CN102672708A - 一种多坐标混联机器人 - Google Patents
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Abstract
一种多坐标混联机器人，有固定架、动平台、连接在动平台末端的定位头以及结构相同的第一支链、第二支链和第三支链，每个支链均包括有：转动叉、长度调节装置和T形铰，长度调节装置旋转的连接在转动叉一侧的插槽内，转动叉的另一侧旋转的连接在固定架上，T形铰的一端旋转的连接在长度调节装置的末端，T形铰的另外两端同轴线且同时旋转的连接在动平台上，长度调节装置的顶端连接有一个驱动装置，使长度调节装置成为主动移动副，第一支链和第二支链分别位于固定架的两侧，第三支链位于固定架的下面。本发明结构紧凑，设计巧妙，整机刚度好、精度高，具有大的工作空间机架体积比，所有构件均通过单自由度运铰链连接，具有良好的制造和装配工艺性。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种带定位头的多坐标混联机器人。
背景技术
现有专利GB2173472（或EP0200369、US4790718）、SE8502327（或US4732525）、EP0674969（或US6336375）、CN1524662（或WO2005025816）所公开的带定位头的多坐标混联机器人，包括至少三个可沿纵向伸长或缩短的长度调节装置。其中一个从动或主动的调节装置的一端与一可动定位头固接并通过铰链与固定架连接，以限制定位头的某几个自由度。而其他各调节装置则是一端通过铰链紧固与固定架上，以使其能相对于固定架绕各个方向的转动，另一端通过铰链与所述的从动或主动调节装置的另一端连接。此类机器人，由于与固接定位头的从动或主动长度调节装置连接的铰链为三自由度铰链，其不足是：机构的整体刚度低，负载能力差，因而不适于高速重载的加工应用场合。
现有专利CN101049692所公开的带定位头的五自由度混联机器人，包括固定架、动平台、定位头以及在固定架与动平台之间的三个可沿纵向伸长或缩短的长度调节装置。各长度调节装置一端通过铰链连接于固定架上，另一端则转动连接于动平台，所述铰链是一个三转动自由度铰链，且其中的某一旋转轴线与长度调节装置的伸缩方向平行，其不足是，设计困难或所需铰链尺寸很大，并且难于装配。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种仅由单自由度铰链连接的高刚度的多坐标混联机器人。
本发明所采用的技术方案是：一种多坐标混联机器人，包括固定架、动平台、连接在动平台末端的定位头以及结构相同的第一支链、第二支链和第三支链，所述的第一支链、第二支链和第三支链均包括有：转动叉、长度调节装置和T形铰，所述的长度调节装置旋转的连接在转动叉一侧的插槽内，所述的转动叉的另一侧旋转的连接在固定架上，所述的T形铰的一端旋转的连接在长度调节装置的末端，所述的T形铰的另外两端同轴线且同时旋转的连接在动平台上，所述长度调节装置的顶端连接有一个驱动装置，使所述长度调节装置成为主动移动副，其中，连接所述的T形铰和长度调节装置的旋转轴线平行于所述主动移动副的移动方向，连接所述转动叉和固定架的旋转轴线与连接所述长度调节装置和转动叉的旋转轴线垂直相交，所述的第一支链和第二支链分别位于固定架的两侧，第三支链位于固定架的下面。
所述定位头为具有两个自由度的串联转头。
所述T形铰包括有纵梁和横梁，所述的横梁垂直的连接在纵梁的一侧，其中，所述的横梁的另一端延长的形成有用于与长度调节装置一端连接的横铰轴，所述的纵梁的两端分别延长的形成有用于与动平台连接的纵铰轴。
一种多坐标混联机器人，包括固定架、动平台、连接在动平台末端的定位头以及连接在固定架与动平台之间的第一支链、第二支链和第三支链，所述的第一支链、第二支链和第三支链均包括有：转动叉、长度调节装置和T形铰，所述的长度调节装置旋转的连接在转动叉一侧的插槽内，所述的转动叉的另一侧旋转的连接在固定架上，所述的T形铰的一端与长度调节装置的末端连接，所述的T形铰的另外两端同轴线且同时旋转的连接在动平台上，其中，所述第一支链和第二支链的T形铰的一端是固定连接在所对应的长度调节装置末端的，所述第三支链的T形铰的一端是旋转的连接在第三支链(3)的长度调节装置末端的，所述长度调节装置的顶端连接有一个驱动装置，使所述长度调节装置成为主动移动副，所述的第一支链和第二支链分别位于固定架的两侧，第三支链位于固定架的下面，并且，连接所述第一支链的转动叉和固定架的旋转轴线与连接所述第二支链的转动叉和固定架的旋转轴线共线，连接所述的T形铰和长度调节装置的轴线平行于所述主动移动副的移动方向，连接所述转动叉和固定架的旋转轴线与连接所述长度调节装置和转动叉的旋转轴线垂直相交；第一支链的长度调节装置与转动叉所形成的旋转轴线、第二支链的长度调节装置与转动叉形成的旋转轴线、第一支链的T形铰与动平台形成的旋转轴线，以及第二支链的T形铰与动平台形成的旋转轴线这四条轴线相互平行。
所述定位头为具有2自由度的串联转头结构的定位头，或为具有3自由度的串联转头结构的定位头。
所述T形铰包括有纵梁和横梁，所述的横梁垂直的连接在纵梁的一侧，其中，所述的横梁的另一端延长的形成有用于与长度调节装置一端连接的横铰轴，所述的纵梁的两端分别延长的形成有用于与动平台连接的纵铰轴。
本发明的一种多坐标混联机器人，结构紧凑，设计巧妙，整机刚度好、精度高，具有大的工作空间机架体积比，所有构件均通过单自由度运铰链连接，具有良好的制造和装配工艺性。没有球铰链，机构具有高刚度。可实现可重构布局，便于不同工况的选择。本发明可视为一个模块，该模块可通过固定架上的机械接口连接于长行程导轨、大角度回转机构等，以便大幅度提高其工作范围，也可将本发明的多自由度度机器人安装在同一机械结构上进行大规模或较大规模的流水作业。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明所述支链的结构示意图；
图3是本发明所述的T形铰的结构示意图；
图4是本发明实施例2的结构示意图；
图5是本发明实施例2的一种可重构结构示意图。
图中，
1：第一支链 2：第二支链
3：第三支链 4：固定架
5：动平台 6：定位头
7：固定架 8：动平台
9：定位头 11、21、31：转动叉
12、22、32：长度调节装置 13、23、33：驱动装置
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种多坐标混联机器人做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种多坐标混联机器人，包括固定架4、动平台5、连接在动平台5末端的定位头6以及结构相同的第一支链1、第二支链2和第三支链3。所述定位头6为具有两个自由度的串联转头，此实施例中采用A/C轴的结构形式，使所述多坐标混联机器人为5自由度混联机器人。
如图1、图2所示，所述的第一支链1、第二支链2和第三支链3均包括有：转动叉11/21/31、长度调节装置12/22/32和T形铰14/24/34，所述的长度调节装置12/22/32旋转的连接在转动叉11/21/31一侧的插槽内，所述的转动叉11/21/31的另一侧旋转的连接在固定架4上，所述的T形铰14/24/34的一端旋转的连接在长度调节装置12/22/32的末端，所述的T形铰14/24/34的另外两端同轴线且同时旋转的连接在动平台5上，所述长度调节装置12/22/32的顶端连接有一个驱动装置13/23/33，所述的驱动装置为电机，使所述长度调节装置12/22/32成为主动移动副，其中，连接所述的T形铰14/24/34和长度调节装置12/22/32的旋转轴线1c平行于所述主动移动副的移动方向，连接所述转动叉11/21/31和固定架4的旋转轴线1a与连接所述长度调节装置12/22/32和转动叉11/21/31的轴线1b垂直相交，所述的第一支链1和第二支链2分别位于固定架4的两侧，第三支链3位于固定架4的下面。此时所述三条支链结构相同，均为5自由度支链，且呈空间轴对称布置，机构为非过约束机构。
如图3所示，所述T形铰14/24/34包括有纵梁141/241/341和横梁142/242/342，所述的横梁142/242/342垂直的连接在纵梁141/241/341的一侧，其中，所述的横梁142/242/342的另一端延长的形成有用于与长度调节装置12/22/32一端连接的横铰轴a，所述的纵梁141/241/341的两端分别延长的形成有用于与动平台5连接的纵铰轴b。
如图4、图5所示，本发明的一种多坐标混联机器人还可以是，包括固定架7、动平台8、连接在动平台8末端的定位头以及连接在固定架与动平台之间的第一支链1、第二支链2和第三支链3。所述定位头为具有2自由度的串联转头结构的定位头6（图4所示），或为具有3自由度的串联转头结构的定位头9（图5所示），所述3自由度的串联转头采用机器人手腕的结构形式，使本发明所述的多坐标混联机器人变为6自由度混联机器人。
如图2所示，所述的第一支链1、第二支链2和第三支链3均包括有：转动叉11/21/31、长度调节装置12/22/32和T形铰14/24/34，所述的长度调节装置12/22/32旋转的连接在转动叉11/21/31一侧的插槽内，所述的转动叉11/21/31的另一侧旋转的连接在固定架7上，所述的T形铰14/24/34的一端与长度调节装置12/22/32的末端连接，所述的T形铰14/24/34的另外两端同轴线且同时旋转的连接在动平台8上，其中，所述第一支链1和第二支链2的T形铰14/24的一端是固定连接在所对应的长度调节装置12/22末端的，所述第三支链3的T形铰34的一端是旋转的连接在第三支链(3)的长度调节装置32末端的，所述长度调节装置12/22/32的顶端连接有一个驱动装置13/23/33，所述的驱动装置为电机，使所述长度调节装置12/22/32成为主动移动副，所述的第一支链1和第二支链2分别位于固定架7的两侧，第三支链3位于固定架7的下面，并且，连接所述第一支链（1）的转动叉（11）和固定架（7）的旋转轴线与连接所述第二支链（1）的转动叉（21）和固定架7的旋转轴线共线，连接所述的T形铰（14/24/34）和长度调节装置12/22/32的轴线1c平行于所述主动移动副的移动方向，连接所述转动叉11/21/31和固定架4的旋转轴线1a与连接所述长度调节装置12/22/32和转动叉11/21/31的旋转轴线（1b）垂直相交；第一支链1的长度调节装置12与转动叉11所形成的旋转轴线、第二支链2的长度调节装置22与转动叉21形成的旋转轴线、第一支链1的T形铰14与动平台8形成的旋转轴线1d，以及第二支链2的T形铰24与动平台8形成的旋转轴线这四条轴线相互平行。此时，第一支链和第二支链与固定架连接的的结构相同，且均为4自由度支链，而第三支链仍为5自由度支链，第三支链与固定架连接的结构与实施例1相同。此时机构为过约束机构。
如图3所示，所述T形铰14/24/34包括有纵梁141/241/341和横梁142/242/342，所述的横梁142/242/342垂直的连接在纵梁141/241/341的一侧，其中，所述的横梁142/242/342的另一端延长的形成有用于与长度调节装置12/22/32一端连接的横铰轴a，所述的纵梁141/241/341的两端分别延长的形成有用于与动平台5连接的纵铰轴b。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，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，并不是限制性的，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和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多坐标混联机器人，包括固定架（4）、动平台（5）、连接在动平台（5）末端的定位头（6）以及结构相同的第一支链（1）、第二支链（2）和第三支链（3），其特征在于，所述的第一支链（1）、第二支链（2）和第三支链（3）均包括有：转动叉（11/21/31）、长度调节装置（12/22/32）和T形铰（14/24/34），所述的长度调节装置（12/22/32）旋转的连接在转动叉（11/21/31）一侧的插槽内，所述的转动叉（11/21/31）的另一侧旋转的连接在固定架（4）上，所述的T形铰（14/24/34）的一端旋转的连接在长度调节装置（12/22/32）的末端，所述的T形铰（14/24/34）的另外两端同轴线且同时旋转的连接在动平台（5）上，所述长度调节装置（12/22/32）的顶端连接有一个驱动装置（13/23/33），使所述长度调节装置（12/22/32）成为主动移动副，其中，连接所述的T形铰（14/24/34）和长度调节装置（12/22/32）的旋转轴线（1c）平行于所述主动移动副的移动方向，连接所述转动叉（11/21/31）和固定架（4）的旋转轴线（1a）与连接所述长度调节装置（12/22/32）和转动叉（11/21/31）的旋转轴线（1b）垂直相交，所述的第一支链（1）和第二支链（2）分别位于固定架（4）的两侧，第三支链（3）位于固定架（4）的下面。
2.根据权利要求1所述的一种多坐标混联机器人，其特征在于，所述定位头（6）为具有两个自由度的串联转头。
3.根据权利要求1所述的一种多坐标混联机器人，其特征在于，所述T形铰（14/24/34）包括有纵梁（141/241/341）和横梁（142/242/342），所述的横梁（142/242/342）垂直的连接在纵梁（141/241/341）的一侧，其中，所述的横梁（142/242/342）的另一端延长的形成有用于与长度调节装置（12/22/32）一端连接的横铰轴（a），所述的纵梁（141/241/341）的两端分别延长的形成有用于与动平台（5）连接的纵铰轴（b）。
4.一种多坐标混联机器人，包括固定架（7）、动平台（8）、连接在动平台（8）末端的定位头以及连接在固定架与动平台之间的第一支链（1）、第二支链（2）和第三支链（3），其特征在于，所述的第一支链（1）、第二支链（2）和第三支链（3）均包括有：转动叉（11/21/31）、长度调节装置（12/22/32）和T形铰（14/24/34），所述的长度调节装置（12/22/32）旋转的连接在转动叉（11/21/31）一侧的插槽内，所述的转动叉（11/21/31）的另一侧旋转的连接在固定架（7）上，所述的T形铰（14/24/34）的一端与长度调节装置（12/22/32）的末端连接，所述的T形铰（14/24/34）的另外两端同轴线且同时旋转的连接在动平台（8）上，其中，所述第一支链（1）和第二支链（2）的T形铰（14/24）的一端是固定连接在所对应的长度调节装置（12/22）末端的，所述第三支链（3）的T形铰（34）的一端是旋转的连接在第三支链(3)的长度调节装置（32）末端的，所述长度调节装置（12/22/32）的顶端连接有一个驱动装置（13/23/33），使所述长度调节装置（12/22/32）成为主动移动副，所述的第一支链（1）和第二支链（2）分别位于固定架（7）的两侧，第三支链（3）位于固定架（7）的下面，并且，连接所述第一支链（1）的转动叉（11）和固定架（7）的旋转轴线与连接所述第二支链（1）的转动叉（21）和固定架（7）的旋转轴线共线，连接所述的T形铰（14/24/34）和长度调节装置（12/22/32）的轴线（1c）平行于所述主动移动副的移动方向，连接所述转动叉（11/21/31）和固定架（4）的旋转轴线（1a）与连接所述长度调节装置（12/22/32）和转动叉（11/21/31）的旋转轴线（1b）垂直相交；第一支链（1）的长度调节装置（12）与转动叉（11）所形成的旋转轴线（1b）、第二支链（2）的长度调节装置（22）与转动叉（21）形成的旋转轴线、第一支链（1）的T形铰（14）与动平台（8）形成的旋转轴线（1d），以及第二支链（2）的T形铰（24）与动平台（8）形成的旋转轴线这四条轴线相互平行。
5.根据权利要求4所述的一种多坐标混联机器人，其特征在于，所述定位头为具有2自由度的串联转头结构的定位头（6），或为具有3自由度的串联转头结构的定位头（9）。
6.根据权利要求4所述的一种多坐标混联机器人，其特征在于，所述T形铰（14/24/34）包括有纵梁（141/241/341）和横梁（142/242/342），所述的横梁（142/242/342）垂直的连接在纵梁（141/241/341）的一侧，其中，所述的横梁（142/242/342）的另一端延长的形成有用于与长度调节装置（12/22/32）一端连接的横铰轴（a），所述的纵梁（141/241/341）的两端分别延长的形成有用于与动平台（5）连接的纵铰轴（b）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |