CN106346449A - 一种四自由度并联机器人 - Google Patents

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孙帅
宋公飞
张晴
孙毅
黄贤存
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    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base
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Abstract

一种四自由度并联机器人，包括固定平台、运动平台和执行机构，所述执行机构连接所述固定平台与所述运动平台，所述执行机构包括三条完全相同的支链，每条所述支链均包括主动臂和从动臂，所述主动臂的上端通过主动臂驱动轴与所述固定平台内的伺服电机相连，所述主动臂的下端与对应的所述从动臂的上端相连，所述从动臂的下端与所述运动平台相连接；所述从动臂包括相互平行设置的两条碳素杆，每条所述碳素杆的上转动轴与所述主动臂通过特制螺丝配合连接。本发明刚性好、承载能力强、结构较简单、易于精密操作等，同时该并联机器人可以替代人工操作，发挥重复劳动的高效优势，且结构紧凑，易于安装维护，可操作性强。

Description

一种四自由度并联机器人
技术领域
本发明涉及一种四自由度并联机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
并联机构是一组有两个或两个以上的分支机构并联而成的机构。它的特点是所有分支机构可同时接受驱动器输入，而最终共同给出输出，在机构学上属于多路闭环机械系统。以并联机构作为传动进给机构的数控机床、机器人操作机以及由此组成的制造单元统称为并联构型装备，是近年来发展起来的一种有着广阔应用前景的新型制造装备。并联机器人机构广泛应用于大型模拟设备、机器人、数控机床、传感器、微操作器、雕刻机和测量机等技术领域。Stewart平台是一种典型的并联机器人机构，该机构具有6个自由度，首次用于并联机器人和数控机床被认为是二十世纪以来机床结构的一次革命，在这以后发明了多种6自由度并联机构。
由于结构的限制，6自由度并联机构有许多技术问题没能很好解决，如运动耦合性强、运动学正解复杂、工作空间小、传动特性差等。目前的并联机构多具有2、3、4、5和6个自由度。少自由度并联机器人机构在工业生产中具有广阔的应用前景，不少学者研究了多种该类型的机构，如Delta机构、Star Like机构等。中国学者在少自由度并联机器人机构的研究方面也取得了大量的研究成果（如专利申请号：200410019623；200510037951.7等等）。
目前四自由度的并联机器人机构作为拾取机构具有广阔的应用前景，随着微电子和计算机技术的发展，并联机器人在生产生活中越来越广泛的应用，针对传统四自由度并联机器人对物品的特定操作，特提供一种新型的四自由度并联机器人机构。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种四自由度并联机器人，其具体技术方案如下：
一种四自由度并联机器人，包括固定平台、运动平台和执行机构，所述执行机构连接所述固定平台与所述运动平台，
所述固定平台包括固定平台上盖板、固定平台下盖板、固定安装在所述固定平台内的伺服电机、用于固定伺服电机的电机安装盒、基座固定板和固定平台侧面挡板，所述基座固定板通过螺丝安装在固定平台上盖板的上表面，所述伺服电机用电机安装盒固定在所述固定平台内，所述固定平台下盖板和固定平台侧面挡板用螺丝相连接共同组成固定平台的外防护壳；
所述运动平台包括三爪连接板、安装固定于所述三爪连接板上的步进电机卡座、固定设置在所述卡座内的步进电机、与所述步进电机相配合连接的步进电机联轴器及位于步进电机联轴器末端的吸盘，
所述执行机构包括三条完全相同的支链，每条所述支链均包括主动臂和从动臂，所述主动臂的上端通过主动臂驱动轴与所述固定平台内的伺服电机相连，所述主动臂的下端与对应的所述从动臂的上端相连，所述从动臂的下端与所述运动平台相连接；
所述从动臂包括相互平行设置的两条碳素杆及设置在该两条碳素杆上端的上转动轴和设置在该两条碳素杆下端的下转动轴，每条所述碳素杆的上转动轴与所述主动臂通过特制螺丝配合连接，每条所述碳素杆的下转动轴与所述运动平台相配合连接；
所述特制螺丝的外表面设有外螺纹，所述特制螺丝的纵向中心开设有螺纹通孔，螺纹通孔用于和从动臂的上转动轴相连接，外螺纹与所述主动臂的一端相连接。
所述执行机构还包括收容在所述固定平台内的驱动控制模块，所述驱动控制模块包括电路集成板和外接面板，所述电路集成板内集成了WIFI模组或蓝牙模组，所述外接面板包括电源接口和转换接口，所述转换接口包括以太网接口。
所述驱动控制模块与供电电源和主动臂驱动轴相连接。
所述主动臂的上端与主动臂驱动轴相连，所述的主动臂驱动轴通过所述联轴器与所述的伺服电机的输出轴相连。
所述执行机构围绕所述固定平台和运动平台的周向彼此相隔120度均匀分布。
所述从动臂中的一根碳素杆的上转动轴安装特制螺丝，另一根碳素杆的上转动轴安装与特制螺丝配套的螺杆，两根碳素杆的上转动轴分别位于对应的主动臂的两侧，通过螺杆旋紧固定在特制螺丝中，主动臂与对应的从动臂连接。
本发明的工作原理是：
在三条支链与固定平台联接的三个伺服电机共同作用下，该并联机构可以实现三维方向平动，同时安装在运动平台上的步进电机可以实现末端执行器如真空吸盘或者电磁吸盘的一维旋转运动。
本发明的有益效果是：
本发明刚性好、承载能力强、结构较简单、易于精密操作等，同时该并联机器人可以替代人工操作，发挥重复劳动的高效优势，且结构紧凑，易于安装维护，可操作性强。
本发明主动臂用伺服电机驱动，控制更加便捷、准确。
本发明建立比较简单和完善的运动学模型，运动学位置正解和反解较简单。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图，
图2是本发明的平视结构示意图，
图3是本发明的特制螺丝结构示意图，
图4是本发明的从动臂的上转动轴结构示意图，
图5是本发明的从动臂的上转动轴和特制螺丝相连接的示意图，
图中所示：A-固定平台、B-执行机构、C-运动平台、1-固定平台上盖板、2-伺服电机、3-电机安装盒、4-主动臂驱动轴、5-主动臂、6-从动臂的上转动轴、7-碳素杆、8-从动臂的下转动轴、9-三爪连接板、10-步进电机、11-基座固定板、12-步进电机卡座、13-固定平台侧面挡板、14-特制螺丝、15-伺服电机联轴器、16-固定平台下盖板、17-步进电机联轴器、18-吸盘、19-螺纹通孔、20-外螺纹。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
结合附图可见，本四自由度并联机器人，包括固定平台A、运动平台B和执行机构C，所述执行机构连接所述固定平台与所述运动平台。运动平台作用于带施工的部件，固定平台驱动执行机构动作，带动运动平台的运动。
所述固定平台包括固定平台上盖板1、固定平台下盖板16、固定安装在所述固定平台内的伺服电机2、用于固定伺服电机2的电机安装盒3、基座固定板11和固定平台侧面挡板13，所述基座固定板11通过螺丝安装在固定平台上盖板1的上表面，所述伺服电机2用电机安装盒3固定在所述固定平台内，所述固定平台下盖板16和固定平台侧面挡板13用螺丝相连接共同组成固定平台的外防护壳。固定平台四周相对密封，不仅外观整齐美观，而且保护内部的伺服电机2等设备。
所述运动平台包括三爪连接板9、安装固定于所述三爪连接板9上的步进电机卡座12、固定设置在所述卡座内的步进电机10、与所述步进电机10相配合连接的步进电机联轴器17及位于步进电机联轴器17末端的吸盘18。吸盘18用于吸附待处理加工的部件。
所述执行机构包括三条完全相同的支链，每条所述支链均包括主动臂5和从动臂，所述主动臂5的上端通过主动臂驱动轴4与所述固定平台内的伺服电机2相连，所述主动臂5的下端与对应的所述从动臂的上端相连，所述从动臂的下端与所述运动平台相连接。三条完全相同的支链能够确保运动平台运动时的平稳性。
所述从动臂包括相互平行设置的两条碳素杆7及设置在该两条碳素杆7上端的上转动轴和设置在该两条碳素杆7下端的下转动轴，每条所述碳素杆7的上转动轴与所述主动臂5通过特制螺丝14配合连接，每条所述碳素杆7的下转动轴与所述运动平台相配合连接。通过上转动轴和下转动轴实现从动臂的多方向多角度可调整可变化。
所述特制螺丝14的外表面设有外螺纹20，所述特制螺丝14的纵向中心开设有螺纹通孔19，螺纹通孔19用于和从动臂的上转动轴6相连接，外螺纹20与所述主动臂5的一端相连接。特制螺丝14能够通过内外两圈螺纹连接从动臂的上转动轴6和主动臂5。
所述执行机构还包括收容在所述固定平台内的驱动控制模块，所述驱动控制模块包括电路集成板和外接面板，所述电路集成板内集成了WIFI模组或蓝牙模组，所述外接面板包括电源接口和转换接口，所述转换接口包括以太网接口。通过WIFI模组或蓝牙模组实现无线控制，以太网接口用于数据线连接使用。
所述驱动控制模块与供电电源和主动臂驱动轴4相连接。驱动控制模块驱动控制主动臂5的运行。
所述主动臂5的上端与主动臂驱动轴4相连，所述的主动臂驱动轴4通过所述伺服电机联轴器15与所述的伺服电机2的输出轴相连。伺服电机2通过联轴器控制主动臂5。
所述执行机构围绕所述固定平台和运动平台的周向彼此相隔120度均匀分布。120度角度实现三条执行机构的均匀分布，受力均匀。
所述从动臂中的一根碳素杆7的上转动轴安装特制螺丝14，另一根碳素杆7的上转动轴安装与特制螺丝14配套的螺杆，两根碳素杆7的上转动轴分别位于对应的主动臂5的两侧，通过螺杆旋紧固定在特制螺丝14中，主动臂5与对应的从动臂连接。螺杆螺旋拧进特制螺丝14的内圈螺纹中，特制螺丝14的外圈螺纹用于连接主动臂5的下端内螺纹。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种四自由度并联机器人，包括固定平台、运动平台和执行机构，所述执行机构连接所述固定平台与所述运动平台，
其特征是所述固定平台包括固定平台上盖板、固定平台下盖板、固定安装在所述固定平台内的伺服电机、用于固定伺服电机的电机安装盒、基座固定板和固定平台侧面挡板，所述基座固定板通过螺丝安装在固定平台上盖板的上表面，所述伺服电机用电机安装盒固定在所述固定平台内，所述固定平台下盖板和固定平台侧面挡板用螺丝相连接共同组成固定平台的外防护壳；
所述运动平台包括三爪连接板、安装固定于所述三爪连接板上的步进电机卡座、固定设置在所述卡座内的步进电机、与所述步进电机相配合连接的步进电机联轴器及位于步进电机联轴器末端的吸盘，
所述执行机构包括三条完全相同的支链，每条所述支链均包括主动臂和从动臂，所述主动臂的上端通过主动臂驱动轴与所述固定平台内的伺服电机相连，所述主动臂的下端与对应的所述从动臂的上端相连，所述从动臂的下端与所述运动平台相连接；
所述从动臂包括相互平行设置的两条碳素杆及设置在该两条碳素杆上端的上转动轴和设置在该两条碳素杆下端的下转动轴，每条所述碳素杆的上转动轴与所述主动臂通过特制螺丝配合连接，每条所述碳素杆的下转动轴与所述运动平台相配合连接；
所述特制螺丝的外表面设有外螺纹，所述特制螺丝的纵向中心开设有螺纹通孔，螺纹通孔用于和从动臂的上转动轴相连接，外螺纹与所述主动臂的一端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种四自由度并联机器人，其特征是所述执行机构还包括收容在所述固定平台内的驱动控制模块，所述驱动控制模块包括电路集成板和外接面板，所述电路集成板内集成了WIFI模组或蓝牙模组，所述外接面板包括电源接口和转换接口，所述转换接口包括以太网接口。
3.根据权利要求1所述的一种四自由度并联机器人，其特征是所述驱动控制模块与供电电源和主动臂驱动轴相连接。
4.根据权利要求1所述的一种四自由度并联机器人，其特征是所述主动臂的上端与主动臂驱动轴相连，所述的主动臂驱动轴通过所述联轴器与所述的伺服电机的输出轴相连。
5.根据权利要求1所述的一种四自由度并联机器人，其特征是所述执行机构围绕所述固定平台和运动平台的周向彼此相隔120度均匀分布。
6.根据权利要求1所述的一种四自由度并联机器人，其特征是所述从动臂中的一根碳素杆的上转动轴安装特制螺丝，另一根碳素杆的上转动轴安装与特制螺丝配套的螺杆，两根碳素杆的上转动轴分别位于对应的主动臂的两侧，通过螺杆旋紧固定在特制螺丝中，主动臂与对应的从动臂连接。
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