CN107598901A - 四自由度并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种四自由度并联机器人，包括框架、固定在框架上的静平台、至少两组摆动驱动机构和运动执行机构，两组摆动驱动机构均安装在各自对应的静平台上，运动执行机构包括第一动平台、第二动平台、导向机构和执行件，一组摆动驱动机构与第一动平台连接，另一组摆动驱动机构与第二动平台连接，分别为两个动平台提供动能；导向机构连接第一、第二动平台，执行件一端与第一动平台固定相连，另一端与框架相连，第一和第二动平台将动能传递给执行件。本发明具有结构稳固、动作更灵活、运用范围更广、增大负载等优点。

Description

四自由度并联机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，尤其是涉及一种四自由度并联机器人。

背景技术

自第一代Delta机器人问世以来，发展至今已有一百多年历史，现有的Delta机器人为三杆三自由度结构，外形呈倒三角形，该机器人有以下优点：1、刚度质量比大；2、动态性能优越；3、运动精度高；4、结构紧凑灵活性强；5、使用寿命长。

基于上述高精度、快速等固有优点，并联机器人被广泛应用于工业、医疗等行业。但在其具有这些优点的同时，现有的Delta并联机器人也有其适用工作空间小、开发难度大、运动耦合复杂、结构分析困难的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构稳固，结构分析简单的四自由度并联机器人。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种四自由度并联机器人，包括框架、固定在框架上的静平台、至少两组摆动驱动机构和运动执行机构，两组摆动驱动机构均安装在各自对应的静平台上，所述运动执行机构包括第一动平台、第二动平台、导向机构和执行件，一组所述摆动驱动机构连接到所述第一动平台上，另一组所述摆动驱动机构连接到所述第二动平台上，分别为两个动平台提供动能；所述导向机构连接第一、第二动平台，所述执行件一端与第一动平台固定相连，另一端与框架相连，所述第一和第二动平台将动能传递给执行件。

优选地，两组摆动驱动机构正交分布，且一组摆动驱动机构由两个相对设置的摆动驱动机构组成。

优选地，所述摆动驱动机构包括减速机、驱动电机、摆动连杆和运动支链，所述减速机安装在所述静平台上，所述驱动电机与减速机相连，所述运动支链通过摆动连杆与减速机相连。

优选地，所述框架包括外边框，及由框架中部向下凹陷形成的执行件固定部，所述静平台固定于所述外边框上。

优选地，所述框架呈一扁平的长方体状，所述外边框的每一边的表面上固定一静平台。

优选地，所述第一动平台和第二动平台上下分布，所述导向机构一端固定在第一动平台上，另一端穿出第二动平台。

优选地，所述导向机构为丝杆导向机构，其包括丝杆、第一导向轴和第二导向轴，三个丝杆并行排布，且丝杆位于第一导向轴和第二导向轴之间。

优选地，所述运动支链包括第一分支链、第二分支链和一连接件，所述连接件穿过摆动连杆的端部，所述第一分支链和第二分支链的一端分别连接到连接件的两端，另一端均连接到第一动平台或第二动平台上。

优选地，所述第一分支链、第二分支链平行。

优选地，所述执行件一端连接于第一动平台的中心，另一端固定到框架的执行件固定部上。

优选地，所述静平台包括一平台固定部和摆动机构安装部，所述平台固定部固定于框架上，所述摆动机构安装部由平台固定部的上表面垂直向上延伸形成。

优选地，所述摆动机构安装部上开设一供减速机贯穿安装的穿孔。

本发明的有益效果是：基于现有的Delta并联机器人，将其运动副由原来的三个转动副变为四个转动副的配合，在满足功能的前提下具有以下优点：1、结构稳固；2、多出一个自由度，动作更灵活，运用范围更广；3、负载分担由三杆变为四杆，增大负载。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

附图标记：

1、框架，11、外边框，12、执行件固定部，2、静平台，21、平台固定部，22、摆动机构安装部，23、穿孔，3、第一摆动驱动机构，31、减速机，32、驱动电机，33、摆动连杆，34、运动支链，341、第一分支链，342、第二分支链，343、连接件，4、第二摆动驱动机构，5、第三摆动驱动机构，6、第四摆动驱动机构，7、运动执行机构，71、第一动平台，72、第二动平台，73、导向机构，731、丝杆，732、第一导向轴，733、第二导向轴，74、执行件，75、导向机构安装部。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，本发明所揭示的一种四自由度并联机器人，包括：框架1、至少四个静平台2、摆动驱动机构和运动执行机构，静平台2固定于框架1上，摆动驱动机构安装于静平台2上，运动执行机构与摆动驱动机构相连，摆动驱动机构和运动执行机构为机器人提供三维空间上的自由度，令机器人在确定的空间范围内灵活运动。

具体地，框架1作为机器人的固定平台，其包括外边框11和执行件固定部12，执行件固定部12由框架中部向下凹陷形成的，外边框11分布于执行件固定部12的外侧。本实施例中，框架1整体呈一扁平的长方体状，其上形成的执行件固定部12也呈上端开口的长方体状。这样，外边框11即有四边，在每一边的上表面上均固定一静平台2，也就是说本实施例的框架1上固定安装了四个静平台2，但本发明不限于在框架1上安装四个静平台2，可根据需要进行增加。

每个静平台2均包括一平台固定部21和摆动机构安装部22，其中平台固定部21紧贴外边框11的上表面且通过一些固定件(如螺钉等)固定于外边框11上。摆动机构安装部22由平台固定部21的上表面垂直向上延伸形成，且摆动机构安装部22上还形成一穿孔23，供安装摆动驱动机构3。本实施例中，该穿孔23的形状为圆形孔，当然也可为其他形状，本发明对穿孔23的形状不做限定。

摆动驱动机构固定于静平台2，为运动执行机构7提供动能，每个静平台2上固定一摆动驱动机构，即本实施例中设置了四个摆动驱动机构，为了下面方面描述，定义这四个摆动驱动机构分别为第一摆动驱动机构3、第二摆动驱动机构4、第三摆动驱动机构5、第四摆动驱动机构6，其中，第一和第三摆动驱动机构3、5相对，构成一组；第二和第四摆动驱动机4、6构相对，构成另一组，两组摆动驱动机构位置呈正交状态。具体地，每个摆动驱动机构包括减速机31、驱动电机32、摆动连杆33和运动支链34，其中，减速机31安装在静平台2上，本实施例中，减速机31穿过静平台2上的上述穿孔23，且其露在穿孔23外的两端，一端接驱动电机32，另一端接摆动连杆33。摆动连杆33的另一端则连接运动支链34，即减速机31通过摆动连杆33与运动支链34相连。每个驱动电机32通过减速机31，为摆动连杆33提供动力，进一步地摆动连杆33将动力传递到运动支链34，进一步地，运动支链34为运动执行机构7提供动能。也就是本发明采用四个摆动驱动机构从不同的方向为运动执行机构7提供动能。每个摆动驱动机构配合形成机器人的一转动副，即形成四个转动副。

本实施例中，运动支链34包括第一分支链341、第二分支链342和一连接件343，其中，连接件343穿过摆动连杆33的端部，本实施例中，连接件343所在的方向与摆动连杆33所在的方向垂直。连接件343穿出摆动连杆33的两端，一端接第一分支链341，另一端接第二分支链342。本实施例中，第一分支链341和第二分支链342平行，但本发明不限定第一、第二分支链341、342的位置状态，即可以是不平行的其他状态。第一和第二分支链341、342的另一端均与运动执行机构7相连，将动能传递给运动执行机构7。

本实施例中，运动执行机构7具体包括第一动平台71、第二动平台72、导向机构73和执行件74，其中，第一动平台71、第二动平台72上下分布，第二动平台72位于第一动平台71的上方，本实施例中，第一、第二动平台71、72均呈长方形状，与两组摆动驱动机构相对应，第一、第二动平台71、72也呈正交分布。且第二动平台72的两端分别连接第一摆动驱动机构3的运动支链34和第三摆动驱动机构5的运动支链34；第一动平台71的两端分别连接第二摆动驱动机构4的运动支链34和第四摆动驱动机构6的运动支链34。第一摆动驱动机构3为第二动平台72提供动能；同理，第二摆动驱动机构4为第一动平台71提供动能；同理，第三摆动驱动机构5为第二动平台72提供动能；同理，第四摆动驱动机构6为第一动平台71提供动能。这样，第一摆动驱动机构3、第三摆动驱动机构5与第二动平台72连接成为一个运动系统；同理，第二摆动驱动机构4、第四摆动驱动机构6与第一动平台71连接成为一个运动系统，两个运动系统通过导向机构73进行配合动作。

第二动平台72的两个侧端面均向外延伸形成一导向机构安装部75，即导向机构安装部75与第二动平台72正交，与第一动平台71则上下平行。本实施例中，导向机构73为丝杆导向机构，其包括丝杆731、第一导向轴732和第二导向轴733，其中，丝杆731位于导向机构安装部75的中心位置处(也位于第二动平台72的中心处)，且其一端固定于第一动平台71上，另一端穿出第二动平台72。第一导向轴732和第二导向轴733分别位于丝杆731的两边，也是一端固定于第一动平台71上，另一端穿出第二动平台72。丝杆731与两个导向轴同步动作为该并联机器人提供第四个自由度。

执行件74位于第一动平台71的下方，且其一端通过固定件(如螺钉等)连接于第一动平台71的中心，另一端固定到框架的执行件固定部12上。导向机构73将动力传递到第一动平台71上，第一动平台71将动力传递到执行件74进行动作，这样，由四个转动副与两个动平台配合驱动执行件在三维空间内灵活运动，使得机器人能适应性地同时变化角度和距离，获得空间上的位移，以此来完成多种搬运动作，实现并联机器人的各项功能，在工业生产以及医疗事业中可以得到很好的应用。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种四自由度并联机器人，其特征在于，包括框架、固定在框架上的静平台、至少两组摆动驱动机构和运动执行机构，两组摆动驱动机构均安装在各自对应的静平台上，所述运动执行机构包括第一动平台、第二动平台、导向机构和执行件，一组所述摆动驱动机构连接到所述第一动平台上，另一组所述摆动驱动机构连接到所述第二动平台上，分别为两个动平台提供动能；所述导向机构连接第一、第二动平台，所述执行件一端与第一动平台固定相连，另一端与框架相连，所述第一和第二动平台将动能传递给执行件。

2.根据权利要求1所述的四自由度并联机器人，其特征在于，两组摆动驱动机构正交分布，且一组摆动驱动机构由两个相对设置的摆动驱动机构组成。

3.根据权利要求2所述的四自由度并联机器人，其特征在于，所述摆动驱动机构包括减速机、驱动电机、摆动连杆和运动支链，所述减速机安装在所述静平台上，所述驱动电机与减速机相连，所述运动支链通过摆动连杆与减速机相连。

4.根据权利要求1所述的四自由度并联机器人，其特征在于，所述框架包括外边框，及由框架中部向下凹陷形成的执行件固定部，所述静平台固定于所述外边框上。

5.根据权利要求4所述的四自由度并联机器人，其特征在于，所述框架呈一扁平的长方体状，所述外边框的每一边的表面上固定一静平台。

6.根据权利要求2所述的四自由度并联机器人，其特征在于，所述第一动平台和第二动平台上下分布，所述导向机构一端固定在第一动平台上，另一端穿出第二动平台。

7.根据权利要求6所述的四自由度并联机器人，其特征在于，所述导向机构为丝杆导向机构，其包括并行排布的丝杆、第一导向轴和第二导向轴，且丝杆位于第一导向轴和第二导向轴之间。

8.根据权利要求3所述的四自由度并联机器人，其特征在于，所述运动支链包括第一分支链、第二分支链和一连接件，所述连接件穿过摆动连杆的端部，所述第一分支链和第二分支链的一端分别连接到连接件的两端，另一端均连接到第一动平台或第二动平台上。

9.根据权利要求8所述的四自由度并联机器人，其特征在于，所述第一分支链、第二分支链平行。

10.根据权利要求4所述的四自由度并联机器人，其特征在于，所述执行件一端连接于第一动平台的中心，另一端固定到框架的执行件固定部上。