CN104260080A - 三自由度杆内置并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三自由度杆内置并联机器人，包括静平台、动平台、第一支链、第二支链、第三支链以及驱动机构，其中，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链处于同一平面并内置于机器人空间，同时并联地连接所述静平台和动平台；所述驱动机构分别驱动所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链，以带动所述动平台作三自由度平动。本发明的从动杆组之间的夹紧大大减小，刚度好，负载能力大。

Description

三自由度杆内置并联机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，特别涉及三自由度杆内置并联机器人。

背景技术

目前，在轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装等作业很多利用机器人执行。而在众多的机器人中，常采用并联机器人实现多方位的快速运动，其中DELTA构型的并联机器人是典型代表。并联机器人与传统串联机器人相比，具有以下特点：

1)无累计误差，运动精度和重复精度高；

2)运动部件质量轻，运动速度快，动态响应好；

3)工作空间较小。

由于上述特点，并联机器人得以广泛应用。但同时，DELTA构型的机器人也存在一些缺陷：从动杆组与垂线的夹角较大；机器人的刚度差，负载能力小。这成为本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三自由度杆内置并联机器人，其从动杆组之间的夹角大大减小，刚度好，负载能力大。以解决现有技术中一个或者多个问题。

实现上述目的的技术方案是：

一种三自由度杆内置并联机器人，包括：静平台、动平台、第一支链、第二支链、第三支链以及驱动机构，其中：

所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链处于同一平面并内置于机器人空间，同时并联地连接所述静平台和所述动平台；

所述驱动机构分别驱动所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链，以带动所述动平台作三自由度平动。从而通过控制内置的三个支链来实现末端动平台的三自由度平动，使得从动杆组之间的夹紧大大减小，提高从动杆的负载能力，最终使得机器人的负载能力得以大大提高。

在一些实施例中，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链的结构相同：

所述第一支链包括：固定于所述静平台内侧且向静平台中心延伸的第一支撑座，轴接于该第一支撑座的第一主动杆，以及第一从动杆组，其中，

所述驱动机构驱动所述第一主动杆绕该第一主动杆与所述第一支撑座的相接轴旋转；

所述第一从动杆组的一端通过第一转动副连接所述第一主动杆，另一端通过第二转动副连接所述动平台。通过对三个支链的具体化，得以更好地实现动平台的三自由度平动。

在一些实施例中，所述第一从动杆组包括四个从动杆，该四个从动杆依次通过第三转动副首尾相连并构成平行四边形；

所述平行四边形一对边的一个从动杆通过所述第一转动副连接所述第一主动杆，该对边的另一个从动杆通过所述第二转动副连接所述动平台。通过将从动杆组具体化，获得更合理的传动以及运动精度。

在一些实施例中，所述第一主动杆沿着垂直于其与所述第一支撑座的相接轴的方向延伸，并在延伸部尾端形成第一套筒；

所述第一从动杆组一对边的一个从动杆穿过所述第一套筒，并对该第一套筒的两端限位；该对边的另一从动杆穿过所述动平台上设置的第二套筒，并对该第二套筒的两端限位。将第一转动副具体化，获得良好的灵活性好和强度。

在一些实施例中，所述第一支链、第二支链和第三支链的各自主动杆的旋转平面两两之间的夹角相同；

所述第一支链、第二支链和第三支链的各自从动杆组所在平面两两之间的夹角相同。从而使得三个支链均匀布置。

在一些实施例中，所述动平台上设置有与所述第一支链、第二支链和第三支链一一对应的三个第二套筒，该三个第二套筒各自的轴线两两之间的夹角相同。进一步地限定三个支链均匀布置。

在一些实施例中，所述驱动机构包括：对应于所述第一支链的第一伺服电机和第一减速机，对应于所述第二支链的第二伺服电机和第二减速机，以及对应于所述第三支链的第三伺服电机和第三减速机；

所述第一伺服电机和所述第一减速机均固定在所述第一支撑座上；

所述第一伺服电机的输出端与所述第一减速机的输入端相接；

所述第一减速机的输出轴与所述第一主动杆固接，并且该输出轴的轴线与所述第一主动杆和所述第一支撑座的相接轴的轴线重合。通过对驱动机构的具体描述，使得整体的三自由度杆内置并联机器人得以实现。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的三自由度杆内置并联机器人的结构示意图；

图2是本发明一种实施方式的三自由度杆内置并联机器人的第一主动杆与第一从动杆组连接结构图；

图3是本发明一种实施方式的三自由度杆内置并联机器人的从动杆组与动平台连接结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1、图2和图3，本发明的三自由度杆内置并联机器人，包括静平台1、动平台2、第一支链3、第二支链4、第三支链5以及驱动机构。其中：

静平台1为固定位置的平台。

第一支链3、第二支链4和第三支链5的结构相同，并联安装于静平台1和动平台2之间，并置于机器人空间内。本实施例中，它们两两成相同夹角且均匀分布在同一平面上。

第一支链3包括第一支撑座31、第一主动杆34和第一从动杆组，第一从动杆组包括围成平行四边形的两对从动杆35、36。第二支链4包括第二支撑座41、第二主动杆44和第二从动杆组，第二从动杆组包括围成平行四边形的两对从动杆45、46。第三支链5包括第三支撑座51、第三主动杆54和第三从动杆组，第三从动杆组包括围成平行四边形的两对从动杆55、56。因为结构相同，只是位置不一样，所以以第一支链3为例，叙述如下：

第一支撑座31固定在静平台1的内侧面上，并朝着静平台1的中心延伸(同理，第二支撑座41和第三支撑座51同样布置，且它们两两之间与静平台1中心点的夹角相等)，从而为三个支链内置于机器人空间提供基础。本实施例中，第一支撑座31、第二支撑座41和第三支撑座51处在同一平面，并且两两夹角一致。

第一主动杆34轴接于第一支撑座31，通过驱动机构的驱动，绕第一主动杆34与第一支撑座31的相接轴(该相接轴的轴线为A1)旋转。同理，第二主动杆44绕轴线A2旋转。第三主动杆54绕轴线A3旋转。第一主动杆34相对于轴接端的另一端通过第一转动副连接第一从动杆组的一端，该第一从动杆组的另一端通过第二转动副连接动平台2。

第一从动杆组包括一对从动杆35以及另一对从动杆36，该四个从动杆依次通过第三转动副首尾相连并构成平行四边形，即：四个从动杆之间通过销钉37、39铰接。作为平行四边形一对边的一对从动杆35，一个从动杆35通过第一转动副连接第一主动杆34，另一个从动杆35通过第二转动副连接动平台2。此对边优先选择短边。由于是转动副连接，实现平行四边形所在平面绕第一主动杆34转动，同时，该平行四边形的第一从动杆组自身也通过转动副实现变形。第一支链3、第二支链4和第三支链5的各自从动杆组所在平面两两之间的夹角相同。

具体地，如图2和图3所示，沿着垂直于第一主动杆34与第一支撑座31的相接轴的方向，第一主动杆34延伸，并在延伸部尾端形成第一套筒341(同理，第二主动杆44和第三主动杆54均延伸有第一套筒)。动平台2上设置有与第一支链3、第二支链4和第三支链5一一对应的三个第二套筒，该三个第二套筒各自的轴线两两之间的夹角相同，以使得三个支链可以均匀布置。

作为平行四边形一对边的一对从动杆35，一个从动杆35的中部套接第一套筒341，两端对该第一套筒341限位。该对边的另一从动杆35的中部套接第二套筒，两端对该第二套筒限位。其中，限位指：从动杆35的中部长度略大于第一套筒341、第二套筒的长度，从动杆35的两端的筒径大于中部的筒径，以起到限位作用。

驱动机构用于分别驱动第一支链3、第二支链4和第三支链5，以带动动平台2作三自由度平动。驱动机构包括：对应于第一支链3的第一伺服电机33和第一减速机32，对应于第二支链4的第二伺服电机43和第二减速机42，以及对应于第三支链5的第三伺服电机53和第三减速机52。第一伺服电机33和第一减速机32，第二伺服电机43和第二减速机42，以及第三伺服电机53和第三减速机52的布置方式一致，以对应于第一支链3的第一伺服电机33和第一减速机32为例：

第一伺服电机33和第一减速机32均固定在第一支撑座31上。第一伺服电机33的输出端与第一减速机32的输入端相接。第一减速机32的输出轴与第一主动杆34固接，并且该输出轴的轴线与第一主动杆34和第一支撑座31的相接轴的轴线A1重合。

综上可知，第一主动杆34的旋转平面与轴线A1垂直，第二主动杆44的旋转平面与轴线A2垂直，第三主动杆54的旋转平面与轴线A3垂直，并且这三个旋转平面两两之间的夹角相同。第一从动杆组的一个从动杆35绕第一主动杆34的第一套筒341的轴线A11旋转，另一个从动杆35绕平台2的一个第二套筒的轴线A14旋转。第一从动杆组的一对从动杆36可以分别绕销钉37、39的轴线A12、A13、A15、A16旋转。

综上，通过将第一支链3、第二支链4和第三支链5均内置于机器人空间内，各个支链不会外扩，区别于传统的三自由度并联结构，使得从动杆组之间的夹角大大减小，从而使得从动杆的负载能力大大提高，最终使得机器人的负载能力得以大大提高。

本发明中采用纯并联机构，降低运动部件重量，从而提高动平台的速度和精度。并且本发明的并联机构易于控制、动平台工作空间大、分布对称，设计简单，易于安装和维护。

以上所述仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三自由度杆内置并联机器人，其特征在于，包括：静平台(1)、动平台(2)、第一支链(3)、第二支链(4)、第三支链(5)以及驱动机构，其中：

所述第一支链(3)、所述第二支链(4)和所述第三支链(5)处于同一平面并内置于机器人空间，同时并联地连接所述静平台(1)和所述动平台(2)；

所述驱动机构分别驱动所述第一支链(3)、所述第二支链(4)和所述第三支链(5)，以带动所述动平台(2)作三自由度平动。

2.根据权利要求1所述的三自由度杆内置并联机器人，其特征在于，所述第一支链(3)、所述第二支链(4)和所述第三支链(5)的结构相同，

所述第一支链(3)包括：固定于所述静平台(1)内侧且向静平台(1)中心延伸的第一支撑座(31)，轴接于该第一支撑座(31)的第一主动杆(34)，以及第一从动杆组，其中，

所述驱动机构驱动所述第一主动杆(34)绕该第一主动杆(34)与所述第一支撑座(31)的相接轴旋转；

所述第一从动杆组的一端通过第一转动副连接所述第一主动杆(34)，另一端通过第二转动副连接所述动平台(2)。

3.根据权利要求2所述的三自由度杆内置并联机器人，其特征在于，

所述第一从动杆组包括四个从动杆，该四个从动杆依次通过第三转动副首尾相连并构成平行四边形；

所述平行四边形一对边的一个从动杆通过所述第一转动副连接所述第一主动杆(34)，该对边的另一个从动杆通过所述第二转动副连接所述动平台(2)。

4.根据权利要求3所述的三自由度杆内置并联机器人，其特征在于，

所述第一主动杆(34)沿着垂直于其与所述第一支撑座(31)的相接轴的方向延伸，并在延伸部尾端形成第一套筒(341)；

所述第一从动杆组一对边的一个从动杆穿过所述第一套筒(341)，并对该第一套筒(341)的两端限位；该对边的另一从动杆穿过所述动平台(2)上设置的第二套筒，并对该第二套筒的两端限位。

5.根据权利要求4所述的三自由度杆内置并联机器人，其特征在于，

所述第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)的各自主动杆(34、44、54)的旋转平面两两之间的夹角相同；

所述第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)的各自从动杆组所在平面两两之间的夹角相同。

6.根据权利要求4所述的三自由度杆内置并联机器人，其特征在于，所述动平台(2)上设置有与所述第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)一一对应的三个第二套筒，该三个第二套筒各自的轴线两两之间的夹角相同。

7.根据权利要求2至6任一项所述的三自由度杆内置并联机器人，其特征在于，

所述驱动机构包括：对应于所述第一支链(3)的第一伺服电机(33)和第一减速机(32)，对应于所述第二支链(4)的第二伺服电机(43)和第二减速机(42)，以及对应于所述第三支链(5)的第三伺服电机(53)和第三减速机(52)；

所述第一伺服电机(33)和所述第一减速机(32)均固定在所述第一支撑座(31)上；

所述第一伺服电机(33)的输出端与所述第一减速机(32)的输入端相接；

所述第一减速机(32)的输出轴与所述第一主动杆(34)固接，并且该输出轴的轴线与所述第一主动杆(34)和所述第一支撑座(31)的相接轴的轴线重合。