CN111604885B - 一种含多轴转动支架的六自由度混联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含多轴转动支架的六自由度混联机器人，包括第一固定轴座、第一转动支架、第二固定轴座、第二转动支架、第一长度调节装置、第二长度调节装置、第三长度调节装置、第四长度调节装置、动平台、以及与动平台相连的定位头；第一转动支架、第二转动支架分别与第一固定轴座、第二固定轴座转动连接；前三个长度调节装置均均与第一转动支架转动连接；第四长度调节装置与第二转动支架转动连接；四个长度调节装置末端分别通过铰链与动平台连接。

Description

一种含多轴转动支架的六自由度混联机器人

技术领域

本发明属于混联机器人领域，特别是一种含多轴转动支架的六自由度混联机器人。

背景技术

以混联机构为主机构的机器人装备具有刚度比大，精度高，可重构能力强，动、静态性能优良等特点，在航空航天、汽车、轮船、电子、石油等行业具有广阔的应用前景，如这些领域中的大型结构件高效加工，复杂曲面构件高精度打磨，水下石油管道搅拌摩擦焊作业等。

专利GB2173472所公开的一类带定位头的空间混联机器人，包括三个可沿轴向伸长或缩短的主动调节装置，此类机器人由于与连接定位头的主动长度调节装置的铰链为三自由度铰链，且各长度调节装置分别通过一个二自由度铰链与机架连接，导致机构铰链数目和构件数目居多，结构复杂。专利CN102699899A所公开的一种过约束高刚度多坐标混联机器人，同样包括三个可沿轴向伸长或缩短的主动调节装置和一条从动调节装置；该机器人减少了机构中铰链自由度数目，但为过约束机构，对零部件的制造和安装有很严格的要求。此外，各长度调节装置分别通过一个二自由度铰链与机架连接，使得结构复杂、运动构件数量较多，而且机架制造工艺比较复杂。专利CN1212221C公开了一种四自由度混联机器人，由具有两自由度的并联机构和与之串联的二自由度转头组成。然而此机器人的并联部分仅能实现平面运动，需要串接在平动或转动自由度的机构上才能实现空间运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含多轴转动支架的六自由度混联机器人。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种含多轴转动支架的六自由度混联机器人，包括第一固定轴座、第一转动支架、第二固定轴座第二转动支架、第一长度调节装置、第二长度调节装置、第三长度调节装置，第四长度调节装置、动平台、定位头、驱动装置；

所述第一转动支架、第二转动支架分别与第一固定轴座、第二固定轴座转动连接；第一长度调节装置、第二长度调节装置第三长度调节装置均贯穿第一转动支架，且均与第一转动支架转动连接；所述第四长度调节装置贯穿第二转动支架，且与第二转动支架转动连接；所述第一长度调节装置、第二长度调节装置、第三长度调节装置、第四长度调节装置末端分别通过铰链与动平台连接；所述第二长度调节装置与动平台连接的铰链为一自由度铰链；所述第四长度调节装置与动平台连接的铰链为三自由度铰链，三自由度铰链的转动轴线不共线但相交于一点；所述定位头与动平台转动连接；所述驱动装置固连在动平台上，输出端与定位头连接，用于驱动定位头与动平台做相对转动；所述第一长度调节装置、第二长度调节装置、第三长度调节装置与第一转动支架的连接孔轴线相互平行，且均与第一转动支架两端的转轴轴线垂直相交；所述第四长度调节装置与第二转动支架的连接孔轴线，与第二转动支架两端的转轴轴线垂直相交。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

本发明的含多轴转动支架的六自由度混联机器人自由度简单紧凑，第一、第二和第三支链共用转动支架，使得第一、第二和第三长度调节装置两端均只需通过转动副分别与转动支架和动平台连接即可，可大幅度减少铰链的数量，降低制造成本。

附图说明

图1为本发明实施例1中机器人的正向结构示意图。

图2为本发明实施例1中机器人的后向结构示意图。

图3为实施例1中第一转动支架结构示意图。

图4为实施例1中第二转动支架的结构示意图。

图5为本发明实施例1中动平台的结构示意图。

图6为实施例1中长度调节装置的结构示意图。

图7为图6中A-A剖视图。

图8为本发明实施例2中机器人的结构示意图。

图9为本发明实施例2中第一转动支架的结构示意图。

图10为本发明实施例2中动平台的结构示意图。

图11本发明实施例3中机器人的结构示意图。

图12为本发明实施例4的结构示意图。

图13为本发明实施例5的结构示意图。

图14为本发明实施例6的结构示意图。

图中编号所代表的含义为：

21、竖直机架，22、支撑板，31、竖直机身，32、龙门机身，81、水平放置的长行程导轨，82、水平方向滑动长行程轨道，83、前后方向的长行程轨道， 5、动平台，6、定位头，7、驱动装置，11、第一固定轴座，41、第二固定轴座

13、第一长度调节装置，23、第二长度调节装置，33、第三长度调节装置，43、第四长度调节装置，131、伺服电机，132、外管，133、伸缩杆，134、第三销轴，135、导向键，136、键槽，137、螺母，138、丝杠

14、第一铰链，24、第二铰链，34、第三铰链，44、第四铰链，51、第一铰链耳座对，52、第二铰链耳座对，53、第三铰链耳座对

12、第一转动支架，121、第一中心孔，122、第二侧孔，123、第三侧孔，126/127/128、第三销轴孔，124/125、第一销轴，axis12、第一纵轴，axis121、第一横轴，axis122、第二横轴，axis123、第三横轴，plan121、第一中心孔中心对称面，plan122、第二侧孔中心对称面，plan123、第三侧孔中心对称面

42、第二转动支架，421、第二中心孔，422、第二销轴，axis42、第二纵轴，axis421、第四横轴，423、第三销轴孔

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

结合图1、图2，一种含多轴转动支架的六自由度混联机器人机构，包括第一固定轴座11、第一转动支架12、第二固定轴座41、第二转动支架42、第一长度调节装置13、第二长度调节装置23、第三长度调节装置33，第四长度调节装置43、动平台5、定位头6、驱动装置7。

所述第一转动支架12两端各通过一自由度铰链旋转地连接在第一固定轴座11；所述第二转动支架42两端各通过一自由度铰链旋转地连接在第二固定轴座41；第二长度调节装置23一端贯穿第一转动支架12中心的第一中心孔121，并通过设置在第二长度调节装置23上的第三销轴234与第一转动支架12转动连接，末端通过第二铰链42与动平台5连接；所述第一长度调节装置13、第三长度调节装置33对称地分布在第二长度调节装置23两侧，第一长度调节装置13、第三长度调节装置33分别贯穿第一转动支架两侧的侧孔122、侧孔123。所述第一长度调节装置13、第三长度调节装置33通过其上设置有的第三销轴134、第三销轴334与第一转动支架12转动连接，末端分别通过第一铰链14、第三铰链34与动平台5连接；所述第四长度调节装置43贯穿第二转动支架 42中心的第二中心孔421，并通过设置在其上的第三销轴434与第二转动支架42转动连接，末端通过第四铰链44与动平台5连接。所述驱动装置7(如旋转电机)固连在动平台5上，其输出端与定位头6连接，定位头6与动平台5转动连接，驱动装置驱动定位头6与动平台5做相对转动。

结合图3、图4、图5。所述第一转动支架12中间有可让第二长度调节装置 23贯穿通过的第一中心孔121，所述第一中心孔121上设有与第二长度调节装置23转动连接的第三销轴孔127；所述第一转动支架12两侧对称地分布有可让第一长度调节装置13、第三长度调节装置33贯穿通过的侧孔122、侧孔123；所述侧孔122、侧孔123 上分别设有与第一长度调节装置13、第三长度调节装置33转动连接的第三销轴孔126、第三销轴孔128。

所述第一转动支架12两端设有与第一固定轴座11旋转连接的第一销轴124、第一销轴125。所述第一销轴124和第一销轴125同轴，轴线为第一纵轴axis12，所述第一中心孔121、第二侧孔122、第三侧孔123上的第三销轴孔126、第三销轴孔127、第三销轴孔128的轴线分别为第一横轴axis121、第二横轴axis122、第三横轴axis123，且所述第一横轴axis121、第二横轴axis122、第三横轴axis123相互平行，第一横轴axis122、第二横轴axis12、第三横轴axis123均与第一纵轴axis12垂直相交。

所述第二转动支架42中间设有可让第四长度调节装置43贯穿通过的第二中心孔421，所述第二中心孔421上设有与第四长度调节装置43转动连接的第三销轴孔423；所述第二转动支架42两端设有与第二固定轴座41旋转连接的第二销轴422。所述第二销轴422所在轴线为第二纵轴axis42，所述第二中心孔421上的上的第三销轴孔129所在轴线为第四横轴axis421。所述第四横轴axis421与第二纵轴axis42垂直相交。

所述第一铰链14、第二铰链24、第三铰链34均为一自由度铰链，所述第四铰链44为具有三个转动自由度铰链，且三个自由度的转动轴线不共线但相交于一点。所述第一铰链14所在轴线、第二铰链24所在轴线、第三铰链34所在轴线、以及所述第一横轴 axis121所在轴线、第二横轴axis122所在轴线、第三横轴axis123所在轴线共六条轴线相互平行；

所述动平台5上设有第一铰链14、第二铰链24、第三铰链34连接的第一铰链耳座对51、第二铰链耳座对52、第三铰链耳座对53；第一中心孔121、第二侧孔122、第三侧孔123 对称面位于同一平面上，三个铰链耳座两端对应位置的安装孔位于同一高度上。

结合图6、图7。所述第一长度调节装置13、第二长度调节装置23、第三长度调节装置33、第四长度调节装置43结构相同。所述第一长度调节装置13包括有伺服电机131、外管132和伸缩杆133。所述伺服电机131连接在外管132一端，所述伸缩杆 133一端伸入外管132。所述外管132外周面上设置有与第一转动支架12、第二转动支架42旋转连接的第三销轴134，所述伸缩杆133外壁沿轴向设置有键槽136，外管132 内围固定有导向键135，导向键嵌入键槽136构成滑动副，伸缩杆133伸入外管132的一端固连有螺母137，所述伺服电机131驱动端连接有丝杆138，螺母137和丝杆138 构成螺旋移动副，使得伸缩杆133相对外管132可前后滑动。所述伸缩杆133、伸缩杆233、伸缩杆333、伸缩杆433的另一端分别连接有第一铰链14、第二铰链24、第三铰链、34、第四铰链44。

实施例2：

结合图8、图9、图10，实施2与实施例1的区别在于：实施例2中第一转动支架12、动平台5结构改变。

所述第一转动支架12的第二侧孔122、第三侧孔123对称地分布于第一中心孔121的两侧，且第二侧孔中心对称面plane122和第三侧孔中心对称面plane123为同一个面。第一中心孔中心对称面plane121偏离第二/第三侧孔中心对称面plane122/plane123距离为a。

所述动平台5上的第二铰链耳座对52与第一铰链耳座对51/第三铰链耳座对53上对应安装孔偏离的距离为a。

所述第一长度调节装置13、第三长度调节装置33的运动平面为同一个平面。所述第二长度调节装置23所在运动平面与第三长度调节装置33所在运动平面相互平行。

实施例3：

结合图11，实施例3与实施例1的区别在于：

实施例3中第一铰链14、第三铰链34均替换为具有两个或三个转动自由度的的多自由度铰链，且该铰链的两个或三个转动自由度的转动轴线不共线但交于一点。

实施例4：

结合图12，在实施例1的基础上，所述第一固定轴座11、第二固定轴座41固定在竖直机架21上，竖直机架21底部设有水平放置的长行程导轨81，可搭建如图4 所示的制造单元。

实施例5：

结合图13，在实施例1的基础上，所述第一固定轴座11、第二固定轴座41固定在支撑板22上；所述支撑板22和竖直机身31通过丝杠螺母连接，可在竖直方向做相对平移运动；所述竖直机身31通过滑块与水平方向滑动长行程轨道82配合，可搭建如图5所示的制造单元。

实施例6：

结合图14，在实施例1的基础上，所述第一固定轴座11、第二固定轴座41固定在水平支架上；所述水平支架置于龙门机身32上，龙门机身32上设有的水平滑动的滑轨上，水平支架通过滑块与滑轨配合，可相对于龙门机身32做左右方向的平移运动；所述龙门机身32置于前后方向长轨道83上，可搭建如图6所示的制造单元。

实施例7

在实施例1的基础上，所述第一长度调节装置13、第二长度调节装置23、第三长度调节装置33和第四长度调节装置43还可以采用液压或气压驱动结构代替伺服电机。

Claims (9)

1.一种含多轴转动支架的六自由度混联机器人，包括第一固定轴座(11)、第一转动支架(12)、第二固定轴座(41)、第二转动支架(42)、第一长度调节装置(13)、第二长度调节装置(23)、第三长度调节装置(33)，第四长度调节装置(43)、动平台(5)、定位头(6)；其特征在于，

所述第一转动支架(12) 的两端分别与一个第一固定轴座(11) 转动连接，第二转动支架(42)与第二固定轴座(41)转动连接；第一长度调节装置(13)、第二长度调节装置(23)、第三长度调节装置(33)均贯穿第一转动支架(12)，且均与第一转动支架(12)转动连接；所述第四长度调节装置(43)贯穿第二转动支架(42)，且与第二转动支架(42)转动连接；所述第一长度调节装置(13)、第二长度调节装置(23)、第三长度调节装置(33)、第四长度调节装置(43)末端分别通过第一铰链(14)、第二铰链（24）、第三铰链(34)、第四铰链(44)与动平台(5)连接；所述第二铰链（24）为一自由度铰链；所述第四铰链(44)为三自由度铰链，所述三自由度铰链的三条转动轴线不共线但相交于一点；连接第一转动支架(12)与第一固定轴座(11) 的转动轴线与连接所述第一长度调节装置(13)和第一转动支架(12)的转动轴线垂直相交，连接第二转动支架(42)与第二固定轴座(41)的转动轴线与连接所述第四长度调节装置(43)与第二转动支架(42)的转动轴线垂直相交；

连接所述第一长度调节装置(13)和第一转动支架(12)的转动轴线、连接所述第二长度调节装置(23)和第一转动支架(12)的转动轴线、连接所述第三长度调节装置(33)和第一转动支架(12)的转动轴线、以及连接所述第二长度调节装置(23)和动平台(5)的转动轴线共四条轴线相互平行；

所述第一长度调节装置(13)、第二长度调节装置(23)、第三长度调节装置(33)、第四长度调节装置(43)结构相同；所述第一长度调节装置(13)、第二长度调节装置(23)、第三长度调节装置(33)、第四长度调节装置(43)均包括伺服电机、外管和伸缩杆，所述伺服电机连接在外管一端，所述伸缩杆一端伸入外管；所述外管外周面上设置有销轴，所述伸缩杆外壁沿轴向设置有键槽，外管内围固定有导向键，导向键嵌入键槽构成滑动副，伸缩杆伸入外管的一端固连有螺母，所述伺服电机驱动端连接有丝杆，螺母和丝杆构成螺旋移动副，所述销轴与第一转动支架或第二转动支架旋转连接。

2.根据权利要求1所述的六自由度混联机器人，其特征在于，所述第一铰链(14)、第三铰链(34)均为一自由度铰链，且第一铰链(14) 的转动轴线、第三铰链(34)的转动轴线、所述第二铰链的转动轴线相互平行。

3.根据权利要求1所述的六自由度混联机器人，其特征在于，所述第一铰链(14)、第三铰链(34)均为转动轴线不共线但相交于一点的两自由度铰链，所述两自由度铰链的其中一个转动轴线与所述第二铰链的转动轴线相互平行。

4.根据权利要求1所述的六自由度混联机器人，其特征在于，所述第一铰链(14)、第三铰链(34)均为转动轴线不共线但相交于一点的三自由度铰链。

5.根据权利要求2所述的六自由度混联机器人，其特征在于，所述第一转动支架（12）的中间设有让第二长度调节装置（23）贯穿通过的第一中心孔（121），所述第一转动支架（12）上还设置有让第一长度调节装置（13）贯穿通过的第二侧孔（122）和让第三长度调节装置（33）贯穿通过的第三侧孔（123），所述第二侧孔（122）、第三侧孔（123）对称地分布于第一中心孔（121 ）的两侧，所述第一中心孔（121）、第二侧孔（122）、第三侧孔（123）的对称面位于同一平面上。

6.根据权利要求2所述的六自由度混联机器人，其特征在于，所述第一转动支架（12）的中间设有让第二长度调节装置（23）贯穿通过的第一中心孔（121），所述第一转动支架（12）上还设置有让第一长度调节装置（13）贯穿通过的第二侧孔（122）和让第三长度调节装置（33）贯穿通过的第三侧孔（123），所述第二侧孔（122）、第三侧孔（123）对称地分布于第一中心孔（121 ）的两侧，所述第二侧孔（122）的中心对称面和第三侧孔（123）的中心对称面为同一个面，第一中心孔（121）的中心对称面偏离第二侧孔（122）或第三侧孔（123）的中心对称面。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的六自由度混联机器人，其特征在于，两个所述第一固定轴座(11)、第二固定轴座(41)均固定在竖直机架(21)上，竖直机架(21)底部设有导轨。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的六自由度混联机器人，其特征在于，两个所述第一固定轴座(11)、第二固定轴座(41)均固定在水平支架上；所述水平支架通过水平方向上的主动移动副与龙门机身(32)相连，所述龙门机身(32)设置在前后方向的长行程轨道(83)上。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的六自由度混联机器人，其特征在于，两个所述第一固定轴座(11)、第二固定轴座(41)均固定在支撑板(22)上；所述支撑板(22)和竖直机身(31)通过主动移动副连接，使得支撑板(22)在竖直方向做相对平移运动；所述竖直机身(31)通过主动移动副与水平方向滑动长行程轨道(82)配合。

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