CN104827461B - 一种串并混联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工作空间大，具有一定灵活性和柔性的串并混联机器人，包括定平台、串联运动单元、并联运动单元和动平台，所述的串联运动单元使用旋转电机通过齿轮带动直线电机固定板沿着所述的定平台上的弧形导轨做弧形运动，所述的并联运动单元使用安装在直线电机固定板上的双动子直线电机，通过运动支链驱动所述的动平台做水平和垂直运动。该串并混联机器人结构紧凑，模块化程度高，制造，安装相对简单，工作范围大，姿态调整灵活，自动化程度高，控制相对简单，适合在电子、轻工、食品等众多行业内实现大批量快速精准装配、喷涂、搬运等多种作业。

Description

一种串并混联机器人

技术领域

本发明属于工业机器人领域，具体涉及一种兼具灵活性和柔性的串并混联机器人。

背景技术

当今世界竞争日益激烈，为提高生产效率和竞争能力，许多企业已采用先进的工业机器人。目前工业机器人主要有串联机器人、并联机器人和既含有串联又含有并联的混联机器人三种形式。串联机器人具有工作范围大，姿态调整灵活的优点，但其不足是刚度差、控制精度较低。并联机器人的特点则正好相反，并联机器人刚度高，控制精度高，易实现高速控制，其不足在于工作范围较小，灵活性和柔性相对较差。混联机器人则兼具有串联机器人和并联机器人的特点，在工业机器人领域具有巨大的应用前景。

已有的混联机器人中，大部分并联机构与串联机构通过直线驱动单元连接。如专利201310188523.9的《串并混联式三自由度平动搬运机构》其串联结构为直线驱动单元，使的整个机构无法实现大转角，高灵活的转动。专利201410670205.0的《三自由度串并混联关节成形手术机器人》，其串联机构和并联机构垂直安装，直线驱动单元驱动竖直串联机构，从而带动并联机构在竖直方向运动，无法使机构产生转动，大大的降低了机构的灵活性。专利01145160.2的《仅含转动副的二自由度平动并联机器人机构》，提出一种仅含转动副的并联机器人机构，把该机构机架安装在移动副上，可实现三自由度的运动，该机构中，驱动单元为两个伺服电机，2个作为驱动的转动副安装在机架上，通过平行四边形支链结构实现动平台的平动，导致并联结构相对复杂，安装，调试困难。

发明内容

本发明目的在于提供一种串并混联机器人，以解决现有混联结构工作空间小，灵活性不高，结构复杂，安装调试困难的问题。

为了实现上述的目的，采用如下的技术方案：

一种串并混联机器人，其特征在于，包括定平台、串联运动单元、并联运动单元和动平台，所述的串联运动单元使用旋转电机通过齿轮带动直线电机固定板，沿着所述的定平台上的弧形导轨做弧形运动，所述的并联运动单元使用安装在直线电机固定板上的双动子直线电机，通过运动支链驱动所述的动平台做水平和垂直运动。

所述的定平台包括弧形导轨支架、弧形导轨、支架腿、旋转电机座、旋转电机支架，所述的弧形导轨固定在所述的弧形导轨支架上，所述的旋转电机支座安装在所述的弧形导轨支架上方，所述旋转电机支座包括三个子支座，三个支座中间部分连接处为旋转电机支架，三个子支座成120度均匀安装在弧形导轨支架上，所述的支架腿位于弧形导轨支架下方，安装固定在地面上，也可以位于弧形导轨支架上方，悬挂在固定物上使定平台固定。

进一步地，所述的弧形导轨为弧形滚珠导轨或弧形滚轮导轨，即与弧形导轨配适的滑块为滚珠滑块或滚轮滑块，能够沿着弧形导轨360度滚动。

进一步地，所述的支架腿为液压伸缩杆或气压伸缩杆，根据实际工作需求调整支架腿的高度和长度，增加了该机器人工作范围。

所述的串联运动单元包括旋转电机、齿轮组、滑块、直线电机固定板。所述的旋转电机安装在旋转电机支架上，所述的齿轮组为一组行星齿轮，包括一个主动齿轮(太阳轮)，2个从动齿轮(行星轮)，所述的主动齿轮安装在旋转电机上，所述的2个从动齿轮安装在直线电机固定板上，2个从动齿轮对称分布在主动齿轮两侧，所述主动齿轮(太阳轮)与从动齿轮(行星轮)通过轮齿啮合，构成行星齿轮系，直线电机固定板安装在两个滑块上，2个滑块以定平台中心对称安装在弧形导轨上，直线电机固定板在旋转电机驱动下，产生转动扭矩，带动滑块可沿着定平台上的弧形导轨做弧形运动。

所述的并联运动单元包括双动子直线电机、2组支链，双动子直线电机安装在直线电机固定板上，所述的双动子直线电机包括定子和设置在定子上的2个动子，每个动子通过一组支链与动平台连接，支链以连杆方式用铰链或转动副连接起来，双动子直线电机通过2组支链驱动动平台做水平和竖直方向的运动。双动子直线电机驱动第一动子和第二动子在定子上运动，通过第一支链、第二支链的连杆带动动平台运动，其运动实现方式如下：两个动子同速同向运动时，能够实现动平台水平方向的运动；两个动子反向同速运动时，能够实现动平台竖直方向的运动；两个动子同向异速、反向异速运动时，能够实现动平台二自由度的运动。

进一步地，所述的每组支链设置有1～4根连杆，至少1根，根据实际刚性需求增加连杆的数量和宽度，不管各支链的连杆增加了几根，为了提高动平台运动的平稳性，各支链的连杆相互平行。

进一步地，所述的连杆为一定范围内长度可调的伸缩杆，根据实际工作要求进行调整，调整后的各连杆长度相等。

进一步地，所述的动平台上设置快速装卡接口，根据实际需要可快速安装吸盘、气动夹取手爪、电动夹取手爪、电磁吸取手爪、焊枪、胶枪、检测仪器。

与现有技术相比，本发明将并联机构与串联机构结合起来，两种机构优势互补，拓展了并联机构的应用范围。旋转电机间接驱动双动子直线电机做圆周运动，大大增加了装置的运动范围，提高了其柔性度。并联机构采用双动子直线电机驱动，控制算法更加简单，设备控制精度更高，机构更加紧凑。该串并混联机器人工作范围大，具有一定的灵活性和柔性，且模块化结构特点明显，制造相对容易，因而工程应用价值很大。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视结构示意图；

图3是本发明的俯视结构示意图。

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，下面将结合附图与实施例对本发明作进一步地详细描述。

实施例

如图1-3所示，一种串并混联机器人包括定平台、串联运动单元、并联运动单元和动平台四个组成部分。定平台包括弧形导轨3、弧形导轨支架2、支架腿1、旋转电机支架7、旋转电机支座6。弧形导轨3为弧形滚珠导轨或弧形滚轮导轨，即与弧形导轨3配适的滑块4为滚珠滑块或滚轮滑块，滑块4能够沿着弧形导轨3做圆周滚动。弧形导轨3安装在弧形导轨支架2上，弧形导轨支架2下面安装有支架腿1，旋转电机支座6安装在弧形导轨支架2上面，旋转电机支座6包括三个子支座，三个子支座成120度，三个子支座中间连接部分为旋转电机支架7，旋转电机支架7中心轴线通过弧形导轨3圆心，支架腿1安装在地面上固定机器人，支架腿1为液压伸缩杆或气压伸缩杆，根据实际工作需求调整支架腿的高度，增加了该机器人工作范围。

串联运动单元包括旋转电机8、齿轮组9、滑块4、直线电机固定板5，旋转电机8安装在旋转电机支架7上，齿轮组9包括一个主动齿轮和两个从动齿轮，主动齿轮安装在旋转电机8上，从动齿轮安装在直线电机固定板5上，从动齿轮对称分布在主动齿轮两侧，主动齿轮与从动齿轮通过轮齿啮合。直线电机固定板5安装在两个滑块41和42上，滑块4适配安装在弧形导轨3上。当旋转电机8启动的时候，带动主动齿轮与从动齿轮通过轮齿啮合，直线电机固定板5在从动齿轮的带动下，产生转动扭矩，两端的滑块4也沿着弧形导轨3做圆周运动。

并联运动单元包括双动子直线电机10、两个支链。双动子直线电机10安装在直线电机固定板5上，双动子直线电机10包括定子101和设置在定子101上的动子102和103，动子102通过第一支链与动平台13连接，动子103通过第二支链与动平台13连接，第一支链、第二支链均包括连杆11，且各支链连杆11长度相等。第一支链、第二支链通过连杆11实现动子102和103与动平台13的连接，连杆11通过铰链或转动副12与动子102和103、动平台13连接，每个支链设置有两根连杆11，根据实际刚性需求，也可以增加连杆11的数量，支链连杆11相互平行，以保持动平台运动的平稳性。连杆11在一定范围内长度可调的伸缩杆，根据实际工作要求进行调整，调整后的各连杆11长度均相等，大大的提高了机构的可适应性。

动平台13上设置快速装卡接口14，可以卡接安装抓手15。

运动方式实现：旋转电机8驱动主动齿轮，主动齿轮通过轮齿啮合带动从动齿轮转动，从而带动直线电机固定板5产生扭矩，从而带动弧形导轨3上的滑块4滚动，双动子直线电机10随直线电机固定板5一起转动，双动子直线电机10驱动动子102和动子103在定子101上运动，通过两个支链的连杆11带动动平台13做平移运动。

本发明所述的一种串并混联机器人可以应用在轻工行业上的物品自动包装、分拣、装配、喷涂等多个方面。本实施例是本发明的实施方式之一，根据实际需要，支架脚也可以安装在定平台的上方悬挂固定，旋转电机可一直转动或者实时转到一定角度，这样在自由度上，可以是三自由度的机器人，实现多角度，全方位，高灵活、大工作空间的三自由度机器人，也可以是二自由度的机器人，实现动平台的垂直和水平方向运动。

Claims (9)

1.一种串并混联机器人，其特征在于，包括定平台、串联运动单元、并联运动单元和动平台，所述定平台包括弧形导轨支架、弧形导轨、支架腿、旋转电机支座、旋转电机支架，所述弧形导轨固定在所述弧形导轨支架上，所述旋转电机支座安装在所述弧形导轨支架上方，旋转电机支座中间连接处为旋转电机支架；所述串联运动单元包括旋转电机、齿轮组、滑块、直线电机固定板，所述旋转电机安装在旋转电机支架上，所述齿轮组为一个主动齿轮和两个从动齿轮，从动齿轮对称分布在主动齿轮两侧，所述主动齿轮安装在旋转电机上，所述从动齿轮安装在直线电机固定板上，直线电机固定板安装在滑块上，直线电机固定板在旋转电机驱动下，产生转动扭矩，带动滑块沿着定平台上的弧形导轨做弧形运动；所述并联运动单元包括双动子直线电机、2组支链，双动子直线电机安装在直线电机固定板上，双动子直线电机上的2个动子和动平台通过2组支链的连杆以铰链或转动副方式连接起来，双动子直线电机通过2组支链驱动动平台做水平和竖直方向的运动。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述定平台上的旋转电机支座包括三个子支座，三个子支座成120度均匀安装在弧形导轨支架上。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述弧形导轨为弧形滚珠导轨或弧形滚轮导轨。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述支架腿位于弧形导轨支架下方，安装在地面上。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述支架腿位于弧形导轨支架上方，用于悬挂固定。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述支架腿为液压伸缩杆或气压伸缩杆。

7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述支链的连杆每组包括1～4根连杆，各支链的连杆长度均相等，且相互平行。

8.根据权利要求7所述的机器人，其特征在于：所述连杆为一定范围内长度可调的伸缩杆。

9.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述动平台上设置快速装卡接口，卡接抓手、焊枪、或吸盘。