CN106313005B - 一种可实现三平一转的四自由度机器人机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现三平一转的四自由度机器人机构，包括固定架、动平台、布置在所述固定架与动平台之间的第一、第二和第三支链；所述三条支链均包括近架杆、两个平行且等长的远架杆，所述第三支链还包括转动叉，所述转动叉与固定架转动连接，所述近架杆的一端与固定架或转动叉连接，另一端与远架杆球铰接，所述远架杆与动平台球铰接，所述动平台包括转动连接主平台和副平台。该机构通过三个支链实现三平一转四个自由度的运动，有利于降低制造成本。

Description

一种可实现三平一转的四自由度机器人机构

技术领域

本发明涉及一种机器人机构，特别是一种可实现三平一转的四自由度机器人机构。

背景技术

三维平动一维转动并联机构因可满足空间物体的搬运等操作，已被广泛应用于食品医药、现代物流、电子信息等领域自动化生产线高速轻载搬运作业。

专利号为US20090019960A1的美国专利公开了一种带四个自由度的高速并联机器人，专利号为EP1084802B1欧洲专利公开了一种四自由度并联机器人，通过对这两件专利分析可知，现有的可实现三维平动一维转动的并联机构，包括四个主动支链和一个动平台，每条支链包括近架杆和远架杆两部分。其中近架杆一端相对于固定机架仅具有一个移动或转动自由度，另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与远架杆的一端连接；远架杆另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与动平台连接，从而保证机构的平动；动平台由四个部件组成，其中两个部件需相互平行，另外两个部件与前述两个相互平行的部件通过转动铰链连接，通过部件之间的相互转动可实现绕垂直于动平台的轴线的转动自由度，同时配以相应的放大机构可扩大转角范围。但是上述机构的局限性在于：支链数量多，且动平台的重量较大，不利于提高机构的动态响应特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用三条支链即可实现三维平动一维转动的四自由度机器人机构。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种可实现三平一转的四自由度机器人机构，包括固定架、动平台以及连接固定架与动平台之间的第一支链、第二支链和第三支链，其中，

所述第一支链和第二支链结构完全相同，且分布在第三支链的两侧；

所述第一支链包括第一驱动装置、第一近架杆、第一上连接轴、两个平行且等长的第一远架杆和第一下连接轴；第一驱动装置与固定架固接，第一近架杆的一端与固定架转动连接，且与第一驱动装置的驱动端固接，第一近架杆的另一端与第一上连接轴固接；第一远架杆一端与第一上连接轴球铰接，另一端与固接在动平台上的第一下连接轴球铰接；

所述第二支链包括第二驱动装置、第二近架杆、第二上连接轴、两个平行且等长的第二远架杆和第二下连接轴；第二驱动装置与固定架固接，第二近架杆的一端与固定架转动连接，且与第二驱动装置的驱动端固接，第二近架杆的另一端与第二上连接轴固接；第二远架杆一端与第二上连接轴球铰接，另一端与固接在动平台上的第二下连接轴球铰接；

所述第三支链包括转动叉、转动叉驱动装置、第三驱动装置、第三近架杆、第三上连接轴、两个平行且等长的第三远架杆、支撑杆和第三下连接轴；转动叉驱动装置与固定架固接，转动叉与固定架转动连接，且与转动叉驱动装置的驱动端固接，第三驱动装置与转动叉固接，第三近架杆的一端与转动叉转动连接，且与第三驱动装置的驱动端固接，第三近架杆的另一端与第三上连接轴固接；第三远架杆一端与第三上连接轴球铰接，另一端与固接在动平台上的第三下连接轴球铰接；两个平行且等长的第三远架杆之间固接有支撑杆；

连接所述转动叉和固定架的转动轴线与连接第三近架杆和转动叉的主动轴线垂直相交；

连接所述第一近架杆和固定架的转动轴线、连接第二近架杆和固定架的转动轴线以及连接转动叉和固定架的转动轴线相互平行；

所述动平台包括主平台和副平台，主平台和副平台转动连接；第一支链和第二支链均与主平台连接，第三支链与副平台连接。

所述主平台上固接有内齿轮，副平台上转动连接有小齿轮，内齿轮与小齿轮啮合，两者构成齿轮副，小齿轮固接有末端执行器。

所述主平台上固接有圆导轨，副平台上固接有圆滑块，圆滑块与圆导轨构成导轨副。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的三平一转四自由度并联机构结构简单紧凑，运动方式明确；采用三条支链实现了四个自由度，减少了支链数量，有利于降低制造成本。

附图说明

图1为本发明可实现三平一转的四自由度机器人机构的结构示意图。

图2为动平台的结构示意图。

图3为主平台的结构示意图。

图4为副平台的结构示意图。

图中编号所代表的含义为：

1、固定架，2、圆滑块，3、圆导轨，4、内齿轮，5、小齿轮，6、主平台，7、副平台，8、末端执行器，11、第一驱动装置，12、第一近架杆，13、第一上连接轴，14、第一远架杆，15、第一下连接轴，21、第二驱动装置，22、第二近架杆，23、第二上连接轴，24、第二远架杆，25、第二下连接轴，31、转动叉驱动装置，32、第三驱动装置，33、转动叉，34、第三近架杆，35、第三上连接轴，36、第三远架杆，37、支撑杆，38、第三下连接轴。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：

结合附图1-4，一种可实现三平一转的四自由度机器人机构，包括固定架1、动平台以及连接固定架1与动平台之间的第一支链、第二支链和第三支链，所述第一支链和第二支链结构完全相同，且分布在第三支链的两侧；

所述第一支链包括第一驱动装置11、第一近架杆12、第一上连接轴13、两个平行且等长的第一远架杆14和第一下连接轴15；所述第一驱动装置11与固定架1固接，所述第一近架杆12的一端与固定架1转动连接，且与第一驱动装置11的驱动端固接，第一近架杆12的另一端与第一上连接轴13固接；所述第一远架杆14一端与所述第一上连接轴13球铰接，另一端与固接在所述动平台上的第一下连接轴15球铰接；

所述第二支链包括第二驱动装置21、第二近架杆22、第二上连接轴23、两个平行且等长的第二远架杆24和第二下连接轴25；所述第二驱动装置21与固定架1固接，所述第二近架杆22的一端与固定架1转动连接，且与第二驱动装置21的驱动端固接，第二近架杆22的另一端与第二上连接轴23固接；所述第二远架杆24一端与所述第二上连接轴23球铰接，另一端与固接在所述动平台上的第二下连接轴25球铰接；

所述第三支链包括转动叉33、转动叉驱动装置31、第三驱动装置32、第三近架杆34、第三上连接轴35、两个平行且等长的第三远架杆36、支撑杆37和第三下连接轴38；所述转动叉驱动装置31与固定架1固接，所述转动叉33与固定架1转动连接，且与所述转动叉驱动装置31的驱动端固接，所述第三驱动装置32与转动叉33固接，所述第三近架杆34的一端与转动叉33转动连接，且与第三驱动装置32的驱动端固接，第三近架杆34的另一端与第三上连接轴35固接；所述第三远架杆36一端与所述第三上连接轴35球铰接，另一端与固接在所述动平台上的第三下连接轴38球铰接；所述两个平行且等长的第三远架杆36之间固接有支撑杆37；

连接所述转动叉33和固定架1的转动轴线与连接所述第三近架杆34和转动叉33的主动轴线垂直相交；

连接所述第一近架杆12和固定架1的转动轴线、连接所述第二近架杆22和固定架1的转动轴线以及连接所述转动叉33和固定架1的转动轴线相互平行；

所述动平台包括主平台6和副平台7，所述主平台6和副平台7转动连接；所述第一支链和第二支链均与主平台6连接，所述第三支链与所述副平台7连接。

所述主平台6上固接有内齿轮4，所述副平台7上转动连接有小齿轮5，所述内齿轮4与小齿轮5啮合，两者构成齿轮副，所述小齿轮5固接有末端执行器8。

所述主平台6上固接有圆导轨3，所述副平台7上固接有圆滑块2，所述圆滑块2与圆导轨3构成导轨副。

本发明的三平一转四自由度并联机构结构简单紧凑，运动方式明确；采用三条支链实现了四个自由度，减少了支链数量，有利于降低制造成本。

Claims (3)

1.一种可实现三平一转的四自由度机器人机构，包括固定架(1)、动平台以及连接固定架(1)与动平台的第一支链、第二支链和第三支链，其特征在于，

所述第一支链和第二支链结构完全相同，且分布在第三支链的两侧；

所述第一支链包括第一驱动装置(11)、第一近架杆(12)、第一上连接轴(13)、两个平行且等长的第一远架杆(14)和第一下连接轴(15)；所述第一驱动装置(11)与固定架(1)固接，所述第一近架杆(12)的一端与固定架(1)转动连接，且与第一驱动装置(11)的驱动端固接，第一近架杆(12)的另一端与第一上连接轴(13)固接；所述第一远架杆(14)一端与所述第一上连接轴(13)球铰接，另一端与固接在所述动平台上的第一下连接轴(15)球铰接；

所述第二支链包括第二驱动装置(21)、第二近架杆(22)、第二上连接轴(23)、两个平行且等长的第二远架杆(24)和第二下连接轴(25)；所述第二驱动装置(21)与固定架(1)固接，所述第二近架杆(22)的一端与固定架(1)转动连接，且与第二驱动装置(21)的驱动端固接，第二近架杆(22)的另一端与第二上连接轴(23)固接；所述第二远架杆(24)一端与所述第二上连接轴(23)球铰接，另一端与固接在所述动平台上的第二下连接轴(25)球铰接；

所述第三支链包括转动叉(33)、转动叉驱动装置(31)、第三驱动装置(32)、第三近架杆(34)、第三上连接轴(35)、两个平行且等长的第三远架杆(36)、支撑杆(37)和第三下连接轴(38)；所述转动叉驱动装置(31)与固定架(1)固接，所述转动叉(33)与固定架(1)转动连接，且与所述转动叉驱动装置(31)的驱动端固接，所述第三驱动装置(32)与转动叉(33)固接，所述第三近架杆(34)的一端与转动叉(33)转动连接，且与第三驱动装置(32)的驱动端固接，第三近架杆(34)的另一端与第三上连接轴(35)固接；所述第三远架杆(36)一端与所述第三上连接轴(35)球铰接，另一端与固接在所述动平台上的第三下连接轴(38)球铰接；所述两个平行且等长的第三远架杆(36)之间固接有支撑杆(37)；

连接所述转动叉(33)和固定架(1)的转动轴线与连接所述第三近架杆(34)和转动叉(33)的主动轴线垂直相交；

连接所述第一近架杆(12)和固定架(1)的转动轴线、连接所述第二近架杆(22)和固定架(1)的转动轴线以及连接所述转动叉(33)和固定架(1)的转动轴线相互平行；

所述动平台包括主平台(6)和副平台(7)，所述主平台(6)和副平台(7)转动连接；所述第一支链和第二支链均与主平台(6)连接，所述第三支链与所述副平台(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种可实现三平一转的四自由度机器人机构，其特征在于，所述主平台(6)上固接有内齿轮(4)，所述副平台(7)上转动连接有小齿轮(5)，所述内齿轮(4)与小齿轮(5)啮合，两者构成齿轮副，所述小齿轮(5)固接有末端执行器(8)。

3.根据权利要求1所述的一种可实现三平一转的四自由度机器人机构，其特征在于，所述主平台(6)上固接有圆导轨(3)，所述副平台(7)上固接有圆滑块(2)，所述圆滑块(2)与圆导轨(3)构成导轨副。