CN103231371A - 并联机器人及其平行四边形杆组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联机器人及其平行四边形杆组，属于工业机器人领域。并联机器人包括静平台、动平台、并联安装于静平台和动平台之间的三个支链；三个支链由结构相同的第一支链、第二支链和第三支链构成；第一支链具有第一平行四边形杆组；第一平行四边形杆组包括依次顺序连接的第一转轴、第一从动杆、第二转轴、第二从动杆、设置于第一转轴上的第一转动副、设置于第二转轴上的第二转动副；第一转轴两端对称设置有涨紧套，第一转轴的端面贴合于第一转动副的端面。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，同时设置结构精准的平行四边形杆组，使得机构运行平稳。

Description

并联机器人及其平行四边形杆组

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平行四边形杆组。

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，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平行四边形杆组。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种并联机器人，所述并联机器人包括静平台、动平台、并联安装于所述静平台和所述动平台之间的三个支链；所述三个支链由结构相同的第一支链、第二支链和第三支链构成；所述第一支链具有第一平行四边形杆组；

所述第一平行四边形杆组包括依次顺序连接的第一转轴、第一从动杆、第二转轴、第二从动杆、设置于所述第一转轴上的第一转动副、设置于所述第二转轴上的第二转动副；

所述第一转轴两端对称设置有涨紧套，所述第一转轴的端面贴合于所述第一转动副的端面。

具体地，所述第一转轴和所述第二转轴相对平行设置、所述第一从动杆和所述第二从动杆相对平行设置。

具体地，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；

所述第一转轴由所述第一转动副与所述第一主动杆转动连接，所述第二转轴由所述第二转动副与所述动平台转动连接。

进一步地，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设置有第一连接叉、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。

进一步地，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，另一端均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以及第二平行四边形杆组；

所述第三支链包括第三主动杆以及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；

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平行四边形杆组，所述第一平行四边形杆组包括依次顺序连接的第一转轴、第一从动杆、第二转轴、第二从动杆、设置于所述第一转轴上的第一转动副、设置于所述第二转轴上的第二转动副；

所述第一转轴和所述第二转轴相对平行设置、所述第一从动杆和所述第二从动杆相对平行设置；

所述第一转轴两端对称设置有涨紧套，所述第一转轴的端面顶到所述第一转动副的端面。

具体地，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。

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，同时设置结构精准的平行四边形杆组，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是本发明实施例提供的并联机器人结构示意图；

图2是本发明实施例提供的并联机器人A-A平面图;

图3是图2中的I部结构剖视图。

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。

本发明实施例提供了一种并联机器人及其平行四边形杆组，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l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设有末端执行器20，通过一根工艺轴连接基座21与末端执行器20。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。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5一端连接驱动装置的驱动轴，另一端与动平台2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与涨紧套311a连接。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。

详细地，第一从动杆313一端设置有第一连接叉313a、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的旋转运动，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，同时设置结构精准的平行四边形杆组，使得机构运行平稳。

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 (10)

1.一种并联机器人，包括静平台、动平台、并联安装于所述静平台和所述动平台之间的三个支链；所述三个支链由结构相同的第一支链、第二支链和第三支链构成；所述第一支链具有第一平行四边形杆组；其特征在于，

所述第一平行四边形杆组包括依次顺序连接的第一转轴、第一从动杆、第二转轴、第二从动杆、设置于所述第一转轴上的第一转动副、设置于所述第二转轴上的第二转动副；

所述第一转轴两端对称设置有涨紧套，所述第一转轴的端面贴合于所述第一转动副的端面。

2.根据权利要求1所述的并联机器人，其特征在于，

所述第一转轴和所述第二转轴相对平行设置、所述第一从动杆和所述第二从动杆相对平行设置。

3.根据权利要求1所述的并联机器人，其特征在于，

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。

4.根据权利要求1所述的并联机器人，其特征在于，

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。

5.根据权利要求1或2所述的并联机器人，其特征在于，

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设置有第一连接叉、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。

6.根据权利要求1所述的并联机器人，其特征在于，

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，另一端均分别与动平台三个本体铰接。

7.根据权利要求1或6所述的并联机器人，其特征在于，

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。

8.根据权利要求1所述的并联机器人，其特征在于，

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；

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。

9.一种平行四边形杆组，其特征在于，

所述第一平行四边形杆组包括依次顺序连接的第一转轴、第一从动杆、第二转轴、第二从动杆、设置于所述第一转轴上的第一转动副、设置于所述第二转轴上的第二转动副；

所述第一转轴和所述第二转轴相对平行设置、所述第一从动杆和所述第二从动杆相对平行设置；

所述第一转轴两端对称设置有涨紧套，所述第一转轴的端面顶到所述第一转动副的端面。

10.根据权利要求9所述的平行四边形杆组，其特征在于，

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。

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