CN102514003A - 二自由度空间并联机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二自由度空间并联机器人，包括静平台、动平台和连接于静平台和动平台之间的三个支链。动平台上设有末端执行器；静平台上设有第一和第二驱动装置；三个支链均由主动杆和一对相互平行的从动杆组构成；第一支链和第二支链的主动杆分别由两个驱动装置带动旋转；第二支链和第三支链对称布置于第一支链所在平面；第二和第三支链的两主动杆之间布置一对锥齿轮，从而将第一驱动装置的动力传送至第三支链，三个支链从动杆组的两端分别与主动杆和动平台球铰接。本发明通过空间布置的三条运动支链实现末端执行器的二维移动，解决了平面机构侧向刚度不足问题，具有优势进给方向，结构简单，动态性能好。

Description

二自由度空间并联机器人
技术领域
本发明涉及一种两自由度并联机器人，特别是涉及一种实现抓放式操作的二自由度平动并联机器人。
背景技术
电子、医药、包装等轻工行业普遍存在对物料高速抓放操作的需求。专利文献US7090458B2和ZL01154160.2公开了一种可实现二自由度平动的并联机构，包括机架、动平台和两对支链；在机架上安装两个伺服电机，动平台通过两个分支与机架连接，形成并联闭环结构；两个支链各含有两个平行四边形机构，分别作为驱动杆组和从动杆组，各运动件之间完全采用转动铰链连接；采用平行四边形支链结构实现动平台的二维平动。上述机构的局限性在于：机构每条支链各含两组平行四边形机构，结构复杂；各运动构件均在同一平面内或平行于该平面，机构在垂直于运动平面方向上刚度较差。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种二自由度空间并联机器人，本发明是以空间机构实现平面二自由度，可有效提高机器人机构整体刚度，并能够实现动平台的二维平动。
为了解决上述技术问题，本发明二自由度空间并联机器人予以实现的技术方案是：1.一种二自由度空间并联机器人，包括静平台动平台和连接于所述静平台和所述动平台之间的三个运动支链；所述三个运动支链由第一连杆机构、第二连杆机构和第三连杆机构构成；所述第一连杆机构、所述第二连杆机构和所述第三连杆机构均由主动杆和从动杆构成；所述第二连杆机构和所述第三连杆机构是按照与所述第一连杆所在平面对称地布置；所述静平台上设有第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一连杆机构和所述第二连杆机构的主动杆的一端均分别由所述第一驱动装置和第二驱动装置带动旋转，第二连杆机构的主动杆与第三连杆机构的主动杆通过一对锥齿轮啮合，将第二驱动装置的动力传送至第三连杆机构。所述第一连杆机构、所述第二连杆机构与所述第三连杆机构的主动杆的另一端均分别通过球铰链与自身机构中的从动杆的一端铰连，所述从动杆的另一端均分别通过球铰链铰接至动平台；所述从动杆均包括两个结构相同的杆件，相互平行布置。
与现有技术相比，本发明二自由度空间并联机器人的有益效果是：
本发明是通过以空间布置的三条运动支链实现末端执行器的二维移动，有效解决平面机构侧向刚度不足问题。可实现模块化结构设计，具有优势进给方向，结构简单，动态性能好。
附图说明
图1是本发明二自由度空间并联机器人的三维结构示意图；
图2是图1所示二自由度空间并联机器人的俯视图；
图3是图2中A-A平面视图。
图中：
1-第二驱动装置    2、3-锥齿轮轴           4-第二主动杆
5、6-球铰链       7-第三主动杆            8、9-球铰链
10、11-从动杆     12、13-球铰链           14-动平台
15-末端执行器     16、17、18、19-球铰链   20、21、22、23-从动杆
24、25-球铰链     26-第一主动杆           27静平台
28-第一驱动装置
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种二自由度空间并联机器人，包括静平台27动平台14和连接于所述静平台27和所述动平台14之间的三个运动支链，所述动平台14上设有末端执行器15；所述静平台27上设有第一驱动装置1和第二驱动装置28，所述三个运动支链由第一连杆机构29、第二连杆机构30和第三连杆机构31构成；所述第一连杆机构29、所述第二连杆机构30和所述第三连杆机构32均由主动杆和从动杆构成；所述第二连杆机构30和所述第三连杆机构31是按照与所述第一连杆机构所在平面对称布置；所述第一连杆机构29和所述第二连杆机构30的主动杆的一端均分别由所述第一驱动装置1和第二驱动装置28带动旋转，所述第一连杆机构29和所述第二连杆机构30的主动杆的另一端均分别通过球铰链(5、6)7、824、25)与自身机构中的从动杆10、1120、2122、23的一端铰连，所述从动杆10、1120、2122、23的另一端均分别通过一球铰链(5、6)7、824、25)铰接至动平台14；在所述第二驱动装置28的作用下，第二连杆机构30和第三连杆机构31的主动杆4、7间通过一对锥齿轮啮合，将动力传送至第三连杆机构31的主动杆7。
本发明中三个连杆机构中的从动杆10、1120、2122、23均包括两个结构相同的杆件，如图1中所示的第一连杆机构29中的从动杆22和从动杆23，第二连杆机构30中的从动杆10和从动杆11，第三连杆机构31中的从动杆20和从动杆21，每个连杆机构29、30、31中的从动杆组10、1120、2122、23均平行布置。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，本发明的二自由度空间并联机器人包括静平台27，第一驱动装置28，第二驱动装置1，第一连杆机构29，第二连杆机构30，第三连杆机构31，动平台14和末端执行器15。
第一驱动装置28和第二驱动装置1安装在静平台27上，所提供的运动为转动，可采用如图1所示的伺服电机。第一连杆机构29和第二连杆机构30的一端连接驱动装置的驱动轴，另一端与动平台14铰接。其中，第二驱动装置还与锥齿轮轴2连接，通过锥齿轮啮合将动力传送至锥齿轮轴3。第三连杆机构一端与锥齿轮轴3固接，另一端与动平台14连接。
所述第一连杆机构29、第二连杆机构30、第三连杆机构31具有相同的结构。第一连杆机构29由第一主动杆26、从动杆22、从动杆23组成。从动杆22与从动杆23结构尺寸完全相同，在第一主动杆26和动平台14间构成平行四边形机构。第一主动杆26一端与第一驱动装置28相连，另一端通过球铰链24、球铰链25与从动杆23、从动杆22相连。从动杆23、从动杆22的另一端通过球铰链17、球铰链18与动平台14相连。
第二连杆机构30由第二主动杆4、从动杆10、从动杆11组成。从动杆10与从动杆11结构尺寸完全相同，在第二主动杆4和动平台14间构成平行四边形机构。第二主动杆4一端与第二驱动装置1相连，另一端通过球铰链5、球铰链6与从动杆11、从动杆10相连。从动杆11、从动杆10的另一端通过球铰链12、球铰链13与动平台14相连。
第三连杆机构31由第三主动杆7、从动杆20、从动杆21组成。从动杆20与从动杆21结构尺寸完全相同，在第三主动杆7和动平台14间构成平行四边形机构。第三主动杆7一端与锥齿轮轴3相连，另一端通过球铰链8、球铰链9与从动杆20、从动杆21相连。从动杆20、从动杆21的另一端通过球铰链19、球铰链16与动平台14相连。
如图2所示，第一连杆机构29位于A-A平面，第二连杆机构30和第三连杆机构31关于A-A平面对称。动平台14带动末端执行器15相对于静平台27的运动可通过第一驱动装置1和第二驱动装置28的旋转实现。第一驱动装置1和第二驱动装置28提供驱动时，动平台14将在A-A平面内实现二自由度平动，如图3中的两个箭头所示。
本发明的二自由度空间并联机器人，以空间布置的三个连杆机构来实现末端动平台的二维移动，有效提高机构整体刚度，同时较好地保持了平面机构的高速度高加速度、高定位精度和重复定位精度的特点。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种二自由度空间并联机器人，包括静平台(27)动平台(14)和连接于所述静平台(27)和所述动平台(14)之间的三个运动支链；其特征在于，
所述三个运动支链由第一连杆机构(29)、第二连杆机构(30)和第三连杆机构(31)构成；所述第一连杆机构(29)、所述第二连杆机构(30)和所述第三连杆机构(31)均由主动杆和从动杆构成；所述第二连杆机构(30)和所述第三连杆机构(31)是按照与所述第一连杆所在平面对称地布置；
所述静平台(27)上设有第一驱动装置(1)和第二驱动装置(28)，所述第一连杆机构(29)和所述第二连杆机构(30)的主动杆的一端均分别由所述第一驱动装置(1)和第二驱动装置(28)带动旋转，第二连杆机构(30)的主动杆与第三连杆机构(31)的主动杆(7)通过一对锥齿轮(3)啮合，将第二驱动装置(28)的动力传送至第三连杆机构(31)；
所述第一连杆机构(29)、所述第二连杆机构(30)与所述第三连杆机构(31)的主动杆(4，7，26)的另一端均分别通过球铰链(5、6)(7、8)(24、25)与自身机构中的从动杆(10、11)(20、21)(22、23)的一端铰连，所述从动杆(10、11)(20、21)(22、23)的另一端均分别通过球铰链(12、13)(16、19)(17、18)铰接至动平台(14)；所述从动杆(10、11)(20、21)(22、23)均包括两个结构相同的杆件，相互平行布置。
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