CN103753521B - 一种齿轮齿条式四自由度高速并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮齿条式四自由度高速并联机器人，包括静平台、动平台以及四组结构相同的支链；动平台包括相对的子平台I和子平台II，两子平台分别与两组相邻支链的下连接轴连接；在两子平台之间设有导向机构和角度转换机构，导向机构包括两个导向架和两根导向轴，两根导向轴相互平行，分别固定在子平台II的上下两侧；两个导向架分别固定在子平台I的上下两侧，每个导向架与对应的导向轴滑动连接；角度转换机构包括齿条和齿轮，齿条固定在子平台II上，齿轮安装在齿轮轴上，齿轮与齿条啮合，齿轮轴的末端固接有执行器，齿轮轴与子平台I转动连接。本发明的动平台结构紧凑、设计轻巧，传动精度高且力传递效果好，满足高速抓放操作的要求。

Description

一种齿轮齿条式四自由度高速并联机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种能够实现空间三维平动一维转动的高速并联机器人。

背景技术

现有专利US6516681、US7735390和JP3931296所公开的可实现三维平动一维转动的并联机器人，包括四条主动支链和一个动平台，每条主动支链的一端由安装在静平台上的电机驱动，相对于静平台仅具有一个转动或移动自由度；另一端与动平台连接，保证机构的三维平动。其转动自由度是通过不同形式的动平台传动机构实现的。

专利US6516681所公开的并联机器人两相邻支链与一子平台连接，两子平台通过一根连杆铰接，并利用增速齿轮机构将两者的相对平动转换为末端执行器的转动。其局限性在于，这种平台结构要求连架副轴线以特定方式布局从而避免奇异，导致运动学性能在工作空间中非轴对称。

专利US7735390所公开的并联机器人两相邻支链与一子平台连接，两子平台间通过两根等长连杆铰接构成平行四边形，并利用角度放大机构将平行四边形两对边的相对错动转换为末端执行器的转动。其局限性在于，角度放大机构降低了动平台的传动精度，同时增加了动平台的重量，不利于提高机构效率。

专利JP3931296所公开的并联机器人两相邻支链与一子平台连接，两子平台间通过导轨滑块机构相连，保证其平行错动。其角度转换方式有两种：第一种为利用滑轮和钢丝绳的组合传动，其局限性在于，当负载的转动惯量较大时会出现传动不可靠的情况；第二种为齿轮和双齿条啮合传动，其局限性在于，双导轨滑块的使用增加了动平台的尺寸和重量，不利于实现高速运动。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种齿轮齿条式四自由度高速并联机器人，该机器人的动平台结构紧凑、设计轻巧，传动精度高且力传递效果好，满足高速抓放操作的要求。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种齿轮齿条式四自由度高速并联机器人，包括静平台、动平台以及轴正交布置在所述静平台与动平台之间的四组结构相同的支链；每组所述支链包括一驱动装置、一主动臂和一从动臂，所述从动臂包括上连接轴、下连接轴和两根平行且等长的从动杆，两根所述从动杆的上端分别通过球铰链与所述上连接轴连接，下端分别通过球铰链与所述下连接轴连接，两根所述从动杆、所述上连接轴和所述下连接轴构成平行四边形，所述下连接轴固接在所述动平台上，所述上连接轴固接在所述主动臂的外端上，所述主动臂的内端与驱动装置连接，所述驱动装置安装在所述静平台上；

所述动平台包括相对的子平台I和子平台II，所述子平台I和所述子平台II分别与两组相邻支链的下连接轴固接；在所述子平台I和所述子平台II之间设有导向机构和角度转换机构，所述导向机构包括两个导向架和与其对应的两根导向轴，两根所述导向轴相互平行，分别固定在所述子平台II的上下两侧；两个所述导向架分别固定在所述子平台I的上下两侧，每个所述导向架与对应的所述导向轴滑动连接；所述角度转换机构包括齿条和齿轮，所述齿条固定在所述子平台II上，所述齿轮安装在齿轮轴上，所述齿轮与所述齿条啮合，所述齿轮轴的末端固接有执行器，所述齿轮轴与所述子平台I转动连接。

本发明具有的优点和积极效果是：采用齿轮齿条传动，消除了角度放大机构所带来的误差放大，提高了传动精度，同时降低了动平台的质量；两个子平台间采用导向轴的连接方式，使其整体结构紧凑，有利于减小动平台尺寸，并且具有导向性好、刚度高、传动可靠等优点，有利于实现高速运动，满足复杂抓放操作的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的动平台结构示意图之一；

图3为本发明的动平台结构示意图之二。

图中：1、静平台，2、伺服电机，3、减速器，4、主动臂，5、上连接轴，6a、6b、从动杆，7、下连接轴，8、动平台；11、子平台I，12、子平台II，13、导向轴，14、导向架，15、滑动轴承，16、齿条，17、齿轮，18、齿轮轴，19、执行器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，一种齿轮齿条式四自由度高速并联机器人，包括静平台1、伺服电机2、减速器3、动平台8以及轴正交布置在所述静平台1与动平台8之间的四组结构相同的支链；每组支链由主动臂4、上连接轴5、平行且等长的从动杆6a、6b和下链接轴7组成；所述主动臂4的内端与固定在静平台1上的减速器3的输出端固接，所述减速器3的输入端与所述伺服电机2的输出端固接，主动臂4的外端与上连接轴5固接；所述两根从动杆6a、6b的上端分别通过球铰链与所述上连接轴5连接，下端分别通过球铰链与固接在所述动平台8上的下连接轴7连接；每组所述支链上两根平行的从动杆6a、6b、上连接轴5和下连接轴7构成平行四边形从动臂。所述伺服电机2和减速器3为主动臂4提供一个转动自由度。

请参阅图2和图3，所述动平台8包括相对的子平台I11和子平台II12，所述子平台I11和子平台II12分别与两组相邻支链的下连接轴7固接。在所述子平台I11和所述子平台II12之间设有导向机构和角度转换机构，所述导向机构包括两个导向架14和与其对应的两根导向轴13，两根所述导向轴13相互平行，分别固定在所述子平台II12的上下两侧，两个所述导向架14分别固定在所述子平台I11的上下两侧，每个所述导向架14与对应的所述导向轴13通过滑动轴承15连接。两根所述导向轴13和两个所述导向架14构成一组导向机构，保证子平台II12相对于子平台I11只能沿导向轴13的轴向移动。所述角度转换机构包括齿条16和齿轮17，所述齿条16固定在子平台II12上，可随子平台II12移动；所述齿轮17安装在齿轮轴18上，与所述齿条16啮合。所述齿轮轴18末端固接有执行器19，并通过轴承与子平台I11转动连接。上述角度转换机构可以将子平台II12沿导向轴13的移动转换为齿轮17的转动，从而带动齿轮轴18和吸盘19转动，进而实现执行器19绕垂直于动平台8所在平面轴线的转动。

本发明与现有技术相比，其不同点在于：

（1）齿轮齿条传动不产生放大误差，具有较高的传动精度；

（2）使用导向轴连接两个子平台，可以减小动平台的尺寸和质量，使其整体结构刚性、导向性和稳定性好。

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，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种齿轮齿条式四自由度高速并联机器人，包括静平台、动平台以及轴正交布置在所述静平台与动平台之间的四组结构相同的支链；每组所述支链包括一驱动装置、一主动臂和一从动臂，所述从动臂包括上连接轴、下连接轴和两根平行且等长的从动杆，两根所述从动杆的上端分别通过球铰链与所述上连接轴连接，下端分别通过球铰链与所述下连接轴连接，两根所述从动杆、所述上连接轴和所述下连接轴构成平行四边形，所述下连接轴固接在所述动平台上，所述上连接轴固接在所述主动臂的外端上，所述主动臂的内端与驱动装置连接，所述驱动装置安装在所述静平台上；其特征在于，

所述动平台包括相对的子平台I和子平台II，所述子平台I和所述子平台II分别与两组相邻支链的下连接轴固接；在所述子平台I和所述子平台II之间设有导向机构和角度转换机构，所述导向机构包括两个导向架和与其对应的两根导向轴，两根所述导向轴相互平行，分别固定在所述子平台II的上下两侧；两个所述导向架分别固定在所述子平台I的上下两侧，每个所述导向架与对应的所述导向轴滑动连接；所述角度转换机构包括齿条和齿轮，所述齿条固定在所述子平台II上，所述齿轮安装在齿轮轴上，所述齿轮与所述齿条啮合，所述齿轮轴的末端固接有执行器，所述齿轮轴与所述子平台I转动连接。