CN107127741B - 四轴并联活动盘和四轴并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型四轴并联机器人活动盘(移动式底座)，涉及机器人领域。该四轴并联活动盘包括四个球头支架，每个球头支架均与相邻的两个球头支架通过连接杆铰接；其中一对相邻的两个球头支架分别与第一齿圈连杆的两端转动连接；另一对相邻的两个球头支架分别与第二齿圈连杆的两端转动连接；第一齿圈连杆的中间和第二齿圈连杆的中间分别与驱动轮固定杆的两端转动连接；驱动轮固定杆的中部设置有驱动轮，第二齿圈连杆上安装有弧形的齿条，驱动轮和齿条啮合；驱动轮中心固定有驱动轴，驱动轴与驱动轮固定杆转动连接。四轴并联机器人应用以上的四轴并联活动盘。本申请解决了现有的四轴并联机器人本身负载较大，工件运动空间小的技术问题。

Description

四轴并联活动盘和四轴并联机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种四轴并联活动盘和四轴并联机器人。

背景技术

并联机构可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机器人和传统工业用串联机器人在哲学上呈对立统一的关系，和串联机器人相比较，并联机器人具有以下特点:(1)无累积误差，精度较高；(2)驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；(3)结构紧凑，刚度高，承载能力大；(4)完全对称的并联机构具有较好的各向同性；(5)工作空间较小。现有的四轴并联机器人的活动盘包括三个球头支架，可以使工件进行X、Y、Z以及旋转四个自由度运动，然而，其驱动工件旋转是通过安装在中心的驱动电机单独实现的，整个四轴并联机器人需要安装并负载驱动电机等驱动结构，本身负载较大，驱动电机等驱动结构也占据工件的运动空间。

基于此，本发明提供了一种四轴并联活动盘和四轴并联机器人以解决上述的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四轴并联活动盘，以解决现有的四轴并联机器人本身负载较大，工件运动空间小的技术问题。

本发明的目的还在于提供一种四轴并联机器人,用于解决上述技术问题。

基于上述第一目的，本发明提供了一种四轴并联活动盘，包括四个呈四边形分布的球头支架，每个所述球头支架均与相邻的两个所述球头支架通过连接杆连接，所述球头支架与所述连接杆的端部转动连接；

其中一根所述连接杆的两端分别设置有第一齿轮，与之相邻的两根连接杆的其中一端分别设置有第二齿轮，两个所述第一齿轮分别与两个所述第二齿轮啮合；

其中一对相邻的两个所述球头支架分别与第一齿圈连杆的两端转动连接；

另一对相邻的两个所述球头支架分别与第二齿圈连杆的两端转动连接；

所述第一齿圈连杆的中间和所述第二齿圈连杆的中间分别与驱动轮固定杆的两端转动连接；

所述驱动轮固定杆的中部设置有驱动轮，所述第二齿圈连杆上安装有弧形的齿条，所述驱动轮和所述齿条啮合；

所述驱动轮的中心固定有驱动轴，所述驱动轴与所述驱动轮固定杆转动连接。

可选的，所述驱动轮位于所述驱动轮固定杆的上侧。

可选的，所述驱动轮固定杆的下侧设置有负载轮，所述驱动轴穿过所述负载轮的中心并与所述负载轮固接。

可选的，所述负载轮与所述驱动轮固定杆之间还设置有加强结构，用于加强其负载能力。

可选的，所述加强结构包括所述加强块，所述加强块上设置有通槽，所述驱动轮固定杆插装在所述通槽内，所述驱动轴穿过所述加强块并与所述加强块转动连接；

所述加强块的两端与所述驱动轮固定杆固接，所述负载轮的中心与所述加强块转动连接。

可选的，四根所述连接杆位于四个所述球头支架的一侧，所述第一齿圈连杆和所述第二齿圈连杆位于四个所述球头支架的另一侧。

可选的，所述连接杆、所述第一齿圈连杆和所述第二齿圈连杆与相应的所述球头支架均通过销轴铰接。

可选的，其中一根所述连接杆的两端分别设置有第一齿轮，与之相邻的两根连接杆的其中一端分别设置有第二齿轮，两个所述第一齿轮分别与两个所述第二齿轮啮合。

可选的，与未设置有所述第二齿轮的连接杆连接的两个所述球头支架上分别设置有限位块，用于限制相应的所述连接杆的转动角度。

基于上述第二目的，本发明提供了一种四轴并联机器人,所述四轴并联机器人，应用了如上所述的四轴并联活动盘。

本发明提供的所述四轴并联活动盘，改变了原有的三个球头支架联动，变为四个球头支架联动，并带动中心的驱动轴转动，从而带动工件转动。不需要额外的通过驱动电机来带动工件旋转，减轻了整个活动盘的重量，因为第四轴替换了伸缩旋转连接杆的方式驱动负载旋转，活动盘本身不再受伸缩旋转杆的自身空间限制，并且增加了工件的活动空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的四轴并联活动盘的结构示意图；

图2为图1所示的四轴并联活动盘的主视图；

图3为本发明实施例提供的四轴并联活动盘的另一方向的结构示意图；

图4为图2所示的四轴并联活动盘的侧视图；

图5为四轴并联机器人的结构示意图。

图标：1-球头支架；2-球头支架；3-球头支架；4-球头支架；5-第一齿轮；6-连接杆；7-连接杆；8-连接杆；9-连接杆；10-第一齿圈连杆；11-第二齿圈连杆；12-驱动轮固定杆；13-驱动轮；14-齿条；15-驱动轴；16-负载轮；17-加强块；18-限位块；19-第二齿轮。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

四轴并联活动盘实施例一

如图1-4所示，在本实施例中提供了一种四轴并联活动盘，所述四轴并联活动盘包括四个呈四边形分布的球头支架(1、2、3、4)，每个所述球头支架均与相邻的两个所述球头支架通过连接杆(6、7、8、9)连接，所述球头支架与所述连接杆的端部转动连接；四个球头支架(1、2、3、4)和四根连接杆(6、7、8、9)构成了正四角形，中心对称设置。

其中一根所述连接杆的两端分别设置有第一齿轮5，与之相邻的两根连接杆的其中一端分别设置有第二齿轮19，两个所述第一齿轮5分别与两个所述第二齿轮19啮合；设置第一齿轮5和第二齿轮19是为了球头支架相邻的连杆与其自身夹角大小变化同步，始终连杆与球头支架中心线对称。

其中一对相邻的两个所述球头支架(1、2)分别与第一齿圈连杆10的两端转动连接；

另一对相邻的两个所述球头支架(3、4)分别与第二齿圈连杆11的两端转动连接；

所述第一齿圈连杆10的中间和所述第二齿圈连杆11的中间分别与驱动轮固定杆12的两端转动连接；

所述驱动轮固定杆12的中部设置有驱动轮13，所述第二齿圈连杆11上安装有弧形的齿条14，所述驱动轮13和所述齿条14啮合；驱动轮13的圆心位于四个球头支架(1、2、3、4)的中心处，而驱动轮固定杆12关于驱动轮13的圆心对称设置，且所述第一齿圈连杆10、所述第二齿圈连杆11分别关于所述驱动轮固定杆12的两端对称。

所述驱动轮13的中心固定有驱动轴15，所述驱动轴15与所述驱动轮固定杆12转动连接。

本发明提供的所述四轴并联活动盘，改变了原有的三个球头支架联动，变为四个球头支架联动，并带动中心的驱动轴15转动，从而带动工件转动。不需要额外的通过驱动电机来带动工件旋转，减轻了整个活动盘的负载，并且增加了工件的活动空间。

其工作原理为，以其中一个设置有第一齿轮5的球头支架1为例说明，当这个球头支架1靠近位于中心的所述驱动轮13时，与其连接的两个连接杆(6、7)就会因咬合逐渐张开，从而带动与之相邻的两个球头支架(2、4)向外张开；而与之相邻的另一个球头支架2的另一根连接杆8就会因为咬合关系带动球头支架3靠近中心驱动轮13，同样的原理，通过四根连接杆(6、7、8、9)与四个球头支架(1、2、3、4)的铰接关系，使球头支架(1、3)和球头支架(2、4)分别靠近和远离驱动轮13。当然，四轴并联机器人驱动四个球头支架(1、2、3、4)是同步完成指定夹角的四边形，满足负载工件旋转的夹角。

与此同时，由于第一齿圈连杆10和第二齿圈连杆11与球头支架(1、2、3、4)的铰接关系，第一齿圈连杆10和第二齿圈连杆11也会发生转动，于是带动齿条14绕其圆心转动，从而带动了中心轮的转动，进而驱动了驱动轴15带动工件转动。

如图1-4，本实施例的可选方案中，所述驱动轮13位于所述驱动轮固定杆12的上侧，进一步的，所述驱动轮固定杆12的下侧设置有负载轮16，所述驱动轴15穿过所述负载轮16的中心并与所述负载轮16固接。

通过负载轮16加强负载能力，便于与工件等连接，一上一下的布置便于安装。

优选的，所述负载轮16与所述驱动轮固定杆12之间还设置有加强结构，用于加强其负载能力。

通过加强结构加强负载轮16与驱动轮固定杆12之间的连接强度，提高其负载能力。

优选的，所述加强结构包括所述加强块17，所述加强块17上设置有通槽，所述驱动轮固定杆12插装在所述通槽内，所述驱动轴15穿过所述加强块17并与所述加强块17转动连接；

所述加强块17的两端与所述驱动轮固定杆12固接，所述负载轮16的中心与所述加强块17转动连接。

通过所述加强块17悬挂在驱动轮固定杆12上，驱动轮固定杆12插装在加强块17内，加强连接强度，增加负载能力。加强块17也可以设置为与负载轮16转动连接的轴承的轴承盖加工成一体。

如图1-4，本实施例的可选方案中，四根所述连接杆(6、7、8、9)位于四个所述球头支架(1、2、3、4)的一侧，所述第一齿圈连杆10和所述第二齿圈连杆11位于四个所述球头支架(1、2、3、4)的另一侧。

分两侧安装加工较为方便，工件部局合理，方便安装。

进一步的，所述连接杆、所述第一齿圈连杆10和所述第二齿圈连杆11与相应的所述球头支架均通过销轴铰接。优选的，所述销轴外套设有轴套。

通过销轴和轴套来进行铰接，便于安装和固定。

如图3，本实施例的可选方案中，与未设置有所述第二齿轮19的连接杆9连接的两个所述球头支架(3、4)上分别设置有限位块18，用于限制相应的所述连接杆(6、8、9)的转动角度。

通过限位块18限制了连接杆的转动角度，防止转动角度过大导致超过齿圈行程发生碰撞。

四轴并联机器人实施例

如图5，该实施例提供了一种四轴并联机器人，所述四轴并联机器人应用了如上项所述的四轴并联活动盘。

本申请除了保护上项所述的四轴并联活动盘外，还保护了应用了该四轴并联活动盘的四轴并联机器人。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种四轴并联活动盘，其特征在于，包括四个呈四边形分布的球头支架，每个所述球头支架均与相邻的两个所述球头支架通过连接杆连接，所述球头支架与所述连接杆的端部转动连接,其中一根所述连接杆的两端分别设置有第一齿轮，与之相邻的两根连接杆的其中一端分别设置有第二齿轮，两个所述第一齿轮分别与两个所述第二齿轮啮合，通过设置第一齿轮和第二齿轮能使球头支架相邻的连接杆与其自身夹角大小变化同步，且使得连接杆与球头支架中心线对称；

其中一对相邻的两个所述球头支架分别与第一齿圈连杆的两端转动连接；

另一对相邻的两个所述球头支架分别与第二齿圈连杆的两端转动连接；

所述第一齿圈连杆的中间和所述第二齿圈连杆的中间分别与驱动轮固定杆的两端转动连接；

四根所述连接杆位于四个所述球头支架的一侧，所述第一齿圈连杆和所述第二齿圈连杆位于四个所述球头支架的另一侧；

所述驱动轮固定杆的中部设置有驱动轮，所述第二齿圈连杆上安装有弧形的齿条，所述驱动轮和所述齿条啮合；

所述驱动轮的中心固定有驱动轴，所述驱动轴与所述驱动轮固定杆转动连接。

2.根据权利要求1所述的四轴并联活动盘，其特征在于，所述驱动轮位于所述驱动轮固定杆的上侧。

3.根据权利要求2所述的四轴并联活动盘，其特征在于，所述驱动轮固定杆的下侧设置有负载轮，所述驱动轴穿过所述负载轮的中心并与所述负载轮固接。

4.根据权利要求3所述的四轴并联活动盘，其特征在于，所述负载轮与所述驱动轮固定杆之间还设置有加强结构，用于加强其负载能力。

5.根据权利要求4所述的四轴并联活动盘，其特征在于，所述加强结构包括加强块，所述加强块上设置有通槽，所述驱动轮固定杆插装在所述通槽内，所述驱动轴穿过所述加强块并与所述加强块转动连接；

所述加强块的两端与所述驱动轮固定杆固接，所述负载轮的中心与所述加强块转动连接。

6.根据权利要求1所述的四轴并联活动盘，其特征在于，所述连接杆、所述第一齿圈连杆和所述第二齿圈连杆与相应的所述球头支架均通过销轴铰接。

7.根据权利要求1所述的四轴并联活动盘，其特征在于，与未设置有所述第二齿轮的连接杆连接的两个所述球头支架上分别设置有限位块，用于限制相应的所述连接杆的转动角度。

8.一种四轴并联机器人，其特征在于，所述四轴并联机器人应用了如权利要求1-7任一项所述的四轴并联活动盘。

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