CN105856207A - 一种从动臂对称布置自由度能够重构的搬运机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种从动臂对称布置自由度能够重构的搬运机器人，属于机器人技术领域。该机器人包括机架、动平台三条支链及驱动装置；各支链均包括大主动臂、小主动臂、主动臂连杆、衬架及从动臂；大主动臂的一端与驱动装置的输出轴相连，其另一端与衬架中部铰接位置相连；小主动臂一端与驱动装置的输出轴相连，其另一端通过主动臂连杆与衬架的上端部铰接相连；从动臂的上端分别与衬架的下端部和大主动臂的末端铰接位置铰接对称布置相连，从动臂的下端与动平台相连。本发明所提供的机器人，可通过控制使衬架下端部铰接位轴心与大主动臂末端铰接位轴心是否同轴心使机器人在三自由度与六自由度之间相互切换，有效提高了机构的灵活性，能够更好地适应搬运需求。

Description

一种从动臂对称布置自由度能够重构的搬运机器人
技术领域：
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种从动臂对称布置自由度能够重构的搬运机器人。
背景技术：
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械人。当下主流的并联机器人多为三自由度或者四自由度的机器人，其活动平台的运动不够灵活，工作空间往往只是一个厚度不大的蘑菇形空间，末端件的三维转动范围一般只在60度左右。除此以外，三自由度或者四自由度的并联机器人难以承担如焊接等复杂工作，其应用的范围较小。而且现有的机器人很难根据不同的工作环境和工况来迅速调整自己几何构型来满足不同的工作需求。
发明内容：
本发明的目的正是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种从动臂对称布置自由度能够重构的搬运机器人，该机器人机构是一种实现物料搬运的机器人机构。
本发明所提供的一种从动臂对称布置自由度能够重构的搬运机器人包括包括机架4、动平台3、第一支链12、第二支链13、第三支链14及驱动装置；所述第一支链12、第二支链13及第三支链14均布于所述机架4上，所述第一支链12、第二支链13及第三支链14之间相隔120度，所述第一支链12包括大主动臂1、小主动臂6、主动臂连杆7、左衬架2A、右衬架2B、第一从动臂8A及第二从动臂8B，所述左衬架2A及右衬架2B的上端部、下端部、中部分别设有铰接位；所述大主动臂1、小主动臂6、主动臂连杆7及左衬架2A通过运动副连接形成平行四边形结构，从而保证了机构的位姿精度。
所述左衬架2A与右衬架2B对称铰接布置于所述大主动臂1中部铰接位的两侧，所述左衬架2A与所述右衬架2B的上端部通过轴紧配连接，增加了机构的对称性与稳定性。
所述大主动臂1的一端与第二驱动装置5B的输出轴相连，所述大主动臂1的另一端与所述左衬架2A及右衬架2B通过铰链相连接。所述小主动臂6的一端与第一驱动装置5A的输出轴相连，所述小主动臂6的另一端与所述主动臂连杆7的一端通过球铰铰接，所述主动臂连杆7的另一端与所述左衬架2A的上端通过球铰铰接。
所述第一从动臂8A的上端通过球铰铰接于所述左衬架2A下端部的铰接位，所述第二从动臂8B的上端通过球铰铰接于所述大主动臂1的末端铰接位，所述第一从动臂8A及第二从动臂8B的下端分别通过球铰与所述动平台3铰接。
所述第二支链13中的从动臂下端通过虎克铰11与所述动平台3铰接相连，所述第二支链13中的其他构件设置与所述第一支链12相同；所述第三支链14的构件及结构均与所述第一支链12相同，所述第一支链12、第二支链13及第三支链14中的所述大主动臂1及小主动臂6均同心安装。
本发明具有以下技术特点：
1、本发明的大主动臂与小主动臂同心安装，同时小主动臂、衬架、主动臂连杆三者保持平行，从而使得大主动臂、小主动臂、主动臂连杆、衬架形成一个并联闭环的空间五杆机构。从轴向看，大主动臂、小主动臂、主动臂连杆、衬架形成一个平行四边形结构。同时，本发明的三支链上端与机架同时相连接，下端同时与动平台相连接，从而构成一个并联机器人结构，该并联机构使得机器人刚度大，承载能力强，速度快。
2、通过控制驱动小主动臂带动左衬架转动，使得左衬架下端部铰接位置轴心和大主动臂末端铰接位置轴心同轴心便可使该机器人调整为三平动机器人。因为此时第一支链上的两个从动臂、大主动臂及动平台构成了平行四边形机构，以及第二支链上所形成的平行四边形结构，从而限制了动平台转动自由度，从而使该机器人只有三个平动自由度。当控制驱动小主动臂使得左衬架下端部铰接位置轴心和大主动臂末端铰接位置轴心不同轴心时，便可变为六自由度机器人，根据工作需要从而控制达到不同的位置和姿态。
3、本发明机器人可以根据不同的工作环境和工况来迅速调整自己的几何构型，从而应对不同工作情况的需求，并且该机器人具有刚度高、速度快及柔性好等特点。
附图说明：
图1是本发明搬运机器人的结构示意图；
图2是本发明搬运机器人中部分结构示意图之一；
图3是本发明搬运机器人中部分结构示意图之二；
图4是本发明搬运机器人中部分结构示意图之三；
图5是本发明搬运机器人各支链上并联闭环的空间五杆机构的结构示意图；
图6是本发明搬运机器人演变成三自由度时的机构示意图。
图中：1：大主动臂；2A：左衬架；2B：右衬架；3：动平台；4：机架；5A：第一驱动装置；5B：第二驱动装置；5C：第三驱动装置；5D：第四驱动装置；6：小主动臂；7：主动臂连杆；8A：第一从动臂；8B：第二从动臂；9：减速机；10：球铰；11：虎克铰；12：第一支链；13：第二支链；14：第三支链。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明提供的一种从动臂对称布置自由度能够重构的搬运机器人，该机器人三自由度六自由度可重构，该机器人包括机架4、动平台3、三条支链及驱动装置，三支链均布于机架上，各支链之间相隔120度；驱动装置均由电机与减速机9构成。所述各支链包括大主动臂1、小主动臂6、主动臂连杆7、左衬架2A、右衬架2B、第一从动臂8A及第二从动臂8B；衬架的上端部、下端部、中部分都分别设有铰接位，各大主动臂1、小主动臂6均同心安装。
从轴向看，所述大主动臂1、小主动臂6、主动臂连杆7及衬架2形成一个平行四边形，保证了机构的位置姿态精度。所述第一支链12上大主动臂1的一端与第二驱动装置5B的输出轴相连，所述第一支链12上大主动臂1的另一端与左衬架2A和右衬架2B的中部通过铰链相连接。小主动臂6一端与第一驱动装置5A的输出轴相连，小主动臂6的另一端与主动臂连杆7通过球铰铰接，主动臂连杆7的另一端与左衬架2A上端通过球铰铰接相连。所述左衬架2A与右衬架2B对称铰接布置于大主动臂1中部铰接位置两侧，左衬架2A与右衬架2B的上端部通过轴紧配连接，增加了机构的对称性与稳定性。
所述第一从动臂8A的上端通过球铰铰接于左衬架2A下端部铰接位，所述第二从动臂8B的上端通过球铰10铰接于大主动臂1的末端铰接位，所述第一从动臂8A及第二从动臂8B的下端分别通过球铰与动平台3铰接。所述第二支链13只有从动臂的下端与动平台3的铰接位不同，是分别通过虎克铰11与动平台3铰接相连，其他机构与构件布置均与第一支链12相同。所述第三支链14的构件和构件布置均与第一支链12相同。所述动平台3通过支链与机架4形成并联闭环结构，并被支链所驱动。
本发明的大主动臂与小主动臂同心安装，同时小主动臂、衬架、主动臂连杆三者保持平行。从而使得大主动臂1、小主动臂6、主动臂连杆7、衬架2形成一个并联闭环的空间五杆机构。从轴向看，所述大主动臂1、小主动臂6、主动臂连杆7及衬架2形成一个平行四边形结构，即如图5所示的平行四边形ABCD。同时，本发明的三支链上端与机架同时相连接，下端与同时与动平台3相连接，从而构成一个并联机器人结构，该并联结构使得机器人刚度大，承载能力强，速度快。
所述大主动臂1的一端与第二驱动装置5B的输出轴相连，其另一端与左衬架2A和右衬架2B中部通过铰链相连接。小主动臂6一端与第一驱动装置5A的输出轴相连，小主动臂6的另一端与主动臂连杆7通过球铰铰接，主动臂连杆7的另一端与左衬架2A上端通过球铰铰接相连。所述左衬架2A与右衬架2B对称铰接布置于大主动臂1中部铰接位置两侧，左衬架2A与右衬架2B的上端部通过轴紧配连接，增加了机构的对称性与稳定性。所述第一从动臂8A的上端通过球铰铰接于左衬架2A下端部铰接位，所述第二从动臂8B的上端通过球铰铰接于大主动臂1的末端铰接位，所述第一从动臂8A和第二从动臂8B的下端分别通过球铰与动平台3铰接。
通过控制驱动小主动臂6带动左衬架2A转动，使得左衬架2A下端部铰接位置轴心和大主动臂1末端铰接位置轴心同轴心便可使该机器人调整为三平动DELTA机器人。因为此时所述的第一支链12上第一从动臂8A、第二从动臂8B、大主动臂1和动平台3构成了平行四边形机构，即如图6所示的平行四边形结构EFGH，以及第二支链13上所形成的平行四边形结构从而限制了动平台的三个转动自由度，从而使该机器人只有三个平动自由度。当控制驱动小主动臂6使得左衬架2A下端部铰接位置轴心和大主动臂1末端铰接位置轴心不同轴心时，便可变为六自由度机器人，根据工作需要从而控制达到不同的位置和姿态。
如图1所示，所述驱动装置均采用电机减速机的驱动方式。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。为了达到同样目的，还可以采用扭矩电机驱动，为与其连接的主动臂提供一个转动自由度。在某种应用状况下，也可以采用直线电机的驱动方式，为与其连接的主动臂提供一个移动自由度。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。
以上示意性的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，不经创造性地设计出与该技术方案类似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种从动臂对称布置自由度能够重构的搬运机器人，其特征在于该搬运机器人包括机架(4)、动平台(3)、第一支链(12)、第二支链(13)、第三支链(14)及驱动装置；所述第一支链(12)、第二支链(13)及第三支链(14)均布于所述机架(4)上，所述第一支链(12)、第二支链(13)及第三支链(14)之间相隔120度，所述第一支链(12)包括大主动臂(1)、小主动臂(6)、主动臂连杆(7)、左衬架(2A)、右衬架(2B)、第一从动臂(8A)及第二从动臂(8B)，所述左衬架(2A)及右衬架(2B)的上端部、下端部、中部分别设有铰接位；所述大主动臂(1)、小主动臂(6)、主动臂连杆(7)及左衬架(2A)通过运动副连接形成平行四边形结构；所述左衬架(2A)与右衬架(2B)对称铰接布置于所述大主动臂(1)中部铰接位的两侧，所述左衬架(2A)与所述右衬架(2B)的上端部通过轴紧配连接；所述大主动臂(1)的一端与第二驱动装置(5B)的输出轴相连，所述大主动臂(1)的另一端与所述左衬架(2A)及右衬架(2B)通过铰链相连接；所述小主动臂(6)的一端与第一驱动装置(5A)的输出轴相连，所述小主动臂(6)的另一端与所述主动臂连杆(7)的一端通过球铰铰接，所述主动臂连杆(7)的另一端与所述左衬架(2A)的上端通过球铰铰接；所述第一从动臂(8A)的上端通过球铰铰接于所述左衬架(2A)下端部的铰接位，所述第二从动臂(8B)的上端通过球铰铰接于所述大主动臂(1)的末端铰接位，所述第一从动臂(8A)及第二从动臂(8B)的下端分别通过球铰与所述动平台(3)铰接；所述第二支链(13)中的从动臂下端通过虎克铰与所述动平台(3)铰接相连，所述第二支链(13)中的其他构件设置与所述第一支链(12)相同；所述第三支链(14)的构件及结构均与所述第一支链(12)相同，所述第一支链(12)、第二支链(13)及第三支链(14)中的所述大主动臂(1)及小主动臂(6)均同心安装。
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