮24驱动第二齿轮31旋转，从而使末端执行器30绕Z轴转动。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内作其它变化，当然，这些依据本发明精神所作的变化，都包含在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种并联机器人，其包括定平台、动平台、安装于该动平台的末端执行器，以及并联安装于定平台与动平台之间的四个支链，其特征在于：每个支链包括安装于定平台的旋转驱动件，由该旋转驱动件带动的驱动杆，以及设于驱动杆与动平台之间的平行四边形杆组，该平行四边形杆组一端由第一转动副与驱动杆连接，另一端由第二转动副与动平台连接，该第一转动副的轴线与第二转动副的相互平行。
2.如权利要求1所述的并联机器人，其特征在于：该动平台包括固定座以及两个相对设置的转动件，该两个转动件与固定座转动连接，相邻设置的两个平行四边形杆组由第二转动副与其中一个转动件连接，另外两个平行四边形杆组由第二转动副与另一个转动件连接。
3.如权利要求2所述的并联机器人，其特征在于：该动平台还包括一个固定设置于转动件的第一齿轮，该末端执行器与该固定座转动连接并包括一个与该第一齿轮啮合的第二齿轮，该第一齿轮与第二齿轮啮合以使末端执行器相对该固定座旋转。
4.如权利要求3所述的并联机器人，其特征在于：该第一齿轮为半圆形直齿渐开线齿轮。
5.如权利要求2至4任一项所述的并联机器人，其特征在于：该固定座及两个转动件共同形成一个平行四边形结构。
6.如权利要求2所述的并联机器人，其特征在于：该平行四边形杆组包括相对设置的第一连杆及第二连杆，以及两个相对设置的摆杆，该第一连杆由第一转动副与驱动杆转动连接，该第二连杆由第二转动副与转动件转动连接。
7.如权利要求6所述的并联机器人，其特征在于：每个摆杆的相对两端分别由第三转动副及第四转动副与第一连杆及第二连杆转动连接，该第三转动副的轴线与第一转动副的轴线垂直，该第四转动副的轴线与第二转动副的轴线垂直。
8.如权利要求7所述的并联机器人，其特征在于：该四个第二连杆两两相对平行设置。
9.如权利要求1所述的并联机器人，其特征在于：该四个支链均布于该定平台的四周。
10.如权利要求1所述的并联机器人，其特征在于：该旋转驱动件为伺服马达。
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