CN111267070A - 一种六自由度并联机器人机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六自由度并联机器人机构，包括静平台、动平台和并联连接在这两者之间的三条双驱动复合运动支链；所述双驱动复合运动支链由平面五杆机构组成，该结构包含两个驱动装置，用来驱动支链中的两个驱动组件；静平台与双驱动复合运动支链之间通过转动副相连，动平台与双驱动复合运动支链之间通过球铰相连；本发明的六自由度并联机器人机构，相比其他六自由度并联机器人机构，本发明机构中动平台只受三条复合运动支链的约束，运动支链数目少，具有转动能力大和工作空间大等优点。

Description

一种六自由度并联机器人机构

技术领域

本发明属于工业机器人领域，特别是一种六自由度并联机器人机构。

背景技术

并联机器人机构可定义为动平台和静平台通过至少两个独立的运动支链相连接,具有两个及两个以上自由度,且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机器人机构具有运动精度高,刚度大,动态响应好等特点。目前大部分的六自由度并联机构中连接运动平台的支链数量为6个或者6个以上，加上运动铰链的结构限制，使得其运动平台的转动能力较差。专利CN106363616A所公布的一种六自由度并联机器人机构，该机构的运动平台和固定平台之间分布有六条支链，每条支链由伺服电机驱动的主动臂和从动臂组成，六组支链两两一组均匀分布在运动平台四周，并联机构的工作空间是各支链的可达空间的交集，支链越多交集越少，其工作就越小。专利CN107053141A所公布的一种全域恒平衡重载六自由度并联机器人机构，所述包括固定平台、运动平台、承重平台、六条结构完全相同的驱动分支和三条承重分支，三条承重分支连接在固定平台和承重平台之间，承重平台与运动平台之间再通过第二球铰连接，该机构连接运动平台的支链总数为7个，这将极大地制约运动平台的姿态能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种六自由度并联机器人机构，以提供一种运动支链数目少、支链之间不易相互干涉、动平台转动能力大和工作空间大的机器人机构。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种六自由度并联机器人机构，包括静平、动平台以及并联连接在静平台和动平台之间的三条双驱动复合运动支链；所述双驱动复合运动支链包括转动杆以及分别通过转动副连接在转动杆两端的第一驱动组件、第二驱动组件；所述转动杆和静平台之间通过转动副相连；所述第一驱动组件包括相连接并可相对运动的第一连接件、第二连接件；所述第二驱动组件包括相连接并可相对运动的第三连接件、第四连接件；所述第一连接件、第三连接件均通过转动副与转动杆相连；所述第一连接件和第三连接件与转动杆连接的转动副的轴线均垂直于转动杆与静平台相连的转动副的轴线并与之共面；

所述第四连接件通过转动副与第二连接件相连；且所述第一连接件和第三连接件与转动杆连接的转动副的轴线均平行于第四连接件与第二连接件连接的转动副；所述转动杆、第一连接件、第二连接件、第四连接件第一连接件依次相连形成一个封闭的平面五杆机构；所述第一驱动组件、第二驱动组件分别设有驱动机构，用于驱动第一驱动组件、第二驱动组件的运动；所述动平台与第二连接件之间通过球铰相连。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

连接在静平台和动平台之间的并联机构采用双驱动复合运动支链结构，该结构包含两个驱动装置，用来驱动支链中的两个驱动组件，实现了动平台与静平台之间并联连接三条运动支链却达到了动平台具有六个运动自由度的效果，由于支链数目少，所以支链之间不易相互干涉，动平台转动能力大、工作空间大；双驱动复合运动支链结构包括转动副和移动副两种连接结构，而且可以实现不同的布置方式，分别适用于不同的应用场景，扩展了机构的使用范围。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1的静平台与中心轴转动副连接示意图。

图3为本发明实施例2的结构示意图。

图4为本发明实施例3的结构示意图。

图5为本发明实施例4的结构示意图。

图6为本发明实施例5的结构示意图。

图7为本发明实施例6的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例中的一种六自由度并联机器人，包括静平台10、动平台1以及并联连接在静平台10和动平台1之间的三条双驱动复合运动支链；所述双驱动复合运动支链由平面五杆机构组成，静平台10与双驱动复合运动支链之间通过转动副相连，动平台1与双驱动复合运动支链之间通过球铰2相连。

所述双驱动复合运动支链包括转动杆11、第一主动杆4a、第一从动杆3a、第二从动杆3b和第二主动杆4b；所述的转动杆11、第一主动杆4a、第一从动杆3a、第二从动杆3b和第二主动杆4b依次通过轴线相互平行的转动副相连形成一个封闭的平面五杆机构；所述双驱动复合运动支链中的转动杆11和静平台10之间通过转动副相连；所述双驱动复合运动支链中的转动杆11与第一主动杆4a和第二主动杆4b相连的转动副的轴线垂直于转动杆11和静平台10相连的转动副的轴线并与之共面；所述第一从动杆3a的一端通过转动副与第一主动杆4a相连，所述第一从动杆3a的另一端通过球铰2与动平台1相连，所述第一从动杆3a与第二从动杆3b相连的转动副布置在末端的球铰2附近；所述转动杆11上固连着第一电机支架6a和第二电机支架6b，第一电机支架6a上安装了第一电机及减速器5a，第二电机支架6b上安装了第二电机及减速器5b，第一电机及减速器5a和第二电机及减速器5b分别用于驱动第一主动杆4a和第二主动杆4b做旋转运动。

所述三个转动杆11在静平台上10呈中心对称布置，所述三条双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线两两相交、夹角均为60°并且处于同一平面内。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1不同在于，所述第一双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线与第二双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线相互垂直，所述第二双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线与第三双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线相互垂直，所述第一双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线与第三双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线相互平行。所述三条双驱动复合运动支链结构与实施例1相同，所述双驱动复合运动支链与动平台和静平台的连接方式与实施例1相同。

实施例3

如图4所示，本实施例与实施例1不同在于，所述三条双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线会交于一点。所述三条双驱动复合运动支链结构与实施例1相同，所述双驱动复合运动支链与动平台和静平台的连接方式与实施例1相同。

实施例4

如图5所示，本实施例与实施例1不同在于，所述双驱动复合运动支链包括转动杆11、第一套筒7a、第一推动杆8a、第二推动杆8b和第二套筒7b；所述的转动杆11、第一套筒7a、第一推动杆8a、第二推动杆8b和第二套筒7b依次相连形成一个封闭的平面五杆机构,转动杆11与第一套筒7a之间通过转动副相连，第一套筒7a和第一推动杆8a之间通过移动副相连，第一推动杆8a和第二推动杆8b之间通过转动副相连，第二推动杆8b和第二套筒7b之间通过移动副相连，第二套筒7b与转动杆11之间通过转动副相连，五杆机构中的转动副轴线相互平行；所述双驱动复合运动支链中的转动杆11和静平台10之间通过转动副相连；所述双驱动复合运动支链中的转动杆11与第一套筒7a和第二套筒7b相连的转动副的轴线垂直于转动杆11和静平台10相连的转动副的轴线并与之共面；所述第一推动杆8a的一端通过移动副与第一套筒7a相连，所述第一推动杆8a的另一端通过球铰2与动平台1相连，所述第一推动杆8a与第二推动杆8b相连的转动副布置在末端的球铰2附近；所述第一套筒7a和第二套筒7b上分别固连有第三电机及减速器9a和第四电机及减速器9b，第三电机及减速器9a和第四电机及减速器9b分别驱动第一推动杆8a和第二推动杆8b做直线移动。

所述的三条双驱动复合运动支链结构相同，所述的三个转动杆11在静平台上呈中心对称布置，所述三条双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线两两相交、夹角均为60°并且处于同一平面内，所述双驱动复合运动支链与动平台和静平台的连接方式与实施例1相同。

实施例5

如图6所示，本实施例与实施例4不同在于，所述第一双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线与第二双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线相互垂直，所述第二双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线与第三双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线相互垂直，所述第一双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线与第三双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线相互平行。

所述三条双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线处于同一平面内，所述三条双驱动复合运动支链结构与实施例4相同，所述双驱动复合运动支链与动平台和静平台的连接方式与实施例4相同。

实施例6

如图7所示，本实施例与实施例1不同在于，所述第一双驱动复合运动支链包括转动杆11、第一主动杆4a、第一从动杆3a、第一推动杆8a和第一套筒7a；所述的转动杆11、第一主动杆4a、第一从动杆3a、第一推动杆8a和第一套筒7a依次相连形成一个封闭的平面五杆机构,转动杆11与第一主动杆4a之间通过转动副相连，第一主动杆4a和第一从动杆3a之间通过转动副相连，第一从动杆3a和第一推动杆8a之间通过转动副相连，第一推动杆8a和第一套筒7a之间通过移动副相连，第一套筒7a与转动杆11之间通过转动副相连，五杆机构中的转动副轴线相互平行；所述双驱动复合运动支链中的转动杆11和静平台10之间通过转动副相连；所述双驱动复合运动支链中的转动杆11与第一主动杆4a和第一套筒7a相连的转动副的轴线垂直于转动杆11和静平台10相连的转动副的轴线并与之共面；所述第一从动杆3a的一端通过转动副与第一主动杆4a相连，所述第一从动杆3a的另一端通过球铰2与动平台1相连，所述第一从动杆3a与第一推动杆8a相连的转动副布置在末端的球铰2附近；所述转动杆11上固连着第一电机支架6a，第一电机支架6a上安装了第一电机及减速器5a，第一电机及减速器5a驱动第一主动杆4a做旋转运动；所述第一套筒7a上固连有第四电机及减速器9b，第四电机及减速器9b驱动第一推动杆8a做直线移动。

所述第二双驱动复合运动支链和第三双驱动复合运动支链与实施例1结构相同，所述的三个转动杆11在静平台上呈中心对称布置，所述三条双驱动复合运动支链与静平台10相连的转动副的轴线两两相交、夹角均为60°并且处于同一平面内，所述双驱动复合运动支链与动平台和静平台的连接方式与实施例1相同。

Claims (8)

1.一种六自由度并联机器人机构，包括静平台(10)、动平台(1)以及并联连接在静平台(10)和动平台(1)之间的三条双驱动复合运动支链；其特征在于，所述双驱动复合运动支链包括转动杆(11)以及分别通过转动副连接在转动杆(11)两端的第一驱动组件、第二驱动组件；所述转动杆(11)和静平台(10)之间通过转动副相连；所述第一驱动组件包括相连接并可相对运动的第一连接件、第二连接件；所述第二驱动组件包括相连接并可相对运动的第三连接件、第四连接件；所述第一连接件、第三连接件均通过转动副与转动杆(11)相连；所述第一连接件和第三连接件与转动杆(11)连接的转动副的轴线均垂直于转动杆(11)与静平台(10)相连的转动副的轴线并与之共面；

所述第四连接件通过转动副与第二连接件相连；且所述第一连接件和第三连接件与转动杆(11)连接的转动副的轴线均平行于第四连接件与第二连接件连接的转动副；所述转动杆(11)、第一连接件、第二连接件、第四连接件第一连接件依次相连形成一个封闭的平面五杆机构；所述第一驱动组件、第二驱动组件分别设有驱动机构，用于驱动第一驱动组件、第二驱动组件的运动；所述动平台(1)与第二连接件之间通过球铰(2)相连。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度并联机器人机构，其特征在于，所述第一连接件为第一主动杆(4a)、第二连接件为第一从动杆(3a)；所述第三连接件为第二主动杆(4b)、第四连接件为第二从动杆(3b)；所述第一从动杆(3a)与第一主动杆(4a)通过转动副连接；所述第二从动杆(3b)与第二主动杆(4b)通过转动副连接；所述第一从动杆(3a)与第一主动杆(4a)相连的转动副、第二从动杆(3b)与第二主动杆(4b)相连的转动副均平行于第二从动杆(3b)与第一从动杆(3a)相连的转动副；所述转动杆(11)两端分别设有驱动机构，用于驱动第一主动杆(4a)、第二主动杆(4b)的转动。

3.根据权利要求1所述的一种六自由度并联机器人机构，其特征在于，所述第一连接件为第一套筒(7a)、第二连接件为第一推动杆(8a)；第三连接件为第二套筒(7b)、第四连接件为第二推动杆(8b)；所述第一推动杆(8a)与第一套筒(7a)之间通过移动副相连；所述第二推动杆(8b)与第二套筒(7b)之间通过移动副相连。所述第一套筒(7a)和第二套筒(7b)的末端分别设有用于驱动第一推动杆(8a)和第二推动杆(8b)直线运动的驱动机构。

4.根据权利要求1所述的一种六自由度并联机器人机构，其特征在于，所述第一连接件为第一主动杆(4a)、第二连接件为第一从动杆(3a)；第三连接件为第一套筒(7a)、第四连接件为第一推动杆(8a)；所述第一从动杆(3a)与第一主动杆(4a)通过转动副连接；所述第一从动杆(3a)与第一主动杆(4a)相连的转动副平行于第一主动杆(4a)与转动杆(11)相连的转动副；所述第一推动杆(8a)与第一套筒(7a)之间通过移动副相连；所述转动杆(11)一端、第一套筒(7a)末端分别设有驱动第一主动杆(4a)转动和第一推动杆(8a)直线运动的驱动机构。

5.根据权利要求1所述的一种六自由度并联机器人机构，其特征在于，所述三条双驱动复合运动支链与静平台(10)相连的转动副的轴线不都相互平行。

6.根据权利要求2所述的一种六自由度并联机器人机构，其特征在于，用于驱动第一连接件和第二连接件转动的驱动机构为带有减速器的电机。

7.根据权利要求3所述的一种六自由度并联机器人机构，其特征在于，所述驱动机构为带有减速器的电机、气压系统或液压系统。

8.根据权利要求4所述的一种六自由度并联机器人机构，其特征在于，所述转动杆(11)一端设有带有减速器的电机，作为驱动第一主动杆(4a)转动的驱动机构；所述第一套筒(7a)末端设有带有减速器的电机、气压系统或液压系统，作为驱动第一推动杆(8a)直线运动的驱动机构。

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