CN104708619A - 一种动支架三自由度搬运机器人 - Google Patents

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本发明公开一种动支架三自由度搬运机器人,属于机器人技术领域。该机器人包括机架、动支架、动平台、滚珠丝杠直线滑台、第一主动支链、第二主动支链以及从动支链、第一驱动装置、第二驱动装置以及第三驱动装置;第一主动支链包括动支架、第一主动臂、第一保姿态连接杆、保姿态杆;第二主动支链包括第一主动臂、第二主动臂、从动臂、小臂连接杆;从动支链包括动平台、从动臂、保姿态杆、第二保姿态连接杆;滚珠丝杠直线滑台包括基座、滑块、丝杠、滑杆。本发明所提供的机器人能够有效提高机构的灵活性,简化了并联机器人机构,同时较好地保持了机构的惯性小、高速度、高加速度、高定位精度以及重复定位精度等特点。

Description

一种动支架三自由度搬运机器人
技术领域
:
[0001] 本发明属于机器人技术领域,具体涉及一种动支架三自由度搬运机器人。
背景技术
:
[0002] 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,特别是在物料搬运、机床上下料等这种重复、枯燥、危险性尤为突出工作中,为了减轻人类劳动强度,提高工作效率,在作业工序中往往需要在空间中安置重复性工作的作业机器人,而采用多自由度空间并联机械手则显得没必要,或制造成本太高,如传统的SCARA机器人由于其自身因素,其小臂上安装了三个电机和一个滚珠丝杠,这样就限制了其作用范围,串联式的五轴机器人制造成本太高。然而,在平动并联机器人机构中,采用动平台上的执行器通过传动轴与机架上的电机相连的方法缩小了机构的工作空间范围,限制了末端执行器加速度的提高,使得位置和姿态精度难以保证。
发明内容
:
[0003] 本发明针对现有技术中存在的不足,提供一种动支架三自由度搬运机器人。本发明通过的机器人机构中,通过转移末端执行器的一个自由度到动支架的方法,从而缩小了机械手在执行末端的工作空间,使得位置和姿态精度得以保证的同时,不仅缩小了末端执行器的空间要求,而且扩大了机构的操作空间。
[0004] 本发明所提供一种动支架三自由度搬运机器人包括机架12、动支架16、动平台8、滚珠丝杠直线滑台、第一主动支链、第二主动支链、从动支链、第一驱动装置9、第二驱动装置10以及第三驱动装置11 ;所述第一驱动装置9通过螺栓固连在所述动支架16上;所述第二驱动装置10通过螺栓固连在所述动支架16上,所述第一驱动装置9与第二驱动装置10同心设置,所述第三驱动装置11安装在所述机架12上;所述滚珠丝杠直线滑台包括基座14、滑块17、丝杠18以及滑杆15,所述动支架16安装在所述滚珠丝杠直线滑台的所述滑块17上,所述动支架16与所述滑块17之间采用螺栓固连,所述丝杠18轴向固定在所述基座14上,所述基座14通过螺栓固连于所述机架12上,所述丝杠18的末端与所述第三驱动装置11通过联轴器13固连,从而由第三驱动装置11驱动完成丝杠18的转动,所述滑块17通过丝杠螺母与所述丝杠18连接,随着所述丝杠18的转动,所述动支架16以及所述滑块17同步在所述基座14上做垂直方向的上下运动,所述丝杠18与所述第三驱动装置11同心设置。
[0005] 所述第一主动支链包括动支架16、第一主动臂1、第一保姿态连接杆2、保姿态杆6 ;所述第一主动臂I通过键与所述第一驱动装置9上的减速机配合连接,所述第一主动臂I与所述保姿态杆6之间采用转动铰链连接,所述第一保姿态连接杆2的两端分别与所述动支架16以及所述保姿态杆6采用转动铰链连接,所述动支架16、第一主动臂1、第一保姿态连接杆2、保姿态杆6通过运动副连接形成平行四边形结构。
[0006] 所述第二主动支链包括第一主动臂1、第二主动臂4、从动臂3、小臂连接杆5 ;所述第二主动臂4通过键与所述第二驱动装置10上的减速机配合连接,所述第二主动臂4与所述小臂连接杆5之间采用转动铰链连接,所述小臂连接杆5所述从动臂3之间采用转动铰链连接,所述从动臂3与所述第一主动臂I之间采用转动铰链连接,所述第一主动臂1、第二主动臂4、从动臂3、小臂连接杆5通过运动副连接形成平行四边形结构。
[0007] 所述从动支链包括动平台8、从动臂3、保姿态杆6以及第二保姿态连接杆7 ;所述动平台8与所述从动臂3之间采用转动铰链连接,所述动平台8与所述第二保姿态连接杆7之间采用转动铰链连接,所述第二保姿态连接杆7与所述保姿态杆6之间采用转动铰链连接,所述动平台8、从动臂3、保姿态杆6以及第二保姿态连接杆7通过运动副连接形成平行四边形结构。
[0008] 所述第一主动支链与所述第二主动支链拥有共同的所述第一主动臂I,所述从动支链与所述第一主动支链拥有共同的所述保姿态杆6,所述从动支链与所述第二主动支链拥有共同的所述从动臂3。所述第一驱动装置9、第二驱动装置10采用伺服电机一减速器结构;所述第三驱动装置11采用伺服电机一减速器结构或采用气动装置。
[0009] 本发明由第一以及第二主动支链驱动动平台8,从动支链配合主动支链限制动平台的运动轨迹,保证动平台8的平动并有明确的运动路线和位置精度,主、从动支链的共同约束作用,限制了动平台8的回转自由度,使动平台8相对动支架16仅具有两个平动自由度,保证了机器人机构姿态稳定,而动平台8在竖直方向上的运动则由动支架16的上下运动实现,动支架16安装在滚珠丝杠直线滑台的滑块17上,第三驱动装置11驱动丝杠18转动,丝杠18与滑块17通过丝杆螺母连接,从而将丝杠18的转动转换成滑块17的直线运动,间接完成动支架16的竖直方向的运动。三组驱动装置提供的运动驱动,使得该三自由度机器人机构具有确定的运动,保证了该机构位置精确。
[0010] 本发明具有以下技术特点:
[0011] (I)本发明将末端执行器的竖直方向自由度转移到动支架上,远离末端执行器的操作范围,从而减小了末端执行器的操作空间需要,同时增大了整个机构的操作范围。
[0012] (2)本发明的末端动平台的两自由度平动由不同的伺服电机驱动,竖直方向的自由度由另一个伺服电机驱动。
[0013] (3)本发明将三个动力源通过三个传动支链输送到末端执行器上。
[0014] (4)本发明的末端执行器由主动支链驱动,从动支链配合主动支链限制执行器的运动轨迹;保证末端执行器有明确的运动轨迹和位置精度,并且使得本发明结构简单、惯性小。
[0015] 本发明将末端执行器的竖直自由度转移到动支架上,缩小了末端执行器操作空间的需要,可以在狭小的空间进行精密的动作;另外,本发明不仅把两个伺服电机输出的动力汇合到主动支链上,而且在从动支链也添加了一个动力,三个支链不仅都起到动力的作用,也有结构约束的作用。三条支链中都使用平行四边形结构,使得末端执行器有明确的运动规律和定位精度。本发明所提供的机器人机构,有效提高了机构的灵活性,简化了并联机器人机构,同时较好地保持了机构的惯性小,高速度、高加速度、高定位精度和重复定位精度的特点。
附图说明
:
[0016] 图1是本发明机器人结构示意图;
[0017] 图2是本发明机器人的俯视结构示意图;
[0018] 图3是本发明机器人中直线段A、B、C、D、E所在位置示意图;
[0019] 图4是本发明机器人中第一主动支链的平行四边形结构示意图;
[0020] 图5是本发明机器人中第二主动支链的平行四边形结构示意图;
[0021] 图6是本发明机器人中从动支链的平行四边形结构示意图;
[0022] 图7是本发明机器人中滚珠丝杠直线滑台及其驱动装置结构示意图。
[0023] 图中:1:第一主动臂;2:第一保姿态连接杆;3:从动臂;4:第二主动臂;5:小臂连接杆;6:保姿态杆;7:第二保姿态连接杆;8:动平台;9:第一驱动装置;10:第二驱动装置;11:第三驱动装置;12:机架;13:联轴器;14:基座;15:滑杆;16:动支架;17:滑块;18:丝杠。
具体实施方式
:
[0024] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0025] 如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示,一种动支架三自由度搬运机器人包括机架12、滚珠丝杠直线滑台、动支架16、驱动装置、运动支链以及动平台8。驱动装置包括第一驱动装置9、第二驱动装置10、第三驱动装置11 ;滚珠丝杠直线滑台包括基座14、滑块
17、丝杠18、滑竿15,滚珠丝杠直线滑台驱动着动支架16做竖直方向上的运动;运动支链包括第一主动支链、第二主动支链以及从动支链,主动支链和从动支链相互作用驱动着动平台8平动。
[0026] 如图1、图2、图3、图4所示,第一主动支链包括动支架16、第一主动臂1、第一保姿态连接杆2、保姿态杆6 ;所述第一主动臂I通过键与第一驱动装置9上的减速机配合连接;所述第一主动臂I与所述保姿态杆6之间采用转动铰链连接,铰链中心为C1;所述第一保姿态连接杆2与所述动支架16和所述保姿态杆6之间都采用转动铰链连接,铰链中心分别为为a、d ;所述第一主动臂I的杆长blCl与所述第一保姿态连接杆2的杆长ad相等,所述动支架16上第一保姿态连接杆2和所述动支架16的铰链连接中心点a与第一驱动装置9的中心点Id1的长度ab i (见图3中的线段A),所述保姿态杆6上保姿态杆6和第一主动臂I的铰链连接中心点C1与保姿态杆6和第一保姿态连接杆2的铰链连接中心点d的长度C1Cl(见图3中的线段B),长度Bb1与长度c lCl相等,这样就形成第一主动支链的平行四边形结构abAd。
[0027] 如图1、图2、图3、图5所示,第二主动支链包括第一主动臂1、第二主动臂4、从动臂3、小臂连接杆5 ;所述第二主动臂4通过键与所述第二驱动装置10上的减速机配合连接;所述第二主动臂4与所述小臂连接杆5之间采用转动铰链连接,铰链中心为e ;所述小臂连接杆5与所述从动臂3之间采用转动铰链连接,铰链中心为f ;所述从动臂3与所述第一主动臂I之间采用转动铰链连接,铰链中心为C2;所述第一主动臂I的杆长c 2b2与所述小臂连接杆5的杆长ef相等,所述从动臂3上从动臂3和小臂连接杆5的铰链连接中心点f与从动臂3和第一主动臂I的铰链连接中心点C2的长度fc 2 (见图3中的线段C),化2与b2e的长度相等,这样就形成第二主动支链的平行四边形结构efc2b2。
[0028] 如图1、图2、图3、图6所示,所述从动支链包括从动臂3、保姿态杆6、第二保姿态连接杆7、动平台8 ;所述从动臂3与所述动平台8之间采用转动铰链连接,铰链中心为h ;动平台8与所述第二保姿态连接杆7之间采用转动铰链连接,铰链中心为g ;所述第二保姿态连接杆7与所述保姿态杆6之间采用转动铰链连接,铰链中心为j ;所述从动臂3上从动臂3和第一主动臂I的铰链连接中心点(^与从动臂3和动平台8铰链连接中心点h长度Clh (见图3中的线段D),长度Clh与所述第二保姿态连接杆7的杆长gj相等;所述保姿态杆6上保姿态杆6和第二保姿态连接杆7的铰链连接中心点j与保姿态杆6和第一主动臂I的铰链连接中心点C1的长度c 2j (见图3中的线段E),所述动平台8和第二保姿态连接杆7的铰链连接中心点g与动平台8和从动臂3的铰链连接中心点h长度为gh ;长度C2j与长度gh相等;这样就形成从动支链的平行四边形结构ghc2j。
[0029] 如图3、图4所示,所述动支架16、第一主动臂1、保姿态杆6、第一保姿态连接杆2构成第一主动支链平行四边形ablCld结构。如图3、图5所示,所述第二主动臂4、小臂连接杆5、从动臂3、第一主动臂I构成第二主动支链平行四边形efc2b2结构。如图3、图6所示,所述动平台8、从动臂3、保姿态杆6、第二保姿态连接杆7构成从动支链平行四边形ghc2j结构。由于动平台8在主动支链和从动支链的约束下水平布置,且其存在一组相异的直线都平行于动支架16,使得动平台8始终平行于动支架16,进而使得末端执行器实现水平运动。
[0030] 如图1、图2和图7所示,所述动支架16上设有第一驱动装置9、第二驱动装置10,所述第一驱动装置9和所述第二驱动装置10同心布置;所述第一主动支链的第一主动臂1、第二主动支链的第二主动臂4分别由所述第一驱动装置9、第二驱动装置10驱动旋转;所述的动平台8设在所述的从动支链末端,可以安装末端执行器;所述动支架16安装在所述滚珠丝杠直线滑台的滑块17上;所述动支架16与滑块17之间采用螺栓固定连接,丝杠18轴向卡在基座14上,丝杠18末端与第三驱动装置11通过联轴器13紧固连接,从而由第三驱动装置11驱动完成转动;滑块17通过丝杠螺母与丝杠18连接,随着丝杠18的转动,动支架16与滑块17同步在基座14上做上下方向的运动。所述动平台8随动支架16上下运动而上下运动,形成其竖直方向的自由度。所述第一驱动装置9、第二驱动装置10和第三驱动装置11均采用伺服电机一减速器结构。另外,为了达到增加末端执行器转动自由度的目的,还可以在动平台8上安装转动驱动装置等,为末端执行器提供一个转动自由度。在某种应用状况下,这样就能有效的适应各种工况,增加机械手的柔性和动作精度。
[0031] 以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施实例,均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种动支架三自由度搬运机器人,其特征在于该机器人包括机架(12)、动支架(16)、动平台(8)、滚珠丝杠直线滑台、第一主动支链、第二主动支链、从动支链、第一驱动装置(9)、第二驱动装置(10)以及第三驱动装置(11);所述第一驱动装置(9)通过螺栓固连在所述动支架(16)上,所述第二驱动装置(10)通过螺栓固连在所述动支架(16)上,所述第一驱动装置(9)与所述第二驱动装置(10)同心设置,所述第三驱动装置(11)安装在所述机架(12)上;所述滚珠丝杠直线滑台包括基座(14)、滑块(17)、丝杠(18)以及滑杆(15),所述动支架(16)安装在所述滚珠丝杠直线滑台的所述滑块(17)上,所述动支架(16)与所述滑块(17)之间采用螺栓固连,所述丝杠(18)轴向固定在所述基座(14)上,所述基座(14)通过螺栓固连于所述机架(12)上,所述丝杠(18)的末端与所述第三驱动装置(11)通过联轴器(13)固连,所述滑块(17)通过丝杠螺母与所述丝杠(18)连接,随着所述丝杠(18)的转动,所述动支架(16)以及所述滑块(17)同步在所述基座(14)上做垂直方向的上下运动,所述丝杠(18)与所述第三驱动装置(11)同心设置;所述第一主动支链包括动支架(16)、第一主动臂(I)、第一保姿态连接杆(2)、保姿态杆(6);所述第一主动臂(I)通过键与所述第一驱动装置(9)上的减速机配合连接,所述第一主动臂(I)与所述保姿态杆(6)之间采用转动铰链连接,所述第一保姿态连接杆(2)的两端分别与所述动支架(16)以及所述保姿态杆(6)采用转动铰链连接,所述动支架(16)、第一主动臂(I)、第一保姿态连接杆(2)、保姿态杆(6)通过运动副连接形成平行四边形结构;所述第二主动支链包括第一主动臂(I)、第二主动臂(4)、从动臂(3)、小臂连接杆(5);所述第二主动臂(4)通过键与所述第二驱动装置(10)上的减速机配合连接,所述第二主动臂(4)与所述小臂连接杆(5)之间采用转动铰链连接,所述小臂连接杆(5)所述从动臂(3)之间采用转动铰链连接,所述从动臂(3)与所述第一主动臂(I)之间采用转动铰链连接,所述第一主动臂(I)、第二主动臂(4)、从动臂(3)、小臂连接杆(5)通过运动副连接形成平行四边形结构;所述从动支链包括动平台(8)、从动臂(3)、保姿态杆¢)以及第二保姿态连接杆(7);所述动平台(8)与所述从动臂(3)之间采用转动铰链连接,所述动平台(8)与所述第二保姿态连接杆(7)之间采用转动铰链连接,所述第二保姿态连接杆(7)与所述保姿态杆(6)之间采用转动铰链连接,所述动平台(8)、从动臂(3)、保姿态杆¢)以及第二保姿态连接杆(7)通过运动副连接形成平行四边形结构。
2.根据权利要求1所述的一种动支架三自由度搬运机器人,其特征在于所述第一主动支链与所述第二主动支链拥有共同的所述第一主动臂(I),所述从动支链与所述第一主动支链拥有共同的所述保姿态杆¢),所述从动支链与所述第二主动支链拥有共同的所述从动臂⑶。
3.根据权利要求1所述的一种动支架三自由度搬运机器人,其特征在于所述第一驱动装置(9)、第二驱动装置(10)采用伺服电机一减速器结构;所述第三驱动装置(11)采用伺服电机一减速器结构或采用气动装置。
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