CN107932483A - 一种具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业机器人领域，具体是一种具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，具有结构紧凑、安装方便、响应速度快、价格便宜、具有整周回转能力的特点，包括底座、末端执行器以及连接于底座和末端执行器之间的四个对称布置且相同的分支机构；所述四个分支机构两两相对分布，两个相对分布的分支机构为一组，同一组分支机构共用第一螺旋副，两组分支机构的两个第一螺旋副轴线重合，螺距相同，旋向相反。

Description

一种具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人

技术领域

本发明属于工业机器人领域，具体是一种结构对称，且具有整周回转能力的三移动一转动自由度并联机器人，可用于快速分拣或者轻型物料搬运。

背景技术

机器人技术的发展对机器人进入工业领域有着促进作用。分拣机器人被越来越广泛地应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要功能有完成产品抓取、搬运和零件装配等。目前已商业化的具有三移动一转动自由度的机器人主要分为SCARA型或者DELTA-4型。SCARA机器人结构简单，工作空间较大，但由于串联机构自身结构的限制，SCARA机器人不论是在刚度、精度还是动态特性方面都无法与并联机器人媲美。Delta-4机器人属于并联机器人，具有动态响应快、刚度高、精度高的特点。然而，DELTA-4型机器人末端执行器的转动自由度是通过在末端动平台上安装一个独立的转动驱动器来实现，这不仅增加了其末端运动惯量，也增加了制造成本。目前机器人正逐步代替人力，参与工业生产活动，提出一种动态特性好、刚度高、结构紧凑、价格便宜且具有整周回转能力的分拣机器人很有必要。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种用于分拣或者搬运的并联机器人，该机器人具有结构紧凑、安装方便、响应速度快、价格便宜、具有整周回转能力的特点。

本发明的技术方案是：

一种具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，其特征在于：包括底座、末端执行器以及连接于底座和末端执行器之间的四个对称布置且相同的分支机构；

所述四个分支机构两两相对分布，两个相对分布的分支机构为一组，同一组分支机构共用第一螺旋副，两组分支机构的两个第一螺旋副轴线重合，螺距相同，旋向相反。

所述四个分支机构均为第一分支机构，每个第一分支机构包括依次连接在末端执行器与底座之间的第一螺旋副、第一连杆、第一转动副、第一平行四连杆机构、第六转动副、第一近架杆、第七转动副；相对分布的两个第一分支机构共用第一连杆和第一螺旋副。

所述第一平行四连杆机构包括下连接杆、第二转动副、第一远架杆、第三转动副、上连接杆、第四转动副、第二远架杆、第五转动副；所述第一平行四连杆机构内第一远架杆和第二远架杆相互平行；上连接杆和下连接杆相互平行；第一远架杆下端通过第二转动副与下连接杆相连，上端通过第三转动副与上连接杆相连；第二远架杆下端通过第五转动副与下连接杆相连，上端通过第四转动副与上连接杆相连；第一平行四连杆机构中的下连接杆通过第一转动副与第一连杆相连，上连接杆通过第六转动副与近架杆相连；

所述第一分支机构中，第一转动副、第六转动副以及第七转动副的轴线相互平行，且平行于水平面，与第一螺旋副轴线垂直；第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副轴线互相平行且垂直于第一转动副轴线。

所述四个分支机构均为第二分支机构，每个第二分支机构包括依次连接在末端执行器与底座之间的第一螺旋副、“工”形连杆、第二平行四连杆机构、第六转动副、第一近架杆、第七转动副；相对分布的两个第二分支机构共用“工”形连杆和第一螺旋副；四个第二分支机构内的两个第一螺旋副轴线重合，螺距相同，旋向相反。

所述“工”形连杆由第一双头球副短杆、长杆、第二双头球副短杆固连而成；长杆的两端分别与第一双头球副短杆和第二双头球副短杆的中点处固连；长杆与第一双头球副短杆、第二双头球副短杆都垂直；第一双头球副短杆、第二双头球副短杆的四个端点均布置球副；第一双头球副短杆、第二双头球副短杆长度相等且相互平行分布。

所述第二平行四连杆机构包括“工”形连杆、第一球副、第三远架杆、第三转动副、上连接杆、第四转动副、第四远架杆、第二球副；所述第二平行四连杆内第三远架杆和第四远架杆相互平行；第三远架杆下端通过第一球副与“工”形连杆连接，上端通过第三转动副与上连接杆连接；第四远架杆下端通过第二球副与“工”形连杆连接，上端通过第四转动副与上连接杆连接；上连接杆通过第六转动副与第一近架杆相连；

所述第二分支机构中，第六转动副、第七转动副的轴线相互平行，且平行于水平面，与第一螺旋副轴线垂直；第一球副中心和第二球副中心的连线与第六转动副、第七转动副的轴线平行；第三转动副、第四转动副的轴线互相平行且垂直于第六转动副轴线。

所述四个分支机构均为第三分支机构，每个第三分支机构包括依次连接在末端执行器与底座之间的第一螺旋副、第一连杆、第一转动副、第三平行四连杆机构、第二近架杆、第七转动副；相对分布的两个第三分支机构共用第一连杆和第一螺旋副；四个第三分支机构的两个第一螺旋副轴线重合，螺距相同，旋向相反。

所述第三平行四连杆机构包括下连接杆、第二转动副、第五远架杆、第三球副、第二近架杆、第四球副、第六远架杆、第五转动副；所述第三平行四连杆机构内第五远架杆和第六远架杆相互平行；第五远架杆下端通过第二转动副与下连接杆两端连接，上端通过第三球副与第二近架杆连接；第六远架杆下端通过第五转动副与下连接杆两端连接，上端通过第四球副与第二近架杆连接；第三平行四连杆机构中的下连接杆通过第一转动副与第一连杆相连；

所述第二近架杆左右两侧等距外伸出第三球副和第四球副，两球副呈对称分布；第三球副和第四球副中心点连线与第七转动副转动轴线平行。

所述第三分支机构中，第一转动副、第七转动副的轴线相互平行，且平行于水平面，与第一螺旋副轴线垂直；第三球副中心和第四球副中心的连线与第一转动副、第七转动副的轴线平行；第二转动副、第五转动副的轴线互相平行且垂直于第三转动副轴线。

所述两个第七转动副轴线相互平行；所述底座上安装有驱动第七转动副的电机，实现对第一近架杆或者第二近架杆的运动控制。

本发明的有益效果是：

本发明属于并联机构，机构整体刚度性能高，而且分支运动误差在动平台上相互抵消，末端误差小于串联机构；本发明结构对称，制造及安装方便，后期维护简单；本发明机构末端操纵器具有整周回转能力，转动范围大，适用性强；因此，本发明对于分拣及搬运机器人的进一步推广具有重要意义。

附图说明

图1是本发明实施例1的立体结构示意图。

图2是本发明实施例2的立体结构示意图。

图3是本发明实施例3的立体结构示意图。

图4是本发明第一分支的立体结构示意图。

图5是本发明第二分支的立体结构示意图。

图6是本发明第三分支的立体结构示意图。

图7是本发明“工”形连杆的立体结构示意图

图8是本发明第二近架杆的立体结构示意图

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

实施例一：

如图1、图4所示，一种具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，包括底座4、末端执行器5、四个结构相同的第一分支机构。

所述四个第一分支机构两两相对分布，每个分支机构包括依次连接在末端执行器与底座之间的第一螺旋副31、第一连杆71、第一转动副21、第一平行四连杆机构、第六转动副26、第一近架杆81、第七转动副27；相对分布的两个第一分支机构共用第一连杆和第一螺旋副。四个第一分支机构的两个第一螺旋副轴线重合，螺距相同，旋向相反。

所述第一平行四连杆机构包括下连接杆11、第二转动副22、第一远架杆12、第三转动副23、上连接杆13、第四转动副24、第二远架杆14、第五转动副25。所述第一平行四连杆机构内第一远架杆和第二远架杆相互平行；上连接杆和下连接杆相互平行。第一远架杆下端通过第二转动副与下连接杆相连，上端通过第三转动副与上连接杆相连。第二远架杆下端通过第五转动副与下连接杆相连，上端通过第四转动副与上连接杆相连。第一平行四连杆机构中的下连接杆通过第一转动副与第一连杆相连，上连接杆通过第六转动副与近架杆相连。

所述第一分支机构中，第一转动副、第六转动副以及第七转动副的轴线相互平行，且平行于水平面，与第一螺旋副轴线垂直。第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副轴线互相平行且垂直于第一转动副轴线。

相对布置的两个第一分支中的两个第七转动副轴线相互平行。

所述第七转动副连接有包括电机等驱动装置(图中省略)，实现对第一近架杆的运动控制。

实施例二：

如图2、图5、图7所示，具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，包括底座4、末端执行器5、四个结构相同的第二分支机构。

所述四个第二分支机构两两相对分布，每个分支机构包括依次连接在末端执行器与底座之间的第一螺旋副31、“工”形连杆72、第二平行四连杆机构、第六转动副26、第一近架杆81、第七转动副27；相对分布的两个第二分支机构共用“工”形连杆和第一螺旋副。四个第二分支机构内的两个第一螺旋副轴线重合，螺距相同，旋向相反。

所述“工”形连杆由第一双头球副短杆73、长杆74、第二双头球副短杆75固连而成。长杆的两端分别与第一双头球副短杆和第二双头球副短杆的中点处固连；长杆与第一双头球副短杆、第二双头球副短杆都垂直。第一双头球副短杆、第二双头球副短杆的四个端点均布置球副。第一双头球副短杆、第二双头球副短杆长度相等且相互平行分布。

所述第二平行四连杆机构包括“工”形连杆72、第一球副61、第三远架杆15、第三转动副23、上连接杆13、第四转动副24、第四远架杆16、第二球副62。所述第二平行四连杆内第三远架杆和第四远架杆相互平行；第三远架杆下端通过第一球副与“工”形连杆连接，上端通过第三转动副与上连接杆连接。第四远架杆下端通过第二球副与“工”形连杆连接，上端通过第四转动副与上连接杆连接。上连接杆通过第六转动副与第一近架杆相连。

所述第一球副和第二球副应与“工”形连杆中同一个双头球副短杆相连。

所述第二分支机构中，第六转动副、第七转动副的轴线相互平行，且平行于水平面，与第一螺旋副轴线垂直。第一球副中心和第二球副中心的连线与第六转动副、第七转动副的轴线平行。第三转动副、第四转动副的轴线互相平行且垂直于第六转动副轴线。

相对布置的两个第二分支中的两个第七转动副轴线相互平行。

所述第七转动副连接有包括电机等驱动装置(图中省略)，实现对第一近架杆的运动控制。

实施例三：

如图3、图6、图8所示，具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，包括底座4、末端执行器5、四个结构相同的第三分支机构。

所述四个第三分支机构两两相对分布，每个分支机构包括依次连接在末端执行器与底座之间的第一螺旋副31、第一连杆71、第一转动副21、第三平行四连杆机构、第二近架杆82、第七转动副27；相对分布的两个第三分支机构共用第一连杆和第一螺旋副。四个第三分支机构的两个第一螺旋副轴线重合，螺距相同，旋向相反。

所述第三平行四连杆机构包括下连接杆11、第二转动副22、第五远架杆17、第三球副63、第二近架杆82、第四球副64、第六远架杆18、第五转动副25。所述第三平行四连杆机构内第五远架杆和第六远架杆相互平行；第五远架杆下端通过第二转动副与下连接杆两端连接，上端通过第三球副与第二近架杆连接。第六远架杆下端通过第五转动副与下连接杆两端连接，上端通过第四球副与第二近架杆连接。第三平行四连杆机构中的下连接杆通过第一转动副与第一连杆相连。

所述第二近架杆与第一近架杆结构类似，区别在于所述第二近架杆上无第六转动副，第二近架杆左右两侧等距外伸出第三球副和第四球副，两球副呈对称分布。第三球副和第四球副中心点连线与第七转动副转动轴线平行。

所述第三分支机构中，第一转动副、第七转动副的轴线相互平行，且平行于水平面，与第一螺旋副轴线垂直。第三球副中心和第四球副中心的连线与第一转动副、第七转动副的轴线平行。第二转动副、第五转动副的轴线互相平行且垂直于第三转动副轴线。

相对布置的两个第三分支中的两个第七转动副轴线相互平行。

所述第七转动副上安装有包括电机等驱动装置(图中省略)，实现对第二近架杆的运动控制。

以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，其特征在于：包括底座(4)、末端执行器(5)以及连接于底座和末端执行器之间的四个对称布置且相同的分支机构；

所述四个分支机构两两相对分布，两个相对分布的分支机构为一组，同一组分支机构共用第一螺旋副，两组分支机构的两个第一螺旋副轴线重合，螺距相同，旋向相反。

2.根据权利要求1所述的具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，其特征在于：所述四个分支机构均为第一分支机构，每个第一分支机构包括依次连接在末端执行器与底座之间的第一螺旋副(31)、第一连杆(71)、第一转动副(21)、第一平行四连杆机构、第六转动副(26)、第一近架杆(81)、第七转动副(27)；相对分布的两个第一分支机构共用第一连杆(71)和第一螺旋副(31)。

3.根据权利要求2所述的具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，其特征在于：所述第一平行四连杆机构包括下连接杆(11)、第二转动副(22)、第一远架杆(12)、第三转动副(23)、上连接杆(13)、第四转动副(24)、第二远架杆(14)、第五转动副(25)；所述第一平行四连杆机构内第一远架杆和第二远架杆相互平行；上连接杆和下连接杆相互平行；第一远架杆下端通过第二转动副与下连接杆相连，上端通过第三转动副与上连接杆相连；第二远架杆下端通过第五转动副与下连接杆相连，上端通过第四转动副与上连接杆相连；第一平行四连杆机构中的下连接杆通过第一转动副与第一连杆相连，上连接杆通过第六转动副与近架杆相连；

所述第一分支机构中，第一转动副、第六转动副以及第七转动副的轴线相互平行，且平行于水平面，与第一螺旋副轴线垂直；第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副轴线互相平行且垂直于第一转动副轴线。

4.根据权利要求1所述的具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，其特征在于：所述四个分支机构均为第二分支机构，每个第二分支机构包括依次连接在末端执行器与底座之间的第一螺旋副(31)、“工”形连杆(72)、第二平行四连杆机构、第六转动副(26)、第一近架杆(81)、第七转动副(27)；相对分布的两个第二分支机构共用“工”形连杆和第一螺旋副；四个第二分支机构内的两个第一螺旋副轴线重合，螺距相同，旋向相反。

5.根据权利要求4所述的具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，其特征在于：所述“工”形连杆由第一双头球副短杆(73)、长杆(74)、第二双头球副短杆(75)固连而成；长杆的两端分别与第一双头球副短杆和第二双头球副短杆的中点处固连；长杆与第一双头球副短杆、第二双头球副短杆都垂直；第一双头球副短杆、第二双头球副短杆的四个端点均布置球副；第一双头球副短杆、第二双头球副短杆长度相等且相互平行分布。

6.根据权利要求5所述的具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，其特征在于：所述第二平行四连杆机构包括“工”形连杆(72)、第一球副(61)、第三远架杆(15)、第三转动副(23)、上连接杆(13)、第四转动副(24)、第四远架杆(16)、第二球副(62)；所述第二平行四连杆内第三远架杆和第四远架杆相互平行；第三远架杆下端通过第一球副与“工”形连杆连接，上端通过第三转动副与上连接杆连接；第四远架杆下端通过第二球副与“工”形连杆连接，上端通过第四转动副与上连接杆连接；上连接杆通过第六转动副与第一近架杆相连；

所述第二分支机构中，第六转动副、第七转动副的轴线相互平行，且平行于水平面，与第一螺旋副轴线垂直；第一球副中心和第二球副中心的连线与第六转动副、第七转动副的轴线平行；第三转动副、第四转动副的轴线互相平行且垂直于第六转动副轴线。

7.根据权利要求1所述的具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，其特征在于：所述四个分支机构均为第三分支机构，每个第三分支机构包括依次连接在末端执行器与底座之间的第一螺旋副(31)、第一连杆(71)、第一转动副(21)、第三平行四连杆机构、第二近架杆(82)、第七转动副(27)；相对分布的两个第三分支机构共用第一连杆和第一螺旋副；四个第三分支机构的两个第一螺旋副轴线重合，螺距相同，旋向相反。

8.根据权利要求7所述的具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，其特征在于：所述第三平行四连杆机构包括下连接杆(11)、第二转动副(22)、第五远架杆(17)、第三球副(63)、第二近架杆(82)、第四球副(64)、第六远架杆(18)、第五转动副(25)；所述第三平行四连杆机构内第五远架杆和第六远架杆相互平行；第五远架杆下端通过第二转动副与下连接杆两端连接，上端通过第三球副与第二近架杆连接；第六远架杆下端通过第五转动副与下连接杆两端连接，上端通过第四球副与第二近架杆连接；第三平行四连杆机构中的下连接杆通过第一转动副与第一连杆相连；

所述第二近架杆左右两侧等距外伸出第三球副和第四球副，两球副呈对称分布；第三球副和第四球副中心点连线与第七转动副转动轴线平行。

9.根据权利要求8所述的具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，其特征在于：所述第三分支机构中，第一转动副、第七转动副的轴线相互平行，且平行于水平面，与第一螺旋副轴线垂直；第三球副中心和第四球副中心的连线与第一转动副、第七转动副的轴线平行；第二转动副、第五转动副的轴线互相平行且垂直于第三转动副轴线。

10.根据权利要求2-9任一项所述的具有整周回转能力的三移动一转动并联分拣机器人，其特征在于：所述两个第七转动副轴线相互平行；所述底座上安装有驱动第七转动副的电机，实现对第一近架杆或者第二近架杆的运动控制。