CN108326832A - 一种五自由度高速并联机器人 - Google Patents
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Abstract
一种五自由度高速并联机器人,包括静平台51、动平台部件1、第四轴部件2、第五轴部件3、四臂机构4；所述的动平台部件1包括动平台Ⅰ11、动平台Ⅱ12；所述的第四轴部件2包括主电机21、万向联轴节23和空心轴24；所述的第五轴部件3包括螺栓30、压板31、滚珠衬套32、齿条33、滑块35，导轨34，齿轮36，摆动轴37,齿条33和摆动轴37上固定的齿轮36相啮合；所述的四臂机构4包括副电机41以及上臂43、下臂44，本发明所述的高速并联机器人具有五个自由度，具有灵巧性高，成本低，结构简单、可靠性高、工作空间大等优点，能够完成更复杂的动作；第五自由度采用齿条和齿轮传动，传动效率高，定位精度高等优点。
Description
技术领域
本发明属于机器人设计领域，特别涉及一种五自由度高速并联机器人。
背景技术
并联机器人广泛应用于食品、医药、日化、电子等行业，主要用于包装、分拣等工序。传统的Delta并联机器人只有四个自由度，即：XYZ三个方向的平移运动和绕竖直轴的旋转运动，四自由度把并联机器人的应用领域限制在了很小的应用场景内，无法在众多的生产线中实现大规模的自动化生产。
PIERROT等人提出了具有四套上下臂、两个动平台的H4并联机构(US20090019960和EP1084802)，该机构取消了Delta关联机构中的第四轴，使用四套上下臂的相对运动来实现绕竖直轴的旋转运动，仍是四个自由度。该机构的动平台结构复杂，不利于顺畅运行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明通过以下技术方案来解决：
一种五自由度高速并联机器人包括：静平台、动平台部件、第四轴部件、第五轴部件、四臂机构；所述的动平台部件包括动平台Ⅰ、动平台Ⅱ。
所述的第四轴部件包括带有主减速机的主电机、万向联轴节通过主减速机22连接在主电机上、万向联轴节与空心轴的轴头固定连接，空心轴的下端置于齿轮箱中。
所述的第五轴部件包括螺栓、压板、滚珠衬套和齿条、滑块，导轨，齿轮，摆动轴,螺栓的螺纹拧入齿条上部的螺纹孔中，将螺栓、压板、滚珠衬套和齿条固定连接为一个整体，齿条和摆动轴上固定的齿轮相啮合，滑块安装在齿轮箱的内侧。
所述的四臂机构包括带有副减速机的副电机以及通过副减速机连接的上臂、上臂通过弹性元件和球头连接的下臂，下臂通过球头与动平台部件连接。
所述的四臂机构包括四套上述的上臂和下臂，其中相对的两个下臂分别与动平台Ⅰ的两端的球头相连接，另外的相对的两个下臂分别与动平台Ⅱ的两端的球头相连接。
所述的动平台Ⅰ和动平台Ⅱ中心部位设置有圆形孔，孔内安装轴承，用于定位空心轴，轴承外侧安装压盖。
空心轴穿过动平台Ⅰ和动平台Ⅱ的圆形孔，通过轴承与动平台活动连接。
空心轴设置有贯通的长条形槽口Ⅰ和槽口Ⅱ，槽口Ⅰ用于安装压板，槽口Ⅱ用于齿轮和齿条啮合。
电机固定在静平台上，副电机周环绕固定在静平台上，摆动轴一端设置有法兰。
进一步地，所述的每个下臂包括两个连杆，所述的两个连杆、球头和动平台部件中的连接部分组成平行四边形。
进一步地，所述的摆动轴一端设置有法兰。
本发明的有益效果是：
本发明所述的高速并联机器人具有五个自由度，相比于四自由度并联机器人多一个自由度，具有灵巧性更高，成本低，结构简单、可靠性高、工作空间大等优点，能够完成更复杂的动作；第五自由度采用齿条和齿轮传动，传动效率高，定位精度高等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中动平台部件、第四轴部件、第五轴部件的结构示意图。
图3是本发明中动平台部件结构示意图。
图4是本发明中动平台部件A向剖示图。
图5是本发明的动平台部件、第四轴部件、第五轴部件的竖剖视图。
图6是本发明空第五轴部件的结构示意图。
图7是本发明四臂机构的结构示意图。
图8是本发明空心轴的结构示意图。
其中，
1-动平台部件，11-动平台Ⅰ，12-动平台Ⅱ；2-第四轴部件，22-主减速机，21-主电机、23-万向联轴节，24-空心轴，241-槽口Ⅰ，242-槽口Ⅱ，25-齿轮箱；3-第五轴部件，30-螺栓，31-压板、32-滚珠衬套，33-齿条，35-滑块，34-导轨，36-齿轮，37-摆动轴；4-四臂机构，41-副电机，42-副减速机，43-上臂，44-下臂，441-连杆；51-静平台，52-弹性元件，53-球头，54-轴承，55-压盖。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的说明。
五自由度高速并联机器人包括：静平台51、动平台部件1、第四轴部件2、第五轴部件3、四臂机构4；所述的动平台部件1包括动平台Ⅰ11、动平台Ⅱ12。
所述的第四轴部件2包括带有主减速机22的主电机21、万向联轴节23通过主减速机22连接在主电机21上、万向联轴节23与空心轴24的轴头固定连接， 空心轴24的下端置于齿轮箱25中。
所述的第五轴部件3包括螺栓30、压板31、滚珠衬套32和齿条33、滑块35，导轨34，齿轮36，摆动轴37,螺栓30的螺纹拧入齿条33上部的螺纹孔中，将螺栓30、压板31、滚珠衬套32和齿条33固定连接为一个整体，该整体在滚珠衬套32的导向作用下，可在空心轴内上下滑动，齿条33和摆动轴37上固定的齿轮36相啮合，滑块35安装在齿轮箱25的内侧。
所述的四臂机构4包括带有副减速机42的副电机41以及通过副减速机42连接的上臂43、与上臂43通过弹性元件52和球头53连接的下臂44，下臂44通过球头53与动平台部件1连接，所述的每个下臂44包括两个连杆441，球头53通过螺纹固定在动平台部件Ⅰ上，所述的两个连杆441、球头53和动平台部件1中的相连接的部分组成平行四边形。
如图2所示，把X、Y向记为水平面内、方向相垂直的两个方向，Z向记为与X、Y方向相垂直的竖直方向。
如图3所示，把空心轴24的轴线记为第一旋转轴24a，把绕第一旋转轴24a旋转的自由度记为第四自由度。把齿轮36的轴线记为第二旋转轴36a，把绕第二旋转轴36a旋转的自由度记为第五自由度。
如图7所示，沿静平台51的周向，把四套上臂和下臂分别记为上臂43a和下臂44a、上臂43b和下臂44b、上臂43c和下臂44c、上臂43d和下臂44d，下臂44a和下臂44c分别与动平台Ⅰ11的两端相连接，下臂44b和下臂44d分别与动平台Ⅱ12的两端相连接。
所述的动平台Ⅰ和动平台Ⅱ中心部位设置有圆形孔，孔内安装轴承54，用于定位空心轴24，轴承外侧安装压盖55，用于轴承固定和防护。
空心轴24穿过动平台Ⅰ11和动平台Ⅱ12的圆形孔，通过轴承54与动平台活动连接。
空心轴24设置有贯通的长条形槽口Ⅰ241和槽口Ⅱ242，槽口Ⅰ241用于安装压板31，槽口Ⅱ242用于齿轮36和齿条33啮合。
用于对齿条33和导轨34上下运动的导向；主电机21固定在静平台51上，副电机41周环绕固定在静平台51上；摆动轴37一端设置有法兰371，作为机器人连接外部物料的安装面。
本发明所述的高速并联机器人具有五个自由度，相比于四自由度并联机器人多一个自由度，具有灵巧性更高，成本低，结构简单、可靠性高、工作空间大等优点，能够完成更复杂的动作；第五自由度采用齿条和齿轮传动，传动效率高，定位精度高等优点。
工作原理：
所述的四个副电机41带动上臂43做摇摆运动，上臂43带动下臂44运动，下臂44a和下臂44c带动动平台Ⅰ11运动，下臂44b和下臂44d带动动平台Ⅱ12运动，四个副电机41通过不同的转动速度和角度，可以实现两个动平台沿XYZ方向的平移运动，这三个方向的平移运动为三个自由度转动。
第四轴部件上主电机21通过减速机22和万向联轴节23带动空心轴24和齿轮箱25绕第一旋转轴24a旋转，从而实现第四个自由度转动。
四个副电机41通过不同的转动速度和角度还可以实现动平台Ⅱ12相对于动平台Ⅰ11上下运动，即：动平台Ⅱ12带动压板31，进而带动滚珠衬套32、齿条33、导轨34在空心轴24内相对于动平台Ⅰ11上下运动，齿轮36把齿条33的直线运动转变为齿轮36和摆动轴37绕第二旋转轴36a的旋转运动，从而实现第五个自由度转动。
本发明中未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种五自由度高速并联机器人，其特征在于，包括静平台（51）、动平台部件（1）、第四轴部件（2）、第五轴部件（3）、四臂机构（4）；所述的动平台部件（1)包括动平台Ⅰ（11）、动平台Ⅱ（12）；
所述的第四轴部件（2）包括带有主减速机（22）的主电机（21）、万向联轴节（23）通过主减速机（22）连接在主电机（21）上、万向联轴节（23）与空心轴（24）的轴头固定连接， 空心轴（24）的下端置于齿轮箱（25）中；
所述的第五轴部件（3）包括螺栓（30）、压板（31）、滚珠衬套（32）和齿条（33）、滑块（35），导轨（34），齿轮（36），摆动轴（37）,螺栓（30的螺纹拧入齿条（33）上部的螺纹孔中，将螺栓（30）、压板（31）、滚珠衬套（32）和齿条（33）固定连接为一个整体，齿条（33）和摆动轴（37）上固定的齿轮（36）相啮合，滑块（35）安装在齿轮箱（25）的内侧；
所述的四臂机构（4）包括带有副减速机（42）的副电机（41）以及通过副减速机（42）连接的上臂（43）、上臂（43）通过弹性元件（52）和球头（53）连接的下臂（44），下臂（44）通过球头（53）与动平台部件（1）连接；
所述的四臂机构（4）包括四套上述的上臂（3）和下臂（44），其中相对的两个下臂（44）分别与动平台Ⅰ（11）的两端相连接，另外的相对的两个下臂（44）分别与动平台Ⅱ（12）的两端相连接；
所述的动平台Ⅰ（11）和动平台Ⅱ（12）中心部位设置有圆形孔，孔内安装轴承（54），用于定位空心轴（24），轴承外侧安装压盖（55）；
空心轴（24）穿过动平台Ⅰ（11）和动平台Ⅱ（12）的圆形孔，通过轴承（54）与动平台活动连接；
空心轴（24）设置有贯通的长条形槽口Ⅰ（241）和槽口Ⅱ（242），槽口Ⅰ（241）用于安装压板（31），槽口Ⅱ（242）用于齿轮（36）和齿条（33）啮合；
电机（21）固定在静平台（51）上，副电机（41）周向环绕固定在静平台（51）上。
2.根据权利要求1所述的五自由度高速并联机器人，其特征在于，所述的每个下臂（44）包括两个连杆（441），所述的两个连杆（441）、球头（53）和动平台部件（1）中的部分组成平行四边形。
3.根据权利要求1所述的五自由度高速并联机器人，其特征在于，所述的摆动轴（37）一端设置有法兰（371）。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110421545A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-11-08 | 四川建筑职业技术学院 | 一种锥形结构的并联式机械臂抓取装置 |
| CN112476412A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-03-12 | 派罗(廊坊)机器人科技有限公司 | 一种四自由度机器人 |
| CN116748834A (zh) * | 2023-08-08 | 2023-09-15 | 长春华涛汽车塑料饰件有限公司 | 一种副仪表板自动安装卡扣装置 |
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2018
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