CN106737600A - 一种含有滚珠丝杠动平台的七自由度搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有滚珠丝杠动平台的七自由度搬运机器人,属于机器人技术领域。该机器人包括机架、上下动平台、滚珠丝杠、同步带以及三条支链，各支链包括大主动臂、小主动臂、主动臂连杆、衬架及从动臂；从动臂的上端与衬架的下端相连，从动臂的下端与上动平台相连；丝杠螺母固连在上动平台上，丝杠轴上端安装同步带轮，丝杠轴下端与下动平台相连。本发明机器人基于六轴搬运并联机器人，通过对动平台的改造升级，增加一个自由度，使下动平台在上动平台的基础上再发生一定角度的偏转，从而增大末端执行机构偏转角度，解决了机器人在实际运动过程中受限等问题而导致的末端执行机构偏转角度偏小等问题，本发明机器人的应用范围更大，更好地适应了实际需求。

Description

一种含有滚珠丝杠动平台的七自由度搬运机器人

技术领域：

[0001] 本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种含有滚珠丝杠动平台的七自由度搬运 机器人。

背景技术：

[0002] 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，末端件的转动范围一般只在60°左右，且三自由 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;而六自由 度并联机器人在实际运动过程中，由于结构等问题，其末端件的转动范围一般很小，只在 40°左右，其应用范围受到限制。

发明内容：

[0003] 本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供一种含有滚珠丝杠动平台的七自由 度搬运机器人，该机器人机构是基于六轴delta机器人而发明的一种实现物料搬运的机器 人机构。

[0004] 本发明所提供的一种含有滚珠丝杠动平台的七自由度搬运机器人包括机架1、第 一支链12、第二支链13、第三支链14及动平台机构;所述第一支链12、第二支链13及所述第 三支链14均布在所述机架1上，所述第一支链12、第二支链13及所述第三支链14之间相隔 120°;所述第一支链12包括大主动臂2、小主动臂4、主动臂连杆3、衬架11、第一从动臂15a及 第二从动臂15b，所述衬架11的上端部、中部及下端部分别设有铰接位，所述大主动臂2与所 述小主动臂4同心安装，所述大主动臂2、小主动臂4、主动臂连杆3及所述衬架11通过运动副 连接形成平行四边形结构，从而保证机构的位姿精度;所述大主动臂2的一端与第一驱动装 置5的输出轴相连接，所述大主动臂2的另一端与所述衬架11中部通过铰链相连接，所述小 主动臂4的一端与第二驱动装置6的输出轴相连，所述小主动臂4的另一端与所述主动臂连 杆3的一端通过球轴承相连，所述主动臂连杆3的另一端通过球轴承与所述衬架11上端相连 接，所述第一从动臂15a与所述第二从动臂15b对称安装于所述衬架11的两侧，所述第一从 动臂15a及所述第二从动臂lf5b的上端与所述衬架11的下端部通过虎克铰相连接，所述第一 从动臂lf5a及所述第二从动臂15b的下端与所述动平台机构中的上动平台16通过虎克铰相 连接;所述第二支链I3及所述第三支链14的结构与所述第一支链12相同。所述第一从动臂 15a的长度与所述第二从动臂15b的长度相同。

[0005] 所述动平台机构包括上动平台16、第七驱动装置25、同步带18、同步带轮17、丝杠 螺母I9、丝杠2〇、末端执行件21、第一动平台连杆29a、第二动平台连杆2%、丝杠连杆22及下 动平台24;所述上动平台16与所述下动平台24通过所述第一动平台连杆29a、第二动平台连 杆29b及所述丝杠20连接，所述上动平台16通过第二虎克铰2了、第三虎克铰28与所述第一动 平台连杆29a及所述第二动平台连杆29b的上端相连接;所述第一动平台连杆29a及所述第 二动平台连杆29b的下端通过球铰30与所述下动平台24相连接;所述丝杠螺母19固接在所 述上动平台16上，所述丝杠20与所述丝杠螺母19配合，所述丝杠2〇上端连接同步带轮I7,所 述同步带轮17与所述同步带18的一端相配合，所述同步带18的另一端与第七驱动装置25的 输出轴相连，所述第七驱动装置25处于所述上动平台16的中心位置上，所述第七驱动装置 25安装在电机支座26上;所述丝杠20下端连接所述末端执行件21的上端，所述末端执行件 21的下端通过螺纹与所述丝杠连杆22的上端连接，所述丝杠连杆22的下端通过第一虎克较 23与所述下动平台24相连。

[0006] 本发明具有以下技术特点：

[0007] 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，下端同时与上动平台相连接，构成一个并联机器人 结构，从而使整个机器人上部拥有六个自由度。同时此并联机构使得机器人刚度大，承载能 力强，速度快。

[0008] 2、本发明中三条支链，从轴向看，大主动臂、小主动臂、主动臂连杆及衬架形成一 个平行四边形结构，此时，衬架上端的两铰链中心与大主动臂的夹角为特定角度，从而使得 衬架下端两铰链的连线与水平面夹角为特定角度，使得动平台的两铰链中心连线与衬架下 端的两铰链中心连线平行，从而使得动平台与水平面平行。此时，机器人拥有的三个支链长 度相同，相对于机架均匀布置，且三个从动支链的长度相同。

[0009] 3、本发明中的丝杠与两动平台连杆均匀布置在上动平台上，丝杠运动到特定位置 时，可使上下两个动平台处于平行位置，丝杠的上下运动可带动下平台相对上平台实现偏 转，从而实现下平台在上平台偏转的基础上再发生一定角度的偏转，从而实现末端件偏转 角度的增大，解决六自由度机器人末端偏转角度偏小的问题。

附图说明：

[0010] 图1是本发明搬运机器人的结构示意图；

[0011] 图2是本发明搬运机器人中第一支链的结构示意图；

[0012] 图3是本发明搬运机器人中动平台机构的结构示意图；

[0013] 图4是动平台机构中的上下动平台与动平台连杆及丝杠连杆在特定位置所形成的 矩形结构示意图。

[0014] 图中：1:机架;2:大主动臂；3:主动臂连杆;4:小主动臂;5:第一驱动装置;6:第二 驱动装置;7:第五驱动装置;8:第六驱动装置;9:第三驱动装置；10:第四驱动装置；11:衬 架；12:第一支链；I3:第二支链;14:第三支链;15a:第一从动臂；15b:第二从动臂；16:上动 平台；17:同步带轮；18:同步带；19:丝杠螺母;20:丝杠;21:末端执行件;22:丝杠连杆;23: 第一虎克铰;24:下动平台；奶:第七驱动装置;26:电机支座;27:第二虎克铰;2S:第三虎克 较;29a:第一动平台连杆;29b:第二动平台连杆;30:球铰。

具体实施方式：

[0015]如图1、图2、图3、图4所示，本发明一种含有滚珠丝杠动平台的七自由度搬运机器 人，该机器人包括机架1、动平台机构、驱动装置及三条运动支链。所述驱动装置均由电机与 减速机构成。所述三条运动支链包括第一支链12、第二支链13和第三支链14,且三条运动支 链均布于机架1上，各支链之间相隔12〇 °。所述上动平台16通过三条运动支链与机架1形成 并联闭环结构，上动平台16被三条运动支链所驱动。所述第二支链13及第三支链14的结构 与所述第一支链12相同。

[0016] 如图2、图3所示，第一支链12上的大主动臂2、小主动臂4、主动臂连杆3、衬架11形 成一个并联闭环的空间五杆机构。并从轴向看，所述大主动臂2、小主动臂4、主动臂连杆3、 及衬架11形成一个平行四边形结构，保证了机构的位置姿态精度。为保证此结构，需使大主 动臂2、小主动臂4及衬架11的一边与主动臂连杆3保持平行。为保证整个机构为并联闭环结 构，所述第一支链12、第二支链13和第三支链14的从动臂的长度以保持相等为优。

[0017] 如图2、3所示，所述第一支链I2、第二支链13、第三支链14均有两根从动臂，且布置 相同，并安装于称架11的两侧。所述第一支链12中的第一从动臂15a及第二从动臂15b的上 端与所述称架11的下端通过球铰相连接，所述第一从动臂15a及第二从动臂15b的下端与上 动平台16通过虎克铰相连接，所述第一从动臂15a及第二从动臂15b的长度均为A+2B，其中 A:从动臂杆长，B:虎克铰中心距。所述第三支链14、第二支链13与第一支链12布置相同。 [0018] 如图4所示，所述上动平台16下端与所述第一动平台连杆29a、第二动平台连杆29b 上端通过虎克铰相连接，所述第一动平台连杆29a、第二动平台连杆2%下端通过第二虎克 铰27、第三虎克铰28与下动平台24相连接;所述丝杠螺母19固结在所述上动平台16上，所述 丝杠20与所述丝杠螺母19配合，所述丝杠20上端连接同步带轮17,所述同步带轮17与所述 同步带18—端相配合，所述同步带I8另一端与第七驱动装置25相连;所述丝杠20下端连接 所述末端执行件21，所述末端执行件21与所述下动平台24通过第一虎克铰23相连。所述第 一动平台连杆29a与第二动平台连杆29b的长度相同，且布置相同；丝杠20运动到某一位置 时，上动平台16与下动平台24处于平行状态，所述丝杠20及丝杠连杆22与所述第一动平台 连杆29a、第二动平台连杆29b从轴向看分别位于等腰或等边三角形的三个顶点处;从第一 动平台连杆29a、第二动平台连杆29b所在的平面看过去，上动平台16、下动平台24、第一动 平台连杆29a、第二动平台连杆29b与丝杠20及丝杠连杆22形成一个矩形，丝杠20在此位置 进行上下运动，即可实现下动平台24相对于上动平台16发生一定角度的偏转，从而实现末 端件偏转角度的增大。

[0019]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。

[0020]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 (3)

1. 一种含有滚珠丝杠动平台的七自由度搬运机器人，其特征在于该机器人包括机架 ⑴、第一支链（12)、第二支链（1¾、第三支链（14)及动平台机构;所述第一支链（12)、第二 支链(13)及所述第三支链(14)均布在所述机架⑴上，所述第一支链(12)、第二支链(13)及 所述第三支链(14)之间相隔120° ;所述第一支链(12)包括大主动臂(2)、小主动臂(4)、主动 臂连杆(3)、衬架（11)、第一从动臂（15a)及第二从动臂（15b)，所述衬架（11)的上端部、中部 及下端部分别设有铰接位，所述大主动臂（2)与所述小主动臂(4)同心安装;所述大主动臂 (2)、小主动臂(4)、主动臂连杆⑶及所述衬架（11)通过运动副连接形成平行四边形结构； 所述大主动臂（2)的一端与第一驱动装置(5)的输出轴相连接，所述大主动臂（2)的另一立而 与所述衬架（11)中部通过铰链相连接，所述小主动臂⑷的一端与第二驱动装置⑹的输出 轴相连，所述小主动臂(4)的另一端与所述主动臂连杆(3)的一端通过球轴承相连，所述主 动臂连杆(3)的另一端通过球轴承与所述衬架（11)上端相连接，所述第一从动臂（1¾)与所 述第二从动臂（15b)对称安装于所述衬架（11)的两侧，所述第一从动臂（15a)及所述第二从 动臂（15b)的上端与所述衬架（11)的下端部通过虎克铰相连接，所述第一从动臂（1如)及所 述第二从动臂（15b)的下端与所述动平台机构中的上动平台（I6)通过虎克铰相连接;所述 第二支链(13)及所述第三支链(14)的结构与所述第一支链(1¾相同。

2. 根据权利要求1所述所述一种含有滚珠丝杠动平台的七自由度搬运机器人，其特征 在于所述动平台机构包括上动平台（I6)、第七驱动装置(25)、同步带（18)、同步带轮（17)、 丝杠螺母(19)、丝杠(20)、末端执行件(21)、第一动平台连杆(29a)、第二动平台连杆(29b)、 丝杠连杆(22)及下动平台（24);所述上动平台（16)与所述下动平台（24)通过所述第一动平 台连杆(29a)、第二动平台连杆(29b)及所述丝杠(20)连接，所述上动平台（I6)通过第二虎 克铰(27)、第三虎克铰(28)与所述第一动平台连杆(29a)及所述第二动平台连杆(2%)的上 端相连接;所述第一动平台连杆(29a)及所述第二动平台连杆(2%)的下端通过球铰(3〇)与 所述下动平台（24)相连接;所述丝杠螺母（19)固接在所述上动平台（16)上，所述丝杠(20) 与所述丝杠螺母（19)配合，所述丝杠(20)上端连接同步带轮（17)，所述同步带轮（17)与所 述同步带（18)的一端相配合，所述同步带（18)的另一端与第七驱动装置(25)的输出轴相 连，所述第七驱动装置(25)处于所述上动平台（I6)的中心位置上，所述第七驱动装置(25) 安装在电机支座(26)上;所述丝杠(20)下端连接所述末端执行件(21)的上端，所述末端执 行件(21)的下端通过螺纹与所述丝杠连杆(22)的上端连接，所述丝杠连杆(22)的下端通过 第一虎克铰(23)与所述下动平台（24)相连。

3. 根据权利要求1所述的七自由度搬运机器人，其特征在于所述第一从动臂（15a)的长 度与所述第二从动臂(15b)的长度相同。