CN107962556A - 两轴并联机器人及货物搬运系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种两轴并联机器人及货物搬运系统，涉及机器人技术领域。两轴并联机器人包括定平台、与定平台的一侧转动连接的传动支链、与传动支链远离定平台的一端转动连接的动平台以及分别与定平台和动平台转动连接的平衡支链；传动支链设置有两个，两个传动支链设于同一平面内，并且，两个传动支链相对于定平台的竖直中心线对称设置；传动支链包括与定平台转动连接的大臂以及分别与大臂和动平台转动连接的小臂，解决了现有技术中存在的传统机器人的体积较大、成本较高，无法实现大负载高速搬运的技术问题，采用两轴并联机器人能够获得较高的精度和刚度，实现大负载高速搬运作业，且结构简单，体积较小，降低了成本。

Description

两轴并联机器人及货物搬运系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种两轴并联机器人及货物搬运系统。

背景技术

在自动化、轻工、食品和医疗等行业中，通常需要机器人完成诸如搬运、装箱、插装、封装和包装等操作，其运动所需要的自由度数不多，这些操作的特点是：准确重复定位高、运动速度高、动作为往复运动且在运动过程中不改变姿态。现在完成这些任务多采用串联机构构成的机器人，这类机器人为开环结构，一个运动臂串接一个运动臂，各运动臂运动惯量比较大，比刚度低，因此需要将运动臂做得很大来保证其刚度，这样会对驱动电机的功率以及力矩特性提出了更高的要求，受电机特性的影响，其运行速度很难进一步提高，限制了生产效率的提高，为了进一步提高这类机器人的性能，一些基于并联机构的并联机器人也相继被提出。

并联机器人机构是一种闭环机构，其动平台或称末断执行器通过至少两个独立的运动链与定平台相连接。与串联机构相比，并联机构具有刚度高、精度高、动力学性能好、结构紧凑等优点，因此在70年代末到80年代初，并联机构被用做工业机器人的机构。目前，并联机构在机床、微动操作台、机器人与力矩传感器、飞行模拟器等行业中越来越得到重视。但是，现有的并联机器人多为三轴，三加一轴四轴等多并联机器人，其特点为具有三个及以上自由度，但缺点也比较明显，安装体积大，价格昂贵，无法实现50kg及以上的大负载高速搬运，而且在一些装箱等动作简单的工况中使用传统的三自由度并联机器人造成了资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两轴并联机器人及货物搬运系统，以解决现有技术中存在的传统机器人的体积较大、成本较高，无法实现大负载高速搬运的技术问题。

本发明提供的两轴并联机器人包括定平台、与所述定平台的一侧转动连接的传动支链、与所述传动支链远离所述定平台的一端转动连接的用于夹取物体的动平台以及分别与所述定平台和所述动平台转动连接的用于使所述动平台在运动过程中保持水平的平衡支链；

所述传动支链设置有两个，两个所述传动支链设于同一平面内，并且，两个所述传动支链相对于所述定平台的竖直中心线对称设置；

所述传动支链包括与所述定平台转动连接的大臂以及分别与所述大臂和所述动平台转动连接的小臂。

进一步的，所述平衡支链设置有两个，两个所述平衡支链均设于所述定平台的一侧，并且两个所述平衡支链在所述定平台所在平面内的投影相对于所述定平台的竖直中心线对称设置；

两个所述平衡支链分别设于不同平面内，并且，两个所述平衡支链分别设于所述传动支链的两侧。

进一步的，所述平衡支链包括与所述定平台转动连接的上平衡杆以及分别与所述上平衡杆和所述动平台转动连接的下平衡杆。

进一步的，所述上平衡杆和所述下平衡杆以及所述大臂和所述小臂均通过固定角转动连接；

所述定平台、所述大臂、所述固定角和所述上平衡杆构成平行四边形结构，所述固定角、所述小臂、所述动平台和所述下平衡杆构成平行四边形结构。

进一步的，所述固定角为三角形结构，所述上平衡杆、所述下平衡杆以及所述大臂和所述小臂的连接处分别与所述固定角的三个顶点转动连接。

进一步的，所述大臂为弧形杆，所述大臂上沿所述大臂的延伸方向设有多个通孔。

进一步的，所述小臂的材质为碳纤维材质。

进一步的，还包括分别与所述定平台和所述大臂相连的用于驱动所述大臂转动的驱动机构。

进一步的，还包括与所述驱动机构相连的用于控制所述驱动机构开启和关闭的控制装置。

本发明提供的货物搬运系统，包括如上述技术方案中任一项所述的两轴并联机器人。

本发明提供的两轴并联机器人包括定平台、传动支链、动平台以及平衡支链。定平台用于与外部设备相连，以方便两轴并联机器人的安装和拆卸，从而实现两轴并联机器人的正常作业。根据两轴并联机器人的工作性质不同，定平台的运动情况也有所不同，例如定平台与外部设备固定连接，或者定平台相对于外部设备做相对运动。同时，定平台对传动支链和平衡支链起到了支撑作用，是整个两轴并联机器人的骨架，保障了两轴并联机器人的正常作业。

传动支链设于定平台的一侧，并且传动支链与定平台转动连接，传动支链能够相对于传动支链与定平台的连接处旋转，动平台与传动支链远离定平台的一端转动连接，动平台用于夹取物体，从而使传动支链的运动能够带动动平台的运动，使动平台完成相应的作业任务。

具体的，传动支链设置有两个，两个传动支链均设于定平台的同一侧内，并且，两个传动支链设于同一平面内以保证两轴并联机器人在一定平面范围内运动，同时，两个传动支链相对于定平台的竖直中心线对称设置，以使两个传动支链在联动时便于保证传动支链的刚度，提高运动精度。两个传动支链分别与定平台和动平台构成独立的运动链，以构成并联系统，从而使两轴并联机器人获得较高的精度和刚度，实现两轴并联机器人的大负载高速搬运作业。

每个传动支链均包括大臂和小臂，大臂与定平台转动连接，小臂的两端分别与大臂的自由端及动平台转动连接，从而使大臂的转动带动小臂的运动，小臂的运动能够实现动平台的平移运动，结构简单，布置合理，且体积较小，降低了成本。

动平台在平移动作中需要保持平稳的运动姿态，以顺利地完成搬运等作业任务，两轴并联机器人的结构还包括平衡支链，平衡支链分别与定平台和动平台转动连接，利用平衡支链来保证动平台在运动过程中能够始终保持水平，保证了两轴并联机器人能够持续稳定的作业。

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两轴并联机器人处于第一种工作状态时的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的两轴并联机器人处于第二种工作状态时的结构示意图；

图3图1的左视图；

图4为本发明实施例提供的两轴并联机器人的立体图。

图标：100-定平台；200-传动支链；300-动平台；400-平衡支链；500-固定角；600-通孔；700-驱动机构；210-大臂；220-小臂；410-上平衡杆；420-下平衡杆。

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，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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，如出现术语“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，如出现术语“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。

下面结合附图对实施例1及实施例2进行详细描述：

图1为本发明实施例提供的两轴并联机器人处于第一种工作状态时的结构示意图；图2为本发明实施例提供的两轴并联机器人处于第二种工作状态时的结构示意图；图3图1的左视图；图4为本发明实施例提供的两轴并联机器人的立体图图。

实施例1

请一并参照图1-4，本实施例提供了一种两轴并联机器人，包括定平台100、与定平台100的一侧转动连接的传动支链200、与传动支链200远离定平台100的一端转动连接的用于夹取物体的动平台300以及分别与定平台100和动平台300转动连接的用于使动平台300在运动过程中保持水平的平衡支链400，具体而言：

传动支链200设置有两个，两个传动支链200设于同一平面内，并且，两个传动支链200相对于定平台100的竖直中心线对称设置；

传动支链200包括与定平台100转动连接的大臂210以及分别与大臂210和动平台300转动连接的小臂220。

两轴并联机器人包括定平台100、传动支链200、动平台300以及平衡支链400。定平台100用于与外部设备相连，以方便两轴并联机器人的安装和拆卸，从而实现两轴并联机器人的正常作业。根据两轴并联机器人的工作性质不同，定平台100的运动情况也有所不同，例如定平台100与外部设备固定连接，或者定平台100相对于外部设备做相对运动。同时，定平台100对传动支链200和平衡支链400起到了支撑作用，是整个两轴并联机器人的骨架，保障了两轴并联机器人的正常作业。

传动支链200设于定平台100的一侧，并且传动支链200与定平台100转动连接，传动支链200能够相对于传动支链200与定平台100的连接处旋转，动平台300与传动支链200远离定平台100的一端转动连接，动平台300用于夹取物体，从而使传动支链200的运动能够带动动平台300的运动，使动平台300完成相应的作业任务。

具体的，传动支链200设置有两个，两个传动支链200均设于定平台100的同一侧内，并且，两个传动支链200设于同一平面内以保证两轴并联机器人在一定平面范围内运动，同时，两个传动支链200相对于定平台100的竖直中心线对称设置，以使两个传动支链200在联动时便于保证传动支链200的刚度，提高运动精度。两个传动支链200分别与定平台100和动平台300构成独立的运动链，以构成并联系统，从而使两轴并联机器人获得较高的精度和刚度，实现两轴并联机器人的大负载高速搬运作业。

每个传动支链200均包括大臂210和小臂220，大臂210与定平台100转动连接，小臂220的两端分别与大臂210的自由端及动平台300转动连接，从而使大臂210的转动带动小臂220的运动，小臂220的运动能够实现动平台300的平移运动，结构简单，布置合理，且体积较小，降低了成本。

动平台300在平移动作中需要保持平稳的运动姿态，以顺利地完成搬运等作业任务，如图1和图2所示，两轴并联机器人的结构还包括平衡支链400，平衡支链400分别与定平台100和动平台300转动连接，在两轴并联机器人处于不同的工作状态时，利用平衡支链400均能保证动平台300在运动过程中始终保持水平，保证了两轴并联机器人能够持续稳定的作业。

一种具体的实施方式中，平衡支链400设置有两个，两个平衡支链400均设于定平台100的一侧，即与传动支链200设于定平台100的同一侧，并且两个平衡支链400在定平台100所在平面内的投影相对于定平台100的竖直中心线对称设置，平衡支链400与传动支链200的位置相对应，共同保证动平台300在运动过程中的平衡。两个平衡支链400分别设于不同平面内，并且，两个平衡支链400分别设于传动支链200的两侧，即两个平衡支链400分别位于传动支链200所在平面的前后两个平面内，两个传动支链200和两个平衡支链400均与动平台300相连，由于两个传动支链200在同一平面内，而传动支链200与两个平衡支链400分别位于三个平面内，使得两个传动支链200和两个平衡支链400的端部垂直交叉设置于动平台300的四周，使得动平台300的受力更加合理，更易于保证动平台300在平移动作中保持平稳的运动姿态，使动平台300在运动过程中始终保持水平。

具体地，平衡支链400包括上平衡杆410和下平衡杆420，上平衡杆410与定平台100转动连接，下平衡杆420分别与上平衡杆410和动平台300转动连接。上平衡杆410的设于大臂210的上部，下平衡杆420设于小臂220的内侧，使上平衡杆410的运动能够带动下平衡杆420的运动，同时大臂210带动小臂220的运动，两个小臂220和两个下平衡杆420分别与动平台300相连，便于传动支链200和平衡支链400协同作业，保证动平台300的运动平稳性。

为进一步提高动平台300的运动平稳性，上平衡杆410和下平衡杆420以及大臂210和小臂220均通过固定角500转动连接，即平衡支链400与传动支链200在中间位置转动连接，使得大臂210、上平衡杆410与定平台100和固定角500之间组成平行四边形结构，小臂220、下平衡杆420与动平台300和固定角500之间组成平行四边形结构，从而使固定角500与定平台100的姿态一致，动平台300与固定角500的姿态一致，以保证动平台300只能作平移运动而姿态不发生变化，通过驱动大臂210转动，使大臂210带动固定角500运动，固定角500的位置相对定平台100发生变化，但是姿态保持不变，并通过机构本身的几何约束，使得动平台300的位置也跟着变化，实现两轴并联机器人的平移运动，保障了两轴并联机器人运动的平稳性。

具体地，固定角500为三角形结构，且三角形的一边采用弧形边，减小固定角500的体积，三角形结构还可采用框架结构，降低固定角500的自重，上平衡杆410、下平衡杆420以及大臂210和小臂220的连接处分别与固定角500的三个顶点转动连接，上平衡杆410与下平衡杆420分别与固定角500铰接，大臂210和小臂220铰接，连接处同时与固定角500铰接，从而将传动支链200与平衡支链400相连，使传动支链200与平衡支链400配合实现两轴并联机器人运动的平稳性，保障两轴并联机器人的正常作业。

本实施例的可选方案中，大臂210为弧形杆，弧形杆结构美观，受力状态好，能够提高两轴并联机器人的刚度，大臂210上沿大臂210的延伸方向设有多个通孔600，降低了大臂210的重量，从而使结构自重小，降低了成本，通孔600可为圆形孔，以使结构美观，改善受力性能。

本实施例的可选方案中，小臂220的材质为碳纤维材质，碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维"外柔内刚"，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，由于碳纤维材料具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等特点，已在航空航天、国防军工和民用工业的各个领域得到广泛应用。

一种具体的实施方式中，两轴并联机器人还包括驱动机构700，驱动机构700分别与定平台100和大臂210相连，并用于驱动大臂210转动。驱动机构700可包括驱动电机和与驱动电机相连的减速器，减速器的输出端与大臂210相连，驱动机构700也设置有两个，分别与两个大臂210相连接，通过驱动电机带动传动支链200运动，从而使动平台300能够进行平移运动以完成作业任务。

另一种具体的实施方式中，两轴并联机器人还包括控制装置，控制装置与驱动机构700相连，用于控制驱动机构700开启和关闭，从而实现利用控制装置控制两轴并联机器人的运动，提高运动精度，保障作业稳定进行。

实施例2

本实施例提供了一种货物搬运系统，包括实施例1中的两轴并联机器人。货物搬运系统还可包括机架导轨，定平台100设于机架导轨上，并能在机架导轨上滑动，从而实现货物的搬运。

两轴并联机器人的两个传动支链200分别与定平台100和动平台300构成独立的运动链，以构成并联系统，从而使两轴并联机器人获得较高的精度和刚度，实现两轴并联机器人的大负载高速搬运作业，同时每个传动支链200均包括大臂210和小臂220，大臂210与定平台100转动连接，小臂220的两端分别与大臂210的自由端及动平台300转动连接，从而使大臂210的转动带动小臂220的运动，小臂220的运动能够实现动平台300的平移运动，结构简单，布置合理，且体积较小，降低了成本，利用平衡支链400来保证动平台300在运动过程中能够始终保持水平，保证了两轴并联机器人能够持续稳定的作业。

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 (10)

1.一种两轴并联机器人，其特征在于，包括定平台、与所述定平台的一侧转动连接的传动支链、与所述传动支链远离所述定平台的一端转动连接的用于夹取物体的动平台以及分别与所述定平台和所述动平台转动连接的用于使所述动平台在运动过程中保持水平的平衡支链；

所述传动支链设置有两个，两个所述传动支链设于同一平面内，并且，两个所述传动支链相对于所述定平台的竖直中心线对称设置；

所述传动支链包括与所述定平台转动连接的大臂以及分别与所述大臂和所述动平台转动连接的小臂。

2.根据权利要求1所述的两轴并联机器人，其特征在于，所述平衡支链设置有两个，两个所述平衡支链均设于所述定平台的一侧，并且两个所述平衡支链在所述定平台所在平面内的投影相对于所述定平台的竖直中心线对称设置；

两个所述平衡支链分别设于不同平面内，并且，两个所述平衡支链分别设于所述传动支链的两侧。

3.根据权利要求2所述的两轴并联机器人，其特征在于，所述平衡支链包括与所述定平台转动连接的上平衡杆以及分别与所述上平衡杆和所述动平台转动连接的下平衡杆。

4.根据权利要求3所述的两轴并联机器人，其特征在于，所述上平衡杆和所述下平衡杆以及所述大臂和所述小臂均通过固定角转动连接；

所述定平台、所述大臂、所述固定角和所述上平衡杆构成平行四边形结构，所述固定角、所述小臂、所述动平台和所述下平衡杆构成平行四边形结构。

5.根据权利要求4所述的两轴并联机器人，其特征在于，所述固定角为三角形结构，所述上平衡杆、所述下平衡杆以及所述大臂和所述小臂的连接处分别与所述固定角的三个顶点转动连接。

6.根据权利要求1所述的两轴并联机器人，其特征在于，所述大臂为弧形杆，所述大臂上沿所述大臂的延伸方向设有多个通孔。

7.根据权利要求1所述的两轴并联机器人，其特征在于，所述小臂的材质为碳纤维材质。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的两轴并联机器人，其特征在于，还包括分别与所述定平台和所述大臂相连的用于驱动所述大臂转动的驱动机构。

9.根据权利要求8所述的两轴并联机器人，其特征在于，还包括与所述驱动机构相连的用于控制所述驱动机构开启和关闭的控制装置。

10.一种货物搬运系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的两轴并联机器人。