CN105798891A - 一种同轴驱动的伪四自由度并联机器人 - Google Patents

Abstract

一种同轴驱动的伪四自由度并联机器人，包括框架、静平台、旋转驱动机构、二自由度并联机构。所述静平台固定在框架上；所述旋转驱动机构固定在所述静平台上。所述二自由度并联机构包括并联驱动机构、第一旋转支撑座、第二旋转支撑座、第一运动支链、第二运动支链、动平台、吸嘴。根据本发明所述的同轴驱动的伪四自由度并联机器人，驱动机构的自由度数量小于其真实的运动自由度数量，结构简单，制造成本减少，并联机构刚度好，运动速度快。

Description

一种同轴驱动的伪四自由度并联机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，特别涉及一种同轴驱动的伪四自由度并联机器人。

背景技术

目前，在轻工、食品、药品和电子行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装、焊接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。并联机器人与传统的串联机器人相比，具有以下特点：

1)运动精度和重复精度高；

2)运动速度快，动态响应好；

3)占地空间较小。

由于上述特点，并联机器人得以广泛应用。但同时，传统机器人驱动电机数量和机器人自由度数量相等。为实现所需要的自由度数量，要保证足够的驱动自由度数量，就需要足够的驱动部件，这大大增加了机器人的制造成本。这也成为本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，本发明提出一种同轴驱动的伪四自由度并联机器人，其驱动机构的自由度(驱动电机)数量为三，可实现的运动自由度数量为四，驱动机构的自由度数量小于其真实的运动自由度数量，使得结构简单，减少了一个自由度及相关部件，使得制造成本大大减少，并联机构刚度好，运动速度快。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种同轴驱动的伪四自由度并联机器人，包括框架、静平台、旋转驱动机构、二自由度并联机构。

所述静平台固定在框架上；所述旋转驱动机构固定在所述静平台上。

所述二自由度并联机构包括并联驱动机构、第一旋转支撑座、第二旋转支撑座、第一运动支链、第二运动支链、动平台、吸嘴。

所述旋转驱动机构的输出轴竖直向下地连接第一旋转支撑座和第二旋转支撑座。

所述并联驱动机构包括第一运动支链驱动和第二运动支链驱动，所述第一运动支链驱动设置于所述第一旋转支撑座上，所述第二运动支链驱动设置于所述第二旋转支撑座上。

所述第一运动支链驱动和所述第二运动支链驱动在同一轴线上；所述第一运动支链和所述第二运动支链位于同一个平面内；所述第一运动支链一端与第一运动支链驱动构成转动副，另一端与所述第二运动支链相连构成转动副。

所述第二运动支链的一端与所述第二运动支链驱动的输出轴相连构成转动副，另一端与所述第一运动支链相连构成转动副。

所述动平台通过转动轴与所述第一运动支链连接构成转动副；动平台上安装有吸嘴；旋转驱动机构的输出轴与吸嘴的中心轴平行，并且旋转驱动机构的输出轴与吸嘴的中心轴构成的平面与第一运动支链和第二运动支链所处的平面平行。

进一步的，所述的同轴驱动的伪四自由度并联机器人，运动步骤如下：

步骤一：将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转至与平面NA-NB-NC-ND平行，将物体从抓取点NA经过点NB和点NC搬运至点ND；

步骤二：将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转一定角度，这个角度就是物体的抓取点NA和放置点NI的夹角；

步骤三：将物体从点NE放下置于点NF，再将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转至与平面NE-NG-NH-NI平行，再从NF抓取物体提升至点NE；

步骤四：机器人物体从点NE经过点NG和点NH搬运至放置点NI。

附图说明

图1为本发明的同轴驱动的伪四自由度并联机器人的结构示意图。

图2是本发明的同轴驱动的伪四自由度并联机器人的另一视角结构示意图。

图3是本发明的同轴驱动的伪四自由度并联机器人的轴线示意图。

图4是本发明一种同轴驱动的伪四自由度并联机器人的运动示意图。

(注意：附图中的所示结构只是为了说明本发明特征的示意，并非是要依据附图所示结构。)

具体实施方式

如图1-3所示，根据本发明所述的同轴驱动的伪四自由度并联机器人包括框架1、静平台2、旋转驱动机构、二自由度并联机构；框架1为固定位置的平台，静平台2固定在框架1上，也是固定位置的平台；所述旋转驱动机构包括弯头减速机3和第一驱动电机4，所述弯头减速机3安装在静平台2上，驱动电机4与弯头减速机3连接，用于驱动弯头减速机3。

所述二自由度并联机构包括并联驱动机构、第一旋转支撑座5、第二旋转支撑座6、第一运动支链、第二运动支链、动平台13、吸嘴12。所述并联驱动机构包括第一运动支链驱动和第二运动支链驱动，所述第一运动支链驱动设置于所述第一旋转支撑座5上，所述第二运动支链驱动设置于所述第二旋转支撑座6上。所述第一运动支链驱动包括第二驱动电机7和第二减速机，所述第二运动支链驱动包括第三驱动电机8和第三减速机。所述第一运动支链驱动和所述第二运动支链驱动在同一轴线上。所述弯头减速机3的输出轴作为旋转驱动机构的输出轴A1，该输出轴A1竖直向下地同时连接旋转支撑座5和旋转支撑座6，以同时驱动第一旋转支撑座5和第二旋转支撑座6水平360度旋转。

第一运动支链和第二运动支链位于同一个平面内。

所述第一运动支链包括：第一主动杆18和第一从动杆组；所述第一从动杆组包括：第一从动杆17、第二从动杆16、第三从动杆15、第四从动杆14和第五从动杆11。其中第二从动杆16、第三从动杆15、第四从动杆14和第五从动杆11首尾相连构成平行四边形机构。

所述第一主动杆18一端通过转动轴A2与所述第一运动支链驱动相连构成转动副，另一端通过转动轴A4连接第一从动杆组构成转动副。所述第一从动杆17一端通过转动轴A10连接在第一旋转支撑座5上构成转动副，另一端通过转动轴A9连接第二从动杆16和第三从动杆15分别构成两个转动副。所述第一主动杆18与所述第一从动杆17、第二从动杆16、以及第一旋转支撑座5首尾相连，在同一平面内构成平行四边形机构。

所述第二运动支链包括第二主动杆9和第六从动杆10。

所述第二主动杆9一端通过转动轴A2与固定在所述旋转支撑座6上的所述驱动机构相连构成转动副，另一端通过转动轴A3连接所述第六从动杆10构成转动副。所述第六从动杆10的另一端通过转动轴A5连接第五从动杆11构成转动副。所述第二主动杆9与所述第六从动杆10、第五从动杆11、第一主动杆18首尾相连，在同一平面内构成平行四边形机构。

所述动平台13通过转动轴A6与所述第四从动杆14、第五从动杆11连接构成转动副。所述动平台13上安装有吸嘴12，所述旋转驱动机构的输出轴A1与所述吸嘴12的中心轴A7平行，并且，所述旋转驱动机构的输出轴A1与所述吸嘴12的中心轴A7构成的平面与所述第一运动支链和所述第二运动支链所处的平面平行。

这几组平行四边形机构是并联机构。根据设计要求，轴A10与轴A2所处的平面始终是平行于地面的，这样就保证了吸嘴中心轴A7始终垂直于地面。

如图4所示，所述四自由度运动步骤如下：

步骤一：将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转至与平面NA-NB-NC-ND平行，将物体从抓取点NA经过点NB和点NC搬运至点ND；

步骤二：将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转一定角度，这个角度就是物体的抓取点NA和放置点NI的夹角；

步骤三：将物体从点NE放下置于点NF，再将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转至与平面NE-NG-NH-NI平行，再从NF抓取物体提升至点NE；

步骤四：机器人物体从点NE经过点NG和点NH搬运至放置点NI。

至此，物体就从抓取点NA搬运至放置在点NI，即实现了四自由度的运动。

综上所述，本发明同轴驱动的伪四自由度并联机器人通过三个驱动电机可以实现四个自由度的运动，能够抓取物体，做三个自由度的平移和一个自由度的旋转，由于采用纯并联机构，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。这种机构的特殊性，使得结构简单，减少了一个自由度及相关部件，使得制造成本大大减少，并联机构的刚度好，运动速度快。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种同轴驱动的伪四自由度并联机器人，包括框架(1)、静平台(2)、旋转驱动机构、二自由度并联机构，其特征在于：

所述静平台(2)固定在框架(1)上；

所述旋转驱动机构固定在所述静平台(2)上；

所述二自由度并联机构包括并联驱动机构、第一旋转支撑座(5)、第二旋转支撑座(6)、第一运动支链、第二运动支链、动平台(13)、吸嘴(12)；

所述旋转驱动机构的输出轴竖直向下地连接第一旋转支撑座(5)和第二旋转支撑座(6)；

所述并联驱动机构包括第一运动支链驱动和第二运动支链驱动，所述第一运动支链驱动设置于所述第一旋转支撑座上，所述第二运动支链驱动设置于所述第二旋转支撑座上；

所述第一运动支链驱动和所述第二运动支链驱动在同一轴线上；所述第一运动支链和所述第二运动支链位于同一个平面内；所述第一运动支链一端与第一运动支链驱动构成转动副，另一端与所述第二运动支链相连构成转动副；

所述第二运动支链的一端与所述第二运动支链驱动的输出轴相连构成转动副，另一端与所述第一运动支链相连构成转动副；

所述动平台(13)通过转动轴与所述第一运动支链连接构成转动副；动平台(13)上安装有吸嘴(12)；旋转驱动机构的输出轴与吸嘴的中心轴平行，并且旋转驱动机构的输出轴与吸嘴的中心轴构成的平面与第一运动支链和第二运动支链所处的平面平行。

2.根据权利要求1所述的同轴驱动的伪四自由度并联机器人，其特征在于：

所述第一运动支链包括第一主动杆(18)和第一从动杆组；所述第一主动杆(18)一端通过转动轴与所述第一运动支链驱动相连构成转动副，另一端通过转动轴连接第一从动杆组构成转动副。

3.根据权利要求2所述的同轴驱动的伪四自由度并联机器人，其特征在于：

所述第一从动杆组包括第一从动杆(17)、第二从动杆(16)、第三从动杆(15)、第四从动杆(14)和第五从动杆(11)；所述第一从动杆(17)一端通过转动轴连接在第一旋转支撑座上构成转动副，另一端通过转动轴连接第二从动杆(16)和第三从动杆(15)分别构成两个转动副。

4.根据权利要求3所述的同轴驱动的伪四自由度并联机器人，其特征在于：

所述第二运动支链包括第二主动杆(9)和第六从动杆(10)，所述第二主动杆一端通过转动轴与固定在所述旋转支撑座上的所述驱动机构相连构成转动副，另一端通过转动轴连接所述第六从动杆(10)构成转动副，所述第六从动杆(10)的另一端通过转动轴连接第五从动杆(11)构成转动副。

5.根据权利要求3所述的同轴驱动的伪四自由度并联机器人，其特征在于：

所述第一主动杆与所述第一从动杆(17)、第二从动杆(16)、以及第一旋转支撑座(5)首尾相连，在同一平面内构成平行四边形机构。

6.根据权利要求4所述的同轴驱动的伪四自由度并联机器人，其特征在于：

所述第二主动杆(9)与所述第六从动杆(10)、第五从动杆(11)、第一主动杆首尾相连，在同一平面内构成平行四边形机构。

7.根据权利要求6所述的同轴驱动的伪四自由度并联机器人，其特征在于：

所述动平台通过转动轴与所述第四从动杆(14)、第五从动杆(11)连接构成转动副。

8.根据权利要求7所述的同轴驱动的伪四自由度并联机器人，其特征在于：

所述第一运动支链驱动包括第二驱动电机(7)和第二减速机，所述第二运动支链驱动包括第三驱动电机(8)和第三减速机。

9.根据权利要求1-8任一项所述的同轴驱动的伪四自由度并联机器人，其特征在于运动步骤如下：

步骤一：将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转至与平面NA-NB-NC-ND平行，将物体从抓取点NA经过点NB和点NC搬运至点ND；

步骤二：将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转一定角度，这个角度就是物体的抓取点NA和放置点NI的夹角；

步骤三：将物体从点NE放下置于点NF，再将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转至与平面NE-NG-NH-NI平行，再从NF抓取物体提升至点NE；

步骤四：机器人物体从点NE经过点NG和点NH搬运至放置点NI。