CN103231370B - 并联机器人及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联机器人及其安装方法，属于工业机器人领域。并联机器人具有动平台、连接于动平台的第一支链；第一支链具有第一主动杆、与第一主动杆连接的第一平行四边形杆组；第一平行四边形杆组具有第一从动杆、与第一从动杆连接的第一转轴；动平台具有基座；第一从动杆一端对称设置有第一连接叉和第二连接叉，第一连接叉、第二连接叉与第一转轴装配，第一转轴两端面对称设置有涨紧套；基座与末端执行器通过一根可拆除的工艺轴连接。本发明通过空间布置的三个支链来实现末端动平台的二维移动，有效提高机构整体刚度，同时通过此种安装方法，保证了机构连接的准确性，使得机构运行平稳。

Description

并联机器人及其安装方法

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，特别涉及一种并联机器人及其安装方法。

背景技术

并联机构（Parallel Mechanism，简称PM），可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。

并联机器人和传统工业用串联机器人在哲学上呈对立统一的关系，和串联机器人相比较，并联机器人具有以下特点：

（1）无累积误差，精度较高；

（2）驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；

（3）结构紧凑，刚度高，承载能力大；

（4）完全对称的并联机构具有较好的各向同性；

（5）工作空间较小。

根据这些特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用。

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。现有的并联机构一般包括机架、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。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有机构具有局限性，机构每条支链各含两组平行四边形机构，机构的安装方法并非最佳的安装方法，使得结构为非绝对的平行四边形，在运动过程中会出现震动，及瞬态冲击；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

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种并联机器人及其安装方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种并联机器人，所述并联机器人具有动平台、连接于所述动平台的第一支链；所述第一支链具有第一主动杆、与所述第一主动杆连接的第一平行四边形杆组；所述第一平行四边形杆组具有第一从动杆、与所述第一从动杆连接的第一转轴；所述动平台具有基座；

所述第一从动杆一端对称设置有第一连接叉和第二连接叉，所述第一连接叉、所述第二连接叉与所述第一转轴装配；

所述基座与末端执行器通过一根可拆除的工艺轴连接。

具体地，所述第一平行四边形杆组还具有相对于所述第一从动杆平行设置的第二从动杆、与所述第一从动杆连接的第一转动副、相对于所述第一转动副平行设置的第二转动副；

所述第一转轴和所述第一转动副组成A1边，所述第二转轴和所述第二转动副组成A2边；

所述第一从动杆和所述第二从动杆分别为B1边和B2边；

所述A1边与所述A2边平行且相等；

所述B1边与所述B2边平行且相等。

具体地，所述第一平行四边形杆组一端由所述第一转动副与第一主动杆连接，另一端由所述第二转动副与动平台本体连接；

所述第一转动副的轴线与所述第二转动副的轴线相互平行。

具体地，所述第一从动杆和所述第二从动杆结构完全相同；

所述第一从动杆一端对称设置有第一连接叉和第二连接叉、设置于所述第一连接叉和所述第二连接叉之间的铰链销；所述第一从动杆另一端设置有与此相同的结构。

具体地，所述并联机器人还具有静平台、与所述静平台连接的第二支链和第三支链；

所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链一端分别连接第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置，另一端分别与动平台三个本体铰接。

具体地，所述第二支链包括第二主动杆和第二平行四边形杆组；

所述第三支链包括第三主动杆和第三平行四边形杆组。

具体地，所述静平台设有第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置，其两两互成120°；

所述第一驱动装置、所述第二驱动装置和所述第三驱动装置均为伺服马达。

具体地，所述动平台具有基座、沿所述基座向外延伸出三个本体，两两互成120°；所述基座设有末端执行器。

另一方面，本发明实施例提供了一种并联机器人的安装方法，所述并联机器人的安装方法包括如下步骤：

S101：安装第一从动杆一端的第一连接叉和第二连接叉；

S102：将第一连接叉、第二连接叉与第一转轴装配；

S103：将第一转轴与涨紧套连接；

S104：重复上述步骤，完成其他相同部件的安装；

S105：将末端执行器与基座连接；

S106：调整电机驱动轴后，锁紧另一涨紧套。

具体地，所述步骤S101具体包括：装配第一从动杆一端对称设置的第一连接叉和第二连接叉，用夹具保证两个连接叉的侧面平行后，拧紧螺钉。

具体地，所述步骤S102具体包括：将对称设置的第一连接叉、第二连接叉与第一转轴装配，在保证第一转轴两端的轴承中心距后，锁紧螺母。

具体地，所述第一转轴和第一转动副组成A1边，所述第二转轴和第二转动副组成A2边；所述第一从动杆和第二从动杆分别为B1边、B2边。

具体地，所述步骤S103具体包括：第一转轴的端面通过涨紧套贴合于第一转动副的端面，由第一从动杆所在平面进行定位，再反向打螺钉、拧紧螺母；保证A1边与A2边平行且相等，B1边、B2边的平行且相等的结构是基于A1边、A2边平行且相等的结构上的。

具体地，所述步骤S105具体包括：基座与末端执行器通过一根工艺轴连接；工艺轴一端连接基座的中心孔，另一端连接末端执行器的中心孔，基座中心与末端执行器中心同轴，在固定驱动轴与主动杆后即可拆除工艺轴。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过空间布置的三个支链来实现末端动平台的二维移动，有效提高机构整体刚度，同时通过此种安装方法，保证了机构连接的准确性，使得机构运行平稳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的并联机器人结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的并联机器人A-A平面图;

图3是图2中的I部结构剖视图；

图4是本发明实施例二提供的安装方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例一提供了一种并联机器人，参见图1，所述并联机器人包括静平台1、与静平台1相匹配的动平台2、并联安装于静平台1和动平台2之间的三个运动支链。

具体地，静平台1设有第一驱动装置11、第二驱动装置12和第三驱动装置13。其中，第一驱动装置11、第二驱动装置12、第三驱动装置13互成120°安装于静平台1。其两两之间角度相同，可使静平台1受力更均匀，运动精度提高、误差减小。第一驱动装置11、第二驱动装置12、第三驱动装置13所提供的运动为转动，可采用如图1所示的伺服电机，从而可通过控制装置对其旋转运动进行精确控制。

具体地，动平台2具有基座21、沿基座21向外延伸出三个本体22，其两两之间互成120°。基座21中心位置设有末端执行器20。末端执行器20可为夹爪、吸盘等，结合不同的末端执行器20，并联机器人可相应完成搬运及定位等多种工作。

具体地，三个运动支链由结构相同的第一支链3、第二支链4和第三支链5构成；第一支链3、第二支链4和第三支链5将所在平面等分，均由主动杆和平行四边形杆组构成；第一支链3、第二支链4和第三支链5一端分别连接第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置，另一端分别与动平台三个本体铰接。

以下仅以第一支链3为例，对各支链的机构进行详细说明。

进一步地，第一支链3由第一主动杆30、设置在第一主动杆30和动平台2之间的第一平行四边形杆组31组成。

详细地，第一平行四边形杆组31包括相对设置的第一转轴311、第二转轴312，以及相对设置的第一从动杆313、第二从动杆314。第一转轴311与第二转轴312结构尺寸完全相同。第一从动杆313和第二从动杆314结构尺寸完全相同。

进一步地，参见图3，第一转轴311两端对称设置有涨紧套311a，第一转轴311通过螺母311b与两端的涨紧套311a连接；此时，第一转轴311的端面顶到第一转动副32的端面；另一侧的结构与此相同。

详细地，第一从动杆313一端对称设置有第一连接叉313a和第二连接叉313b、设置于第一连接叉313a和第二连接叉313b之间的铰链销313c。第一从动杆313另一端设置有与此相同的结构。

其中，第一主动杆30一端与第一驱动装置11相连，另一端通过铰链销313c与第一从动杆313的一端相连。第一从动杆313另一端通过铰链销与动平台2相连。

其中，第一平行四边形杆组31一端由第一转动副32与第一主动杆30连接，另一端由第二转动副33与动平台2连接。第一转动副32的轴线与第二转动副33的轴线相互平行。第一驱动装置11用于输出旋转运动，以使第一主动杆30转动。第一转轴311由第一转动副32与第一主动杆30转动连接，第二转轴312由第二转动副33与动平台2转动连接。

支链4、5的结构均与支链3相同，在此不再赘述。

其中，第二支链4包括第二主动杆40以及第二平行四边形杆组41；第三支链5包括第三主动杆50以及第三平行四边形杆组51。

参见图2，第一支链3、第二支链4和第三支链5均位于A-A平面，两两互成120°等分A-A平面。动平台2带动末端执行器20相对于静平台1的运动可通过第一驱动装置11、第二驱动装置12和第三驱动装置13的旋转实现。第一驱动装置11、第二驱动装置12和第三驱动装置13提供驱动时，动平台2将在A-A平面内实现二自由度平动。

以下详细介绍本发明实施例提供的并联机器人的动作过程。并联机器人能够实现沿空间坐标轴Z的平移运动，以下举例说明。

当与第一支链3、第二支链4和第三支链5连接的第一驱动装置11、第二驱动装置12、第三驱动装置13分别驱动对应的第一主动杆30、第二主动杆40和第三主动杆50同时动作时，动平台2沿Z轴作平移运动。

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。

本发明实施例一提供的技术方案带来的有益效果是：通过空间布置的三个支链来实现末端动平台的二维移动，有效提高机构整体刚度。

实施例二

本发明实施例二提供了一种并联机器人的安装方法，所述并联机器人的结构与实施例一提供的并联机器人的结构相同，在此不再详述。下面以第一支链3的安装方法进行举例说明。

参见图4，所述并联机器人的安装方法包括如下步骤：

S101：装配第一从动杆一端对称设置的第一连接叉和第二连接叉。

具体地，装配第一从动杆313一端对称设置的第一连接叉313a和第二连接叉313b，用夹具保证两个连接叉的侧面平行后，拧紧螺钉。

S102：将对称设置的第一连接叉、第二连接叉与第一转轴装配。

具体地，将对称设置的第一连接叉313a、第二连接叉313b与第一转轴311装配，在保证第一转轴311两端的轴承中心距后，锁紧螺母。

S103：将第一转轴与涨紧套连接。

具体地，第一转轴311的端面通过涨紧套贴合于第一转动副32的端面，由第一从动杆313所在平面进行定位，再反向打螺钉、拧紧螺母。从而使带有锥面结构的胀紧套压紧销轴，以摩擦力固定销轴。另一侧的安装方式与此相同。保证A1边与A2边平行且相等，B1边、B2边的平行且相等的结构是基于A1边、A2边平行且相等的结构上的。其中，第一转轴311和第一转动副32组成A1边，第二转轴312和第二转动副33组成A2边；B1边、B2边分别为第一从动杆313和第二从动杆314。两组对边平行且相等，使平行四边形杆组31为一精确的平行四边形结构。若结构为非绝对的平行四边形，则在运动过程中会出现震动，及瞬态冲击。

S104：重复上述步骤，完成其他相同部件的安装。

S105：基座与末端执行器连接。

具体地，基座21与末端执行器20通过一根工艺轴连接。工艺轴一端连接基座21的中心孔，另一端连接末端执行器20的中心孔，使得基座中心与末端执行器中心同轴，从而保证了三根主动杆的初始摆角是完全一致的，在固定驱动轴与主动杆后即可拆除工艺轴。

S106：调整电机驱动轴后，锁紧另一涨紧套。

具体地，调整电机驱动轴获得编码器的零点位置后，锁紧另一涨紧套。

本发明实施例二提供的技术方案带来的有益效果是：通过此种安装方法，保证了机构连接的准确性，使得机构运动平稳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种并联机器人的安装方法，其特征在于，所述并联机器人具有静平台、与静平台相匹配的动平台、并联安装于静平台和动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链，所述第一支链具有第一主动杆、与所述第一主动杆连接的第一平行四边形杆组；

所述第一平行四边形杆组具有第一从动杆、与所述第一从动杆连接的第一转轴；

所述第一平行四边形杆组还具有相对于所述第一从动杆平行设置的第二从动杆、与所述第一从动杆连接的第一转动副、相对于所述第一转动副平行设置的第二转动副；

第一平行四边形杆组包括相对设置的第一转轴、第二转轴，第一转轴与第二转轴结构尺寸完全相同；

所述第一转轴和所述第一转动副组成A1边，所述第二转轴和所述第二转动副组成A2边；

所述第一从动杆和所述第二从动杆分别为B1边和B2边；

所述A1边与所述A2边平行且相等；

所述B1边与所述B2边平行且相等；

所述第一从动杆和所述第二从动杆结构完全相同；所述第一从动杆一端对称设置有第一连接叉和第二连接叉、设置于所述第一连接叉和所述第二连接叉之间的铰链销；所述第一从动杆另一端设置有与此相同的结构；

第一转轴两端对称设置有涨紧套，第一转轴通过螺母与两端的涨紧套连接；

所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链结构完全相同；

所述动平台具有基座、沿所述基座向外延伸出三个本体，两两互成120°；所述基座设有末端执行器；

所述基座与末端执行器通过一根可拆除的工艺轴连接；

所述并联机器人的安装方法包括如下步骤：

S101：安装第一从动杆一端的第一连接叉和第二连接叉；

S102：将第一连接叉、第二连接叉与第一转轴装配；

S103：将第一转轴与涨紧套连接；

S104：重复上述步骤，完成其他相同部件的安装；

S105：将末端执行器与基座连接；

S106：调整电机驱动轴后，锁紧另一涨紧套；

所述步骤S103具体包括：第一转轴的端面通过涨紧套贴合于第一转动副的端面，由第一从动杆所在平面进行定位，再反向打螺钉、拧紧螺母；保证A1边与A2边平行且相等，B1边、B2边的平行且相等的结构是基于A1边、A2边平行且相等的结构上的。

2.根据权利要求1所述的并联机器人的安装方法，其特征在于，所述步骤S101具体包括：装配第一从动杆一端对称设置的第一连接叉和第二连接叉，用夹具保证两个连接叉的侧面平行后，拧紧螺钉。

3.根据权利要求1所述的并联机器人的安装方法，其特征在于，所述步骤S102具体包括：将对称设置的第一连接叉、第二连接叉与第一转轴装配，在保证第一转轴两端的轴承中心距后，锁紧螺母。

4.根据权利要求1所述的并联机器人的安装方法，其特征在于，所述步骤S105具体包括：基座与末端执行器通过一根工艺轴连接；工艺轴一端连接基座的中心孔，另一端连接末端执行器的中心孔，基座中心与末端执行器中心同轴，在固定驱动轴与主动杆后即可拆除工艺轴。