CN106695752A - Delta并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种Delta并联机器人，其包括：固定平台、运动平台、连接所述固定平台与运动平台的执行机构，所述执行机构包括支链、固定在所述固定平台上以驱动所述支链运动的驱动装置，所述支链包括主动臂和从动臂，且所述主动臂的一端与所述驱动装置的输出轴相连、另一端与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，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，所述驱动控制模块的两端分别与电源和驱动装置电性连接，以控制所述驱动装置工作。相较于现有技术，本发明的Delta并联机器人不仅能够实现对轻小物料的快速分拣、封装、插装等操作，同时还能进行网络通信连接等操作，控制方便。

Description

Delta并联机器人

技术领域

本发明涉及一种Delta并联机器人，属于智能机械设备领域。

背景技术

随着电子、食品、医药等领域产品对生产效率和质量要求的不断提高，也就对产品生产线上的自动化传输设备提出了更高的要求。四自由度高速并联机器人是自动化传输设备的一种重要形式，它能在不同生产线间对产品高速、平稳、洁净的拾取和分级设置。这种机器人需要三个平动自由度以实现产品在空间的传输，同时还应具有一个旋转自由度以实现对不同姿态产品的拾取。

在现有技术中，Delta并联机器人是一种具有三个平动自由度的高速并联机器人，其三维移动结构于1985年由Clavel提出。由于采用闭环机构，工作空间相对较小，又加上其刚度大、精度高、结构稳定的特点，Delta并联机器人能完成对轻小物料的快速分拣、封装、插装等操作，主要应用于药品、食品和电子等行业的产品加工、装配。随着微电子和计算机技术的发展，并联机器人得到越来越广泛的应用，可以说Delta并联机器人是目前商业应用最成功的并联机器人之一。

针对Delta并联机器人对轻小物料的一些特定操作，本发明对Delta并联机器人的结构进行了创新型设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的Delta并联机器人，该Delta并联机器人可替代人工操作，发挥重复劳动的高效优势，并且其成本低廉，结构紧凑，易安装维护，可操作性强。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种Delta并联机器人，包括：固定平台、运动平台、连接所述固定平台与运动平台的执行机构，所述执行机构包括支链、固定在所述固定平台上以驱动所述支链运动的驱动装置，所述支链包括主动臂和从动臂，且所述主动臂的一端与所述驱动装置的输出轴相连、另一端与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，其中，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，所述驱动控制模块的两端分别与电源和驱动装置电性连接，以控制所述驱动装置工作。

作为本发明的进一步改进，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模组和/或蓝牙模组，以与人机交互控制端进行无线连接；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，以与人机交互控制端进行有线连接。

作为本发明的进一步改进，所述固定平台包括基座固定板、固定安装所述驱动装置的三叶板及位于所述基座固定板与三叶板之间的基座固定筒，所述电路集成板收容在所述基座固定筒内，且所述电路集成板的两端分别与电源和驱动装置电性连接，所述基座固定筒的侧边开设有供放置所述外接面板的开口。

作为本发明的进一步改进，所述驱动装置包括用于驱动所述运动平台在三维方向平动的第一驱动装置和用于驱动所述运动平台一维旋转的第二驱动装置，所述主动臂的一端与所述第一驱动装置的输出轴相连。

作为本发明的进一步改进，所述主动臂、从动臂及第一驱动装置分别设置有三个，且前述三个主动臂、从动臂及第一驱动装置对应组成三个执行机构组，每个执行机构组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。

作为本发明的进一步改进，所述三叶板具有均匀分布的三个叶片，三个所述第一驱动装置分别固定安装在所述三叶板的三个叶片的下方，每个所述第一驱动装置的远离所述主动臂的一侧设置有风扇，所述风扇与所述第一驱动装置的外侧罩设有护罩。

作为本发明的进一步改进，所述从动臂包括相互平行设置的两条拉杆及设置在该两条拉杆两端的关节轴承，且每条拉杆的其中一端的关节轴承与所述主动臂配合连接、另一端的关节轴承与所述运动平台相配合连接。

作为本发明的进一步改进，所述运动平台包括与所述从动臂的下端相连以固定从动臂下端的拉杆支架、位于所述拉杆支架的下方用以安装工件抓取工具的安装座及位于所述拉杆支架与所述安装座之间以固定所述安装座的工具固定板。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种Delta并联机器人，包括：固定平台、运动平台、连接所述固定平台与运动平台的执行机构，所述执行机构包括支链、固定在所述固定平台上以驱动所述支链运动的驱动装置，所述支链包括主动臂和从动臂，且所述主动臂的一端与所述驱动装置的输出轴相连、另一端与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，其中，所述执行机构还包括位于所述固定平台与所述运动平台之间并驱动所述运动平台一维旋转的中轴。

作为本发明的进一步改进，所述中轴包括内部中空设置的中轴管和与所述中轴管相连且一端收容在所述中轴管内的滚珠花键，所述中轴管的一端设置有轴箍、另一端与所述运动平台通过万向节相连，所述滚珠花键的一端通过所述轴箍收容在所述中轴管内、另一端与所述固定平台通过万向节相连。

作为本发明的进一步改进，所述驱动装置包括用于驱动所述运动平台在三维方向平动的第一驱动装置和用于驱动所述运动平台一维旋转的第二驱动装置，所述主动臂的一端与所述第一驱动装置的输出轴相连，所述滚珠花键的另一端通过万向节与所述第二驱动装置相连。

作为本发明的进一步改进，所述主动臂、从动臂及第一驱动装置分别设置有三个，且前述三个主动臂、从动臂及第一驱动装置对应组成三个执行机构组，每个执行机构组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。

作为本发明的进一步改进，所述固定平台包括三叶板，所述三叶板具有均匀分布的三个叶片，三个所述第一驱动装置分别固定安装在所述三叶板的三个叶片的下方，每个所述第一驱动装置的远离所述主动臂的一侧设置有风扇，所述风扇与所述第一驱动装置的外侧罩设有护罩。

作为本发明的进一步改进，所述从动臂包括相互平行设置的两条拉杆及设置在该两条拉杆两端的关节轴承，且每条拉杆的其中一端的关节轴承与所述主动臂配合连接、另一端的关节轴承与所述运动平台相配合连接。

作为本发明的进一步改进，所述运动平台包括与所述从动臂的下端相连以固定从动臂下端的拉杆支架、位于所述拉杆支架的下方用以安装工件抓取工具的安装座及位于所述拉杆支架与所述安装座之间以固定所述安装座的工具固定板。

本发明的有益效果是：本发明的Delta并联机器人通过在固定平台内设置驱动控制模块，且将该驱动控制模块设置为两端分别与电源和驱动装置电性连接，不仅减少了接线环节，使得结构紧凑，同时还能进行通电、网络通信连接等操作，控制方便。

附图说明

图1是本发明Delta并联机器人的立体结构示意图。

图2是图1所示Delta并联机器人的分解示意图。

图3是图2所示Delta并联机器人的剖面示意图。

图4是本发明Delta并联机器人的电控系统结构示意图。

图中：Ⅰ-固定平台 Ⅱ-执行机构 Ⅲ-运动平台 1-基座固定板 2-基座固定筒 4-第二驱动装置 5-三叶板 6-第二护罩 7-第一驱动装置 8-第一护罩 9-风扇 10-主动臂 11-关节轴承 12-拉杆 13-中轴管 14-滚珠花键 15-万向节 16-轴箍 17-拉杆支架 18-工具固定板 19-安装座 20-工件抓取工具 21-电路集成板 22-盖板 23-转换接口 24-用户终端 25-从动臂 26-内支撑柱 27-转动轴 28-轴承压板 51-叶片 52-通孔 53-第一螺纹孔 54-第二螺纹孔 55-凹槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

请参阅图1至图4所示，本发明揭示了一种Delta并联机器人，该Delta并联机器人具有三维平动和一维转动四个自由度，能够实现对轻小物料的快速分拣、封装、插装等操作，具有结构紧凑、整体性好、刚性强、运行稳定、低成本等优点。

所述Delta并联机器人包括：固定平台Ⅰ、运动平台Ⅲ、连接所述固定平台Ⅰ与运动平台Ⅲ的执行机构Ⅱ，所述执行机构Ⅱ包括支链、固定在所述固定平台Ⅰ上以驱动所述支链运动的驱动装置。所述驱动装置包括用于驱动所述运动平台Ⅲ在三维方向平动的第一驱动装置7和用于驱动所述运动平台Ⅲ一维旋转的第二驱动装置4。所述支链包括主动臂10和从动臂25，且所述主动臂10的一端与所述第一驱动装置7的输出轴相连、另一端与所述从动臂25的上端相连，所述从动臂25的下端与所述运动平台Ⅲ相连。所述执行机构Ⅱ还包括位于所述固定平台Ⅰ与所述运动平台Ⅲ之间并驱动所述运动平台Ⅲ一维旋转的中轴。

所述固定平台Ⅰ包括基座固定板1、固定安装所述第一驱动装置7的三叶板5及位于所述基座固定板1与三叶板5之间的基座固定筒2。所述执行机构Ⅱ还包括用于控制所述第一驱动装置7和第二驱动装置4工作的驱动控制模块，所述驱动控制模块的两端分别与电源和所述第一驱动装置7、第二驱动装置4相连。所述驱动控制模块包括电路集成板21和外接面板，所述电路集成板21内集成了WIFI模组和/或蓝牙模组，以与人机交互控制端（即用户终端24）进行无线连接；所述外接面板包括电源接口和转换接口23，所述转换接口23包括以太网接口，以与人机交互控制端（即用户终端24）进行有线连接。所述转换接口23还包括输入I/O接口和输出I/O接口。本实施例中，所述电路集成板21收容在所述固定平台Ⅰ内，且所述电路集成板21的两端分别与电源和第一驱动装置7、第二驱动装置4相连，从而可通过该电路集成板21控制所述第一驱动装置7和第二驱动装置4的通电、网络通信等。

本实施例中，所述第二驱动装置4和所述电路集成板21均收容在所述基座固定筒2内，且所述电路集成板21相较所述第二驱动装置4更靠近所述基座固定板1设置。这样的设计目的是：一方面便于电路集成板21同时对第一驱动装置7和第二驱动装置4实施控制，减少路线排布，结构紧凑；另一方面，便于所述第二驱动装置4驱动所述中轴，从而带动所述运动平台Ⅲ一维旋转。

所述基座固定筒2安装在所述基座固定板1的下方，并位于基座固定板1与三叶板5之间。所述基座固定筒2的上下两端各开设有6个螺纹孔，以供螺钉穿过螺纹孔将基座固定筒2分别与所述基座固定板1和三叶板5相固定连接。所述基座固定筒2的侧边开设有矩形的开口（未图示），以供放置所述外接面板。

所述主动臂10、从动臂25及第一驱动装置7分别设置有三个，且前述三个主动臂10、从动臂25及第一驱动装置7对应组成三个执行机构组，每个执行机构组围绕所述固定平台Ⅰ和运动平台Ⅲ的周向彼此相隔120度均匀分布。所述三叶板5具有均匀分布的三个叶片51，三个所述第一驱动装置7分别固定安装在所述三叶板5的三个叶片51的下方，每个所述第一驱动装置7的远离所述主动臂10的一侧设置有风扇9，以在第一驱动装置7工作时对第一驱动装置7实现散热，所述风扇9与所述第一驱动装置7的外侧罩设有第一护罩8。

所述第二驱动装置4的外侧罩设有第二护罩6，且该第二护罩6与所述三叶板5相固定连接。所述三叶板5的中心位置处开设有一个圆形的通孔52，该通孔52用于放置第二驱动装置4。在所述通孔52的外围一圈设置有沿圆形轨迹分布的6个第一螺纹孔53，以供螺钉穿过该6个第一螺纹孔53将第二护罩6与三叶板5固定连接。在前述6个第一螺纹孔53的外侧一定距离处，还设置有沿圆形轨迹分布的6个第二螺纹孔54，以供螺钉穿过该6个第二螺纹孔54将基座固定筒2与三叶板5固定连接。所述三叶板5的三个叶片51上均设置有自通孔52朝向叶片51外侧延伸的凹槽55，该凹槽55用于放置第一驱动装置7的电线。

所述中轴包括内部中空设置的中轴管13和与所述中轴管13相连且一端收容在所述中轴管13内的滚珠花键14。所述中轴管13由碳纤维材料制成，且所述中轴管13的一端设置有轴箍16、另一端与所述运动平台Ⅲ通过万向节15相连；所述滚珠花键14的一端通过所述轴箍16收容在所述中轴管13内、另一端与所述第二驱动装置4通过万向节15相连。所述中轴管13另一端的万向节15与所述滚珠花键14另一端的万向节15可保证所述中轴在Delta并联机器人运动范围内实现轴向伸缩和径向旋转功能，且利用碳纤维材料制作中轴管13，可使得中轴管13轴向强度和模量提高，从而增加了操作中的精度和效率。

由于所述中轴管13与所述滚珠花键14相组合之后可实现轴向伸缩和径向旋转，因而，所述三叶板5的中心点与运动平台Ⅲ中心点之间的距离设置为700mm~1050mm；当然，该距离也可根据Delta并联机器人的实际尺寸作相应调整，于此不予限制。另外，所述中轴管13的轴心线到三个所述从动臂25的中心线的距离相等，以此保证Delta并联机器人能够稳定的旋转，提高稳定性。

所述第一驱动装置7由减速机、步进电机、编码器、高性能的模块化驱动及运动控制器组成，该种高性能的模块化驱动及运动控制器能驱动并控制步进电机达到3000rpm以上速度。当然，在其他实施例中，所述步进电机也可由其它类型的电机替代，不失其通用性。

所述主动臂10与所述第一驱动装置7的谐波减速器相连接，从而第一驱动装置7的动力输出可通过谐波减速器传送至所述主动臂10，继而带动所述主动臂10上下摆动。所述主动臂10呈环状设置，且其宽度自所述第一驱动装置7的输出轴一侧朝向从动臂25一侧逐渐缩小，由此以减轻主动臂10的重量，继而减少第一驱动装置7的负载。所述主动臂10的中空部位设置有两个内支撑柱26，以增强主动臂10的刚性。所述主动臂10的靠近第一驱动装置7输出轴的一侧设置有盖板22，而靠近从动臂25的一侧设置有转动轴27，且该转动轴27的两端向外突伸。

所述从动臂25包括相互平行设置的两条拉杆12及设置在该两条拉杆12两端的关节轴承11，且每条拉杆12的其中一端的关节轴承11与所述主动臂10的转动轴27相配合连接、另一端的关节轴承11与所述运动平台Ⅲ相配合连接。本实施例中，三个所述主动臂10上自第一驱动装置7输出轴的圆心到与主动臂10自由端相连的关节轴承11的圆心之间的距离相等，当然，该距离可根据实际需要作出调整。

所述运动平台Ⅲ包括用于固定中轴管13底端的万向节15的轴承压板28、位于轴承压板28的下方并与所述从动臂25下端的关节轴承11相连接以固定拉杆12的拉杆支架17、位于所述拉杆支架17的下方用以安装工件抓取工具20的安装座19及位于所述拉杆支架17与所述安装座19之间以固定所述安装座19的工具固定板18。所述轴承压板28镶嵌在所述拉杆支架17中，所述工件抓取工具20可以是吸盘、气动抓手、电动抓手等抓取工具，也可以是点焊、点胶、切割等工具，以用来抓取或吸附轻小物体，具体来说，本实施例中，所述工件抓取工具20为吸盘。本实施例中，所述主动臂10的转动轴27与所述从动臂25上端的关节轴承11转动连接，所述从动臂25下端的关节轴承11与所述拉杆支架17固定连接，从而在第一驱动装置7驱动所述主动臂10上下摆动时，所述主动臂10可带动所述从动臂25沿三维方向运动，进而带动所述运动平台Ⅲ沿三维方向平动。

在三个所述主动臂10均处于水平位置时，假设所述工件抓取工具20所处的水平面为基准面，在此基准面上以工件抓取工具20此时所在点为圆心，工件抓取工具20在该基准面上可走的离圆心最远的距离作为半径，那么工件抓取工具20在该基准面上所形成的运动轨迹就是一个圆；而随着中轴管13与滚珠花键14的轴向伸缩，工件抓取工具20在基准面上所形成的运动轨迹的直径也会随之减小，由此可见，Delta并联机器人的运动平台Ⅲ的运动轨迹大体呈漏斗状。

本实施例中，所述第一驱动装置7的运动控制器采用了分布式控制系统（DCS），该分布式控制系统取代了传统的直流伺服电机加中央控制器的方式，从而免去了传统SCARA机器人的电气柜和电控面板。该分布式控制系统包含所有运动控制和步进伺服精准运行所必需的硬件和软件，可接受并储存用户编程；且此系统中的主控机只负责协调流程和用户界面，从而具有易搭建、可靠性高、开发和维护成本低等优点。

请参阅图4所示，本发明的Delta并联机器人采用四线制总线控制，所有模块化步进伺服和控制部件均通过四根电线串联控制，且该四根电线包括两根电源线和两根CAN信号线，极大简化了接线方式；另外，通过外接面板的转换接口23还可经由以太网、WIFI或者蓝牙方式与人机交互控制端（即用户终端24）有线或无线连接，使得人机交互控制端（即用户终端24）有更多灵活的选择；再者，除了可通过传统的工控机进行编程控制，还可通过智能移动终端（如个人平板，手机等）进行编程控制。

相较于现有技术，本发明的Delta并联机器人，一方面通过在固定平台Ⅰ内安装驱动控制模块，不仅减少了接线环节，使得结构紧凑，同时还能通过该驱动控制模块对Delta并联机器人进行通电、网络通信连接等操作，控制方便；另一方面，将三叶板5的叶片51设计为与第一驱动装置7的外形相匹配，使得结构明快，易于安装；再一方面，以太网、WIFI或者蓝牙方式的添加，使得人机交互控制端有更多灵活的选择，实现了低成本、易维护、易使用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种Delta并联机器人，包括：固定平台、运动平台、连接所述固定平台与运动平台的执行机构，所述执行机构包括支链、固定在所述固定平台上以驱动所述支链运动的驱动装置，所述支链包括主动臂和从动臂，且所述主动臂的一端与所述驱动装置的输出轴相连、另一端与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，其特征在于：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，所述驱动控制模块的两端分别与电源和驱动装置电性连接，以控制所述驱动装置工作。

2.根据权利要求1所述的Delta并联机器人，其特征在于：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模组和/或蓝牙模组，以与人机交互控制端进行无线连接；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，以与人机交互控制端进行有线连接。

3.根据权利要求2所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述固定平台包括基座固定板、固定安装所述驱动装置的三叶板及位于所述基座固定板与三叶板之间的基座固定筒，所述电路集成板收容在所述基座固定筒内，且所述电路集成板的两端分别与电源和驱动装置电性连接，所述基座固定筒的侧边开设有供放置所述外接面板的开口。

4.根据权利要求3所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述驱动装置包括用于驱动所述运动平台在三维方向平动的第一驱动装置和用于驱动所述运动平台一维旋转的第二驱动装置，所述主动臂的一端与所述第一驱动装置的输出轴相连。

5.根据权利要求4所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述主动臂、从动臂及第一驱动装置分别设置有三个，且前述三个主动臂、从动臂及第一驱动装置对应组成三个执行机构组，每个执行机构组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5所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述三叶板具有均匀分布的三个叶片，三个所述第一驱动装置分别固定安装在所述三叶板的三个叶片的下方，每个所述第一驱动装置的远离所述主动臂的一侧设置有风扇，所述风扇与所述第一驱动装置的外侧罩设有护罩。

7.根据权利要求1所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述从动臂包括相互平行设置的两条拉杆及设置在该两条拉杆两端的关节轴承，且每条拉杆的其中一端的关节轴承与所述主动臂配合连接、另一端的关节轴承与所述运动平台相配合连接。

8.根据权利要求1所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述运动平台包括与所述从动臂的下端相连以固定从动臂下端的拉杆支架、位于所述拉杆支架的下方用以安装工件抓取工具的安装座及位于所述拉杆支架与所述安装座之间以固定所述安装座的工具固定板。

9.一种Delta并联机器人，包括：固定平台、运动平台、连接所述固定平台与运动平台的执行机构，所述执行机构包括支链、固定在所述固定平台上以驱动所述支链运动的驱动装置，所述支链包括主动臂和从动臂，且所述主动臂的一端与所述驱动装置的输出轴相连、另一端与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，其特征在于：所述执行机构还包括位于所述固定平台与所述运动平台之间并驱动所述运动平台一维旋转的中轴。

10.根据权利要求9所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述中轴包括内部中空设置的中轴管和与所述中轴管相连且一端收容在所述中轴管内的滚珠花键，所述中轴管的一端设置有轴箍、另一端与所述运动平台通过万向节相连，所述滚珠花键的一端通过所述轴箍收容在所述中轴管内、另一端与所述固定平台通过万向节相连。

11.根据权利要求10所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述驱动装置包括用于驱动所述运动平台在三维方向平动的第一驱动装置和用于驱动所述运动平台一维旋转的第二驱动装置，所述主动臂的一端与所述第一驱动装置的输出轴相连，所述滚珠花键的另一端通过万向节与所述第二驱动装置相连。

12.根据权利要求11所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述主动臂、从动臂及第一驱动装置分别设置有三个，且前述三个主动臂、从动臂及第一驱动装置对应组成三个执行机构组，每个执行机构组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。

13.根据权利要求12所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述固定平台包括三叶板，所述三叶板具有均匀分布的三个叶片，三个所述第一驱动装置分别固定安装在所述三叶板的三个叶片的下方，每个所述第一驱动装置的远离所述主动臂的一侧设置有风扇，所述风扇与所述第一驱动装置的外侧罩设有护罩。

14.根据权利要求9所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述从动臂包括相互平行设置的两条拉杆及设置在该两条拉杆两端的关节轴承，且每条拉杆的其中一端的关节轴承与所述主动臂配合连接、另一端的关节轴承与所述运动平台相配合连接。

15.根据权利要求9所述的Delta并联机器人，其特征在于：所述运动平台包括与所述从动臂的下端相连以固定从动臂下端的拉杆支架、位于所述拉杆支架的下方用以安装工件抓取工具的安装座及位于所述拉杆支架与所述安装座之间以固定所述安装座的工具固定板。