CN110695962A - 一种四自由度并联机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四自由度并联机器人机构，包括固定架、动平台、布置在所述固定架与动平台之间的第一、第二、第三和第四支链；所述第一和第二支链均包括转动叉、近架杆、两个平行且等长的远架杆、旋转轴，所述转动叉与固定架转动连接，所述近架杆的一端与转动叉转动连接，另一端与远架杆球铰接，所述远架杆与旋转轴球铰接，所述旋转轴与动平台转动连接，所述第三和第四支链均包括转动叉、近架杆、两个平行且等长的远架杆，所述转动叉与固定架转动连接，所述近架杆的一端与转动叉转动连接，另一端与远架杆球铰接，所述远架杆与动平台球铰接。该机构设计巧妙，结构紧凑，可适应复杂的抓放环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人机构，特别是一种四自由度并联机器人机构。
背景技术
三维平动一维转动并联机构因可满足空间物体的搬运等操作，已被广泛应用于食品医药、现代物流、电子信息等领域自动化生产线高速轻载搬运作业。
专利号为US20090019960A1的美国专利公开了一种带四个自由度的高速并联机器人，专利号为EP1084802B1欧洲专利公开了一种四自由度并联机器人，通过对这两件专利分析可知，现有的可实现三维平动一维转动的并联机构，包括四个主动支链和一个动平台，每条支链包括近架杆和远架杆两部分。其中近架杆一端相对于固定机架仅具有一个移动或转动自由度，另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与远架杆的一端连接；远架杆另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与动平台连接，从而保证机构的平动；动平台由四个部件组成，其中两个部件需相互平行，另外两个部件与前述两个相互平行的部件通过转动铰链连接，通过部件之间的相互转动可实现绕垂直于动平台的轴线的转动自由度，同时配以相应的放大机构可扩大转角范围。
但是上述机构的局限性在于：远架杆之间没有支撑连接件，容易产生振动，不利于提高机构的动态响应特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种远架杆具有支撑杆的可实现三维平动一维转动的并联机构。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种四自由度高速并联机器人机构，包括固定架、动平台以及布置在固定架与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；
所述第一支链和第二支链结构完全相同，所述第三支链和第四支链结构完全相同；
所述第一支链包括第一转动叉、第一驱动装置、第一近架杆、两个平行且等长的第一远架杆、以及第一旋转轴；所述第一转动叉与固定架转动连接，所述第一驱动装置与第一转动叉固接，所述第一近架杆的一端与第一转动叉转动连接，且与第一驱动装置的驱动端固接，第一近架杆的另一端与上连接轴固接；所述第一远架杆一端与所述上连接轴球铰接，另一端与固接在所述第一旋转轴上的下连接轴球铰接；所述两个平行且等长的第一远架杆之间固接有支撑杆；所述第一旋转轴与动平台转动连接；
所述第二支链包括第二转动叉、第二驱动装置、第二近架杆、两个平行且等长的第二远架杆、以及第二旋转轴；所述第二转动叉与固定架转动连接，所述第二驱动装置与第二转动叉固接，所述第二近架杆的一端与第二转动叉转动连接，且与第二驱动装置的驱动端固接，第二近架杆的另一端与上连接轴固接；所述第二远架杆一端与所述上连接轴球铰接，另一端与固接在所述第二旋转轴上的下连接轴球铰接；所述两个平行且等长的第二远架杆之间固接有支撑杆；所述第二旋转轴与动平台转动连接。
连接所述第一转动叉和固定架的转动轴线与连接所述所述第二转动叉和固定架的转动轴线相互垂直；连接所述第一旋转轴和动平台的转动轴线与连接所述第二旋转轴和动平台的转动轴线相互垂直；
所述第三支链包括第三转动叉、第三驱动装置、第三近架杆和两个平行且等长的第三远架杆；所述第三转动叉与固定架转动连接，所述第三驱动装置与第三转动叉固接，所述第三近架杆的一端与第三转动叉转动连接，且与第三驱动装置的驱动端固接，第三近架杆的另一端与上连接轴固接；所述第三远架杆一端与所述上连接轴球铰接，另一端与固接在所述动平台上的下连接轴球铰接；
所述第四支链包括第三转动叉、第四驱动装置、第四近架杆和两个平行且等长的第四远架杆；所述第四转动叉与固定架转动连接，所述第四驱动装置与第四转动叉固接，所述第四近架杆的一端与第四转动叉转动连接，且与第四驱动装置的驱动端固接，第四近架杆的另一端与上连接轴固接；所述第四远架杆一端与所述上连接轴球铰接，另一端与固接在所述动平台上的下连接轴球铰接；
所述动平台包括主平台和副平台，所述第一支链和第二支链均与主平台连接，所述第三支链和第四支链均与副平台连接；所述主平台和副平台通过单自由度运动副连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的三平一转四自由度并联机构结构简单紧凑，运动方式明确；由于第一支链和第二支链的远架杆之间采用了支撑杆，有利于提高机构的刚度和动态响应特性，有利于实现高速和高加速度；2)所述主平台和副平台通过移动副连接，且配以导轨副导向，具有良好的精度和刚度；3)第三支链和第四支链增加了转动叉，可释放支链的过约束，有利于降低机构装配难度。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例中动平台的结构示意图。
图中编号所代表的含义为：
1、固定架，2、主平台，3、副平台，4、小齿轮，5、齿条，6、末端执行器、7、导轨，8、滑块
11、第一转动叉，12、第一驱动装置，13、第一近架杆，14、第一支链的上连接轴，15、第一远架杆，16、第一支链的支撑杆，17、第一支链的下连接轴，18、第一旋转轴
21、第二转动叉，22、第二驱动装置，23、第二近架杆，24、第二支链的上连接轴，25、第二远架杆，26、第二支链的支撑杆，27、第二支链的下连接轴，28、第二旋转轴
31、第三转动叉，32、第三驱动装置，33、第三近架杆，34、第三支链的上连接轴，35、第三远架杆，36、第三支链的下连接轴
41、第四转动叉，42、第四驱动装置，43、第四近架杆，44、第四支链的上连接轴，45、第四远架杆，46、第四支链的下连接轴
具体实施方式
结合附图，本发明的一种四自由度高速并联机器人机构，包括固定架1、动平台以及布置在固定架1与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；
所述第一支链和第二支链结构完全相同，所述第三支链和第四支链结构完全相同；
所述第一支链包括第一转动叉11、第一驱动装置12、第一近架杆13、两个平行且等长的第一远架杆15、以及第一旋转轴18；所述第一转动叉11与固定架1转动连接，所述第一驱动装置12与第一转动叉11固接，所述第一近架杆13的一端与第一转动叉11转动连接，且与第一驱动装置12的驱动端固接，第一近架杆13的另一端与上连接轴14固接；所述第一远架杆15一端与所述上连接轴14球铰接，另一端与固接在所述第一旋转轴18上的下连接轴17球铰接；所述第一远架杆15的数量问为两根，两根平行且等长的第一远架杆15之间固接有第一支链支撑杆16；所述第一旋转轴18与动平台转动连接。第一驱动装置12可驱动第一近架杆13沿转动轴转动。
所述第二支链包括第二转动叉21、第二驱动装置22、第二近架杆23、两个平行且等长的第二远架杆25、以及第二旋转轴28；所述第二转动叉21与固定架转动连接，所述第二驱动装置22与第二转动叉21固接，所述第二近架杆23的一端与第二转动叉21转动连接，且与第二驱动装置22的驱动端固接，第二近架杆23的另一端与第二直联的上连接轴24固接；所述第二远架杆25一端与所述上连接轴24球铰接，另一端与固接在所述第二旋转轴28上的第二支链下连接轴27球铰接；所述两个平行且等长的第二远架杆25之间固接有第二支链支撑杆26；所述第二旋转轴28动平台转动连接。第二驱动装置22可驱动第二近架杆23沿转动轴转动。
连接所述第一转动叉11和固定架1的转动轴线与连接所述第二转动叉21和固定架1的转动轴线相互垂直；连接所述第一旋转轴18和动平台的转动轴线与连接所述第二旋转轴28和动平台的转动轴线相互垂直。
所述第三支链包括第三转动叉31、第三驱动装置32、第三近架杆33和两个平行且等长的第三远架杆35；所述第三转动叉31与固定架转动连接，所述第三驱动装置32与第三转动叉固接，所述第三近架杆33的一端与第三转动叉31转动连接，且与第三驱动装置32的驱动端固接，第三近架杆的另一端与第三支链上连接轴34固接；所述第三远架杆35一端与所述上连接轴34球铰接，另一端与固接在所述动平台上的第三支链下连接轴36球铰接；第三驱动装置32可驱动第三近架杆33沿转动轴转动。
所述第四支链包括第四转动叉41、第四驱动装置42、第四近架杆43和两个平行且等长的第四远架杆45；所述第四转动叉41与固定架转动连接，所述第四驱动装置42与第四转动叉41固接，所述第四近架杆43的一端与第四转动叉41转动连接，且与第四驱动装置42的驱动端固接，第四近架杆43的另一端与第四支链上连接轴44固接；所述第四远架杆45一端与所述上连接轴44球铰接，另一端与固接在所述动平台上的下连接轴46球铰接；第四驱动装置42可驱动第四近架杆43沿转动轴转动。
所述动平台包括主平台2和副平台3，所述第一支链和第二支链均与主平台2连接，所述第三支链和第四支链均与副平台3连接；所述主平台2和副平台3通过单自由度运动副连接；
所述主平台2与副平台3通过导轨滑块连接，所述主平台2上固接有滑块8，所述副平台上固接有导轨7，所述导轨7和滑块8构成导轨滑块副；所述主平台上转动连接有小齿轮4，所述副平台上固接有齿条5，所述小齿轮4和齿条5啮合；所述小齿轮4下端固接有末端执行器6。所述主平台和副平台通过移动副连接，且配以导轨副导向，具有良好的精度和刚度。
连接所述第三转动叉31和固定架1的转动轴线与连接所述第四转动叉41和固定架1的转动轴线相互垂直。所述第三支链的下连接轴36和所述第四支链的下连接轴46相互垂直。
所述第三支链和第四支链增加了转动叉，可释放支链的过约束，有利于降低机构装配难度。
Claims (7)
1.一种四自由度高速并联机器人机构，包括固定架、动平台以及布置在固定架与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，其特征在于，
所述第一支链和第二支链结构完全相同，所述第三支链和第四支链结构完全相同；
所述动平台包括主平台和副平台，所述第一支链和第二支链均与主平台连接，所述第三支链和第四支链均与副平台连接；所述主平台和副平台通过单自由度运动副连接。
2.根据权利要求1所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述主平台与副平台通过导轨滑块连接，所述主平台上固接有滑块，所述副平台上固接有导轨，所述导轨和滑块构成导轨滑块副；所述主平台上转动连接有小齿轮，所述副平台上固接有齿条，所述小齿轮和齿条啮合；所述小齿轮下端固接有末端执行器。
3.根据权利要求1所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述第一支链包括第一转动叉、第一驱动装置、第一近架杆、两个平行且等长的第一远架杆、以及第一旋转轴；所述第一转动叉与固定架转动连接，所述第一驱动装置与第一转动叉固接，所述第一近架杆的一端与第一转动叉转动连接，且与第一驱动装置的驱动端固接，第一近架杆的另一端与上连接轴固接；所述第一远架杆一端与所述上连接轴球铰接，另一端与固接在所述第一旋转轴上的下连接轴球铰接；所述两个平行且等长的第一远架杆之间固接有支撑杆；所述第一旋转轴与动平台转动连接；
所述第二支链包括第二转动叉、第二驱动装置、第二近架杆、两个平行且等长的第二远架杆、以及第二旋转轴；所述第二转动叉与固定架转动连接，所述第二驱动装置与第二转动叉固接，所述第二近架杆的一端与第二转动叉转动连接，且与第二驱动装置的驱动端固接，第二近架杆的另一端与上连接轴固接；所述第二远架杆一端与所述上连接轴球铰接，另一端与固接在所述第二旋转轴上的下连接轴球铰接；所述两个平行且等长的第二远架杆之间固接有支撑杆；所述第二旋转轴与动平台转动连接。
所述第三支链包括第三转动叉、第三驱动装置、第三近架杆和两个平行且等长的第三远架杆；所述第三转动叉与固定架转动连接，所述第三驱动装置与第三转动叉固接，所述第三近架杆的一端与第三转动叉转动连接，且与第三驱动装置的驱动端固接，第三近架杆的另一端与上连接轴固接；所述第三远架杆一端与所述上连接轴球铰接，另一端与固接在所述动平台上的下连接轴球铰接；
所述第四支链包括第四转动叉、第四驱动装置、第四近架杆和两个平行且等长的第四远架杆；所述第四转动叉与固定架转动连接，所述第四驱动装置与第四转动叉固接，所述第四近架杆的一端与第四转动叉转动连接，且与第四驱动装置的驱动端固接，第四近架杆的另一端与上连接轴固接；所述第四远架杆一端与所述上连接轴球铰接，另一端与固接在所述动平台上的下连接轴球铰接。
4.根据权利要求3所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，连接所述第一转动叉和固定架的转动轴线与连接所述第二转动叉和固定架的转动轴线相互垂直。
5.根据权利要求3所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，连接所述第一旋转轴和动平台的转动轴线与连接所述第二旋转轴和动平台的转动轴线相互垂直。
6.根据权利要求3所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，连接所述第三转动叉和固定架的转动轴线与连接所述第四转动叉和固定架的转动轴线相互垂直。
7.根据权利要求3所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述第三支链的下连接轴和所述第四支链的下连接轴相互垂直。
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