CN106426103B - 一种可实现两平两转的四自由度机器人机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可实现两平两转的四自由度机器人机构，包括固定架、动平台、转动连接在固定架上的大转轴、转动连接在动平台上的小转轴、布置在所述大转轴与小转轴之间的第一支链和第三支链、以及布置在所述固定架和动平台之间的第二支链和第四支链；所述四条支链均包含伸缩杆，所述第一和第三支链的伸缩杆均同时通过转动副与大转轴和小转轴连接；所述第三支链的伸缩杆均通过虎克铰与静平台和动平台连接，所述第四支链的伸缩杆分别通过虎克铰和球副与静平台和动平台连接。本发明结构紧凑，设计巧妙，整机刚度好、精度高，具有大的工作空间机架体积比。

Description

一种可实现两平两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，特别是涉及一种具有两平两转的四自由度机器人机构。
背景技术
现有专利CN1170658C公布了一种四自由度并联机器人机构,该机构具有四个分支,其中两个分支由转动副、移动副和球副串接组成、两个分支由虎克铰、移动副和球副串接组成。专利CN100354068C公布了由一条恰约束支链和四条无约束主动支链组成的四自由度并联机器人机构，其中恰约束支链限制机构的两个自由度，使机构具有四个自由度，无约束主动支链提供驱动。专利CN102601793B公布了新型空间全对称四自由度并联机构，由四个无约束主动支链和1个中间被动分支组成，且通在过动平台内设置齿轮副实现末端执行器绕动平台中心轴线旋转。专利CN100513062公布了一种四自由度并联机构，其中两个分支由虎克铰、移动副和转动副串接组成、两个分支由虎克铰、移动副和球副串接组成，该机构通过前两个分支提供两个约束，从而实现4自由度。上述专利中，每个机构均至少有两条运动分支包含球副，制造和安装较复杂。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种由四条支链组成的四自由度机器人机构。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种可实现两平两转的四自由度机器人机构，包括固定架、动平台、转动连接在固定架上的大转轴、转动连接在动平台上的小转轴、布置在所述大转轴与小转轴之间的第一支链和第三支链、以及布置在所述固定架和动平台之间的第二支链和第四支链；
所述第一支链与第三支链结构完全相同，每条支链均包括驱动装置、长度伸缩杆和转动叉；两个支链的长度伸缩杆均与大转轴转动连接，连接所述长度伸缩杆和大转轴的转动轴线与连接所述固定架和大转轴的转动轴线垂直相交；所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述长度伸缩杆的另一端均与转动叉连接，所述转动叉均与小转轴转动连接；
连接所述第一支链的长度伸缩杆和大转轴的转动轴线、连接所述第一支链的转动叉和小转轴的转动轴线、连接所述第三支链的长度伸缩杆和大转轴的转动轴线、以及连接所述第三支链的转动叉和小转轴的转动轴线共四条轴线相互平行；
所述第二支链包括第二驱动装置、第二长度伸缩杆、第二转动圈、第二转动叉；所述第二转动圈与固定架转动连接，所述第二长度伸缩杆与第二转动圈转动连接，所述第二长度伸缩杆的一端固接有第二驱动装置，使所述第二长度伸缩杆成为主动移动副，所述第二长度伸缩杆的另一端与第二转动叉转动连接，所述第二转动叉与动平台转动连接；
连接所述第二转动圈和固定架的转动轴线与连接所述第二长度伸缩杆和第二转动圈的转动轴线垂直相交；连接所述第二长度伸缩杆与第二转动叉的转动轴线与第二长度伸缩杆的伸缩方向平行；连接所述第二转动圈和固定架的转动轴线、连接所述第二长度伸缩杆和第二转动圈的转动轴线、连接所述第二长度伸缩杆和第二转动叉的转动轴线共三条轴线不共线，连接所述第二长度伸缩杆和第二转动叉的转动轴线与连接所述第二转动叉和动平台转动轴线垂直相交；
连接所述小转轴和动平台的转动轴线与连接所述第二转动叉和动平台转动轴线相互平行；
所述第四支链包括第四驱动装置、第四长度伸缩杆、第四转动圈、第四球铰；所述第四转动圈与固定架转动连接、所述述第四长度伸缩杆与第四转动圈转动连接，所述第四长度伸缩杆的一端固接有第四驱动装置，使所述第四长度伸缩杆成为主动移动副，所述第四长度伸缩杆的另一端通过第四球铰与动平台连接。所述第四球铰为具有三个转动自由度的球副。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：该机构为面对称机构，固定架的加工及安装表面均在水平或竖直方向，因而具有良好的制造和装配工艺性，并且第二支链和第三支链可采用仅具有一个转动自由度的铰链与动平台相连，与现有技术相比减少了4个转动铰链，因而有利于降低制造成本。
附图说明
图1为本发明的可实现两平两转的四自由度机器人机构示意图。
图中序号说明如下：
1、固定架，2、大转轴，3、小转轴，4、动平台，I、第一支链，II、第二支链，III、第三支链，IV、第四支链；11、第一支链的驱动装置，12、第一支链的长度伸缩杆，13、第一支链的转动叉；21、第二驱动装置，22、第二长度伸缩杆，23、第二转动圈，24、第二转动叉；31、第三支链的驱动装置，32、第三支链的长度伸缩杆，33、第三支链的转动叉；41、第四驱动装置，42、第四长度伸缩杆，43、第四转动圈，44、第四球铰。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例
一种可实现两平两转的四自由度机器人机构，所述机器人机构包括固定架1、动平台4、转动连接在固定架1上的大转轴2、转动连接在动平台4上的小转轴3、布置在所述大转轴2与小转轴3之间的第一支链I和第三支链III、以及布置在所述固定架1和动平台4之间的第二支链II和第四支链IV；
所述第一支链I与第三支链III结构完全相同，每条支链均包括驱动装置、长度伸缩杆和转动叉；两个支链的长度伸缩杆均与大转轴2转动连接，连接所述长度伸缩杆和大转轴2的转动轴线与连接所述固定架1和大转轴2的转动轴线垂直相交；所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述长度伸缩杆的另一端均与转动叉连接，所述转动叉均与小转轴3转动连接；
连接所述第一支链I的长度伸缩杆12和大转轴2的转动轴线、连接所述第一支链I的转动叉13和小转轴3的转动轴线、连接所述第三支链III的长度伸缩杆32和大转轴2的转动轴线、以及连接所述第三支链III的转动叉33和小转轴3的转动轴线共四条轴线相互平行；
所述第二支链II包括第二驱动装置21、第二长度伸缩杆22、第二转动圈23、第二转动叉24；所述第二转动圈23与固定架1转动连接，所述第二长度伸缩杆22与第二转动圈23转动连接，所述第二长度伸缩杆22的一端固接有第二驱动装置21，使所述第二长度伸缩杆22成为主动移动副，所述第二长度伸缩杆22的另一端与第二转动叉24转动连接，所述第二转动叉24与动平台4转动连接；
连接所述第二转动圈23和固定架1的转动轴线与连接所述第二长度伸缩杆22和第二转动圈23的转动轴线垂直相交；连接所述第二长度伸缩杆22与第二转动叉24的转动轴线与第二长度伸缩杆22的伸缩方向平行；连接所述第二转动圈23和固定架1的转动轴线、连接所述第二长度伸缩杆22和第二转动圈23的转动轴线、连接所述第二长度伸缩杆22和第二转动叉24的转动轴线共三条轴线不共线，连接所述第二长度伸缩杆22和第二转动叉24的转动轴线与连接所述第二转动叉24和动平台4转动轴线垂直相交；
连接所述小转轴3和动平台4的转动轴线与连接所述第二转动叉24和动平台4转动轴线相互平行；
所述第四支链IV包括第四驱动装置41、第四长度伸缩杆42、第四转动圈43、第四球铰44；所述第四转动圈43与固定架1转动连接、所述述第四长度伸缩杆42与第四转动圈43转动连接，所述第四长度伸缩杆42的一端固接有第四驱动装置41，使所述第四长度伸缩杆42成为主动移动副，所述第四长度伸缩杆42的另一端通过第四球铰44与动平台4连接。
所述第四球铰44为具有三个转动自由度的球副。
本发明结构紧凑，设计巧妙，整机刚度好、精度高，具有大的工作空间机架体积比。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种可实现两平两转的四自由度机器人机构，其特征在于，所述机器人机构包括固定架(1)、动平台(4)、转动连接在固定架(1)上的大转轴(2)、转动连接在动平台(4)上的小转轴(3)、布置在所述大转轴(2)与小转轴(3)之间的第一支链(I)和第三支链(III)、以及布置在所述固定架(1)和动平台(4)之间的第二支链(II)和第四支链(IV)；
所述第一支链(I)与第三支链(III)结构完全相同，每条支链均包括驱动装置、长度伸缩杆和转动叉；两个支链的长度伸缩杆均与大转轴(2)转动连接，连接所述长度伸缩杆和大转轴(2)的转动轴线与连接所述固定架(1)和大转轴(2)的转动轴线垂直相交；所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述长度伸缩杆的另一端均与转动叉连接，所述转动叉均与小转轴(3)转动连接；
连接所述第一支链(I)的长度伸缩杆(12)和大转轴(2)的转动轴线、连接所述第一支链(I)的转动叉(13)和小转轴(3)的转动轴线、连接所述第三支链(III)的长度伸缩杆(32)和大转轴(2)的转动轴线、以及连接所述第三支链(III)的转动叉(33)和小转轴(3)的转动轴线共四条轴线相互平行；
所述第二支链(II)包括第二驱动装置(21)、第二长度伸缩杆(22)、第二转动圈(23)、第二转动叉(24)；所述第二转动圈(23)与固定架(1)转动连接，所述第二长度伸缩杆(22)与第二转动圈(23)转动连接，所述第二长度伸缩杆(22)的一端固接有第二驱动装置(21)，使所述第二长度伸缩杆(22)成为主动移动副，所述第二长度伸缩杆(22)的另一端与第二转动叉(24)转动连接，所述第二转动叉(24)与动平台(4)转动连接；
连接所述第二转动圈(23)和固定架(1)的转动轴线与连接所述第二长度伸缩杆(22)和第二转动圈(23)的转动轴线垂直相交；连接所述第二长度伸缩杆(22)与第二转动叉(24)的转动轴线与第二长度伸缩杆(22)的伸缩方向平行；连接所述第二转动圈(23)和固定架(1)的转动轴线、连接所述第二长度伸缩杆(22)和第二转动圈(23)的转动轴线、连接所述第二长度伸缩杆(22)和第二转动叉(24)的转动轴线共三条轴线不共线，连接所述第二长度伸缩杆(22)和第二转动叉(24)的转动轴线与连接所述第二转动叉(24)和动平台(4)转动轴线垂直相交；
连接所述小转轴(3)和动平台(4)的转动轴线与连接所述第二转动叉(24)和动平台(4)转动轴线相互平行；
所述第四支链(IV)包括第四驱动装置(41)、第四长度伸缩杆(42)、第四转动圈(43)、第四球铰(44)；所述第四转动圈(43)与固定架(1)转动连接、所述第四长度伸缩杆(42)与第四转动圈(43)转动连接，所述第四长度伸缩杆(42)的一端固接有第四驱动装置(41)，使所述第四长度伸缩杆(42)成为主动移动副，所述第四长度伸缩杆(42)的另一端通过第四球铰(44)与动平台(4)连接。
2.根据权利要求1所述的可实现两平两转的四自由度机器人机构，其特征在于，所述第四球铰(44)为具有三个转动自由度的球副。
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