CN113910204A - 一种三自由度复合并联机器人及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种三自由度复合并联机器人及其工作方法。本三自由度复合并联机器人包括：定平台；横向移动平台，滑动安装在定平台上；动平台，通过动平台驱动机构安装在横向移动平台上；以及横向驱动机构；其中所述横向驱动机构用于驱动横向移动平台沿X向移动；所述动平台驱动机构用于驱动动平台沿Y向和Z向移动。本发明的有益效果是，本发明的三自由度复合并联机器人通过在定平台上滑动安装横向移动平台，可通过横向驱动机构驱动横向移动平台沿X向移动，通过动平台驱动机构将动平台安装在横向移动平台上，且可以驱动动平台沿Y向和Z向移动，实现动平台的三自由度移动，便于对物体进行平移搬运。
Description
技术领域
本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种三自由度复合并联机器人及其工作方法。
背景技术
随着智能制造工程的提出和中国工业自动化的发展促使机器人装备的各种需求不断升级，我国对于并联机器人的研究起步较晚，国产的并联机器人市场占有率较低，一些零部件(比如减速器、伺服电机等)仍然需要进口；同时，并联机器人高速运动时的机械损耗和振动导致其寿命缩短，运行维护比较困难，以及其高昂的价格，国内还没有完全普及。
在工业制造中，常需要对物体进行搬运，因此，需要一种便于对物体进行平移搬运的并联机器人。
发明内容
本发明的目的是提供一种三自由度复合并联机器人及其工作方法，以便于对物体进行平移搬运。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三自由度复合并联机器人，包括：定平台；横向移动平台，滑动安装在定平台上；动平台，通过动平台驱动机构安装在横向移动平台上；以及横向驱动机构；其中所述横向驱动机构用于驱动横向移动平台沿X向移动；所述动平台驱动机构用于驱动动平台沿Y向和Z向移动。
进一步的，所述定平台包括：两条相对设置的滑轨，用于安装横向移动平台；若干滑轨固定支架，用于将滑轨固定。
进一步的，所述横向移动平台包括：两个滑块底座，分别安装在两个滑轨上；光轴，其两端分别安装在相应滑块底座上；第一丝杆，其两端分别安装在相应滑块底座上；以及所述动平台通过动平台驱动机构安装在光轴和第一丝杆上。
进一步的，所述光轴和第一丝杆的端部分别通过，光轴安装座和丝杠轴承座安装在滑块底座上。
进一步的，所述横向移动平台还包括：线槽，其两端分别安装在相应滑块底座上；电机驱动器箱，安装在一侧滑块底座上；控制柜，固定在线槽外侧。
进一步的，所述横向驱动机构包括：第二丝杆，与滑轨平行布置；第三驱动器，安装在一滑块底座上，且与第二丝杆配合。
进一步的，所述第三驱动器通过托架固定在滑块底座上；所述托架上设置有第五限位开关。
进一步的，所述动平台驱动机构包括：第一驱动器、第二驱动器，和分别固定第一驱动器、第二驱动器的第一驱动器固定座和第二驱动器固定座；四根主动臂，两根为一组，两组分别安装在第一驱动器固定座和第二驱动器固定座上；所述动平台安装在主动臂下端；所述第一驱动器固定座和第二驱动器固定座均套设在光轴上，且第一驱动器和第二驱动器均与第一丝杆配合。
进一步的，所述第一驱动器上安装有两个限位开关；所述第二驱动器上安装有两个限位开关。
进一步的，四个限位开关分别通过限位开关底座与第一驱动器或第二驱动器连接。
有一方面，本发明还提供了一种如上所述的三自由度复合并联机器人的工作方法，包括：所述横向驱动机构驱动横向移动平台沿X向移动；所述动平台驱动机构驱动动平台沿Y向和Z向移动。
本发明的有益效果是，本发明的三自由度复合并联机器人通过在定平台上滑动安装横向移动平台，可通过横向驱动机构驱动横向移动平台沿X向移动，通过动平台驱动机构将动平台安装在横向移动平台上，且可以驱动动平台沿Y向和Z向移动，实现动平台的三自由度移动，便于对物体进行平移搬运。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
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为本发明提供的三自由度复合并联机器人立体示意图；
图2为本发明提供的三自由度复合并联机器人俯视图；
图3为本发明提供的三自由度复合并联机器人正视图；
图4为本发明提供的三自由度复合并联机器人中单侧定平台示意图；
图5为本发明提供的三自由度复合并联机器人中单侧滑块底座示意图；
图6为本发明提供的三自由度复合并联机器人中动平台驱动机构示意图；
图7为本发明提供的三自由度复合并联机器人中动平台示意图；
图8为本发明提供的三自由度复合并联机器人中横向驱动机构示意图。
图中：
定平台1、滑轨1-1、滑轨固定支架1-2、滑块底座2、光轴3、光轴安装座4、轴承5、第一丝杆6、第二丝杆7、丝杠轴承座8、第一驱动器9、第二驱动器10、第三驱动器11、第一驱动器固定座12、第二驱动器固定座13、托架14、主动臂15、限位开关组16、第一限位开关16-1、第二限位开关16-2、第三限位开关16-3、第四限位开关16-4、第五限位开关17、限位开关底座18、线槽19、电线插座支架20、电机驱动器箱21、控制柜22、动平台23。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
如图1所示，本实施例提供了一种一种三自由度复合并联机器人，包括：定平台1；横向移动平台，滑动安装在定平台上；动平台23，通过动平台驱动机构安装在横向移动平台上；以及横向驱动机构；其中所述横向驱动机构用于驱动横向移动平台沿X向移动；所述动平台驱动机构用于驱动动平台23沿Y向和Z向移动。
在本实施例中，通过在定平台1上滑动安装横向移动平台，可通过横向驱动机构驱动横向移动平台沿X向移动，通过动平台驱动机构将动平台23安装在横向移动平台上，且可以驱动动平台23沿Y向和Z向移动，实现动平台23的三自由度移动，便于对物体进行平移搬运。
如图3所示，作为定平台1的一种可选实施方式，所述定平台1包括：两条相对设置的滑轨1-1，用于安装横向移动平台；若干滑轨固定支架1-2，用于将滑轨1-1固定。
在本实施方式中，滑轨1-1和滑轨固定支架1-2，均可以采用标准件；通过滑轨固定支架1-2可以将滑轨1-1固定在墙壁上。
如图1和图2所示，在本实施例中，作为横向移动平台的一种可选实施方式，所述横向移动平台包括：两个滑块底座2，分别安装在两个滑轨1-1上；光轴3，其两端分别安装在相应滑块底座2上；第一丝杆6，其两端分别安装在相应滑块底座2上；以及所述动平台23通过动平台驱动机构安装在光轴3和第一丝杆6上。
如图5所示，所述光轴3和第一丝杆6的端部分别通过，光轴安装座4和丝杠轴承座8安装在滑块底座2上。
如图2所示，所述横向移动平台还包括：线槽19，其两端分别安装在相应滑块底座2上；电机驱动器箱21，安装在一侧滑块底座2上；控制柜22，固定在线槽19外侧；电线插座支架20，可以安装在滑块底座2内壁上。
如图2和图8所示，可选的，所述横向驱动机构包括：第二丝杆7，与滑轨1-1平行布置；第三驱动器11，安装在一滑块底座2上，且与第二丝杆7配合。
作为一种可选的安装方式，所述第三驱动器11通过托架14固定在滑块底座2上；所述托架14上设置有第五限位开关17，可以防止第三驱动器11与轨道末端固定件相撞。
如图1、图2、图3和图6所示，在本实施例中，作为动平台驱动机构的一种优选实施方式，所述动平台驱动机构包括：第一驱动器9、第二驱动器10，和分别固定第一驱动器9、第二驱动器10的第一驱动器固定座12和第二驱动器固定座13；四根主动臂15，两根为一组，两组分别安装在第一驱动器固定座12和第二驱动器固定座13上；所述动平台23安装在主动臂15下端；所述第一驱动器固定座12和第二驱动器固定座13均套设在光轴3上，且第一驱动器9和第二驱动器10均与第一丝杆6配合。
如图1和图3所示，主动臂15与驱动器固定座组成三角形，限制了末端动平台23产生旋转运动。
在本实施例中，优选的，所述第一驱动器9上安装有两个限位开关；所述第二驱动器10上安装有两个限位开关；四个限位开关可以分别为图6中的第一限位开关16-1、第二限位开关16-2、第三限位开关16-3、第四限位开关16-4。
在本实施例中，可选的，四个限位开关分别通过限位开关底座18与第一驱动器9或第二驱动器10连接。
在本实施例中，可选的，第二限位开关16-2、第三限位开关16-3可以防止第一驱动器9和第二驱动器10相撞，第一限位开关16-1和第四限位开关16-4可以分别防止第一驱动器9与轨道相撞、第二驱动器10与轨道相撞。
在本实施例中，驱动器可以86贯穿式步进电机；线槽19、电线插座支架20、电机驱动器箱21、控制柜22、托架14可以但不限于是不锈钢折弯件；第一驱动器固定座12、第二驱动器固定座13和主动臂15均可以采用轻质铝合金材料制成。
在上述实施方式的基础上，本实施例还提供了一种如上所述的三自由度复合并联机器人的工作方法，包括：所述横向驱动机构驱动横向移动平台沿X向移动；所述动平台驱动机构驱动动平台23沿Y向和Z向移动。
在一种可选的应用场景中：
在初始状态下，动平台23处于非工作区域，当工作人员需要抓取物体并移动到指定位置，通电之前检查电机开关是否断开检查动平台23是否抬起是否平移时会与其他设备发生碰撞，如果会发生碰撞给第一驱动器9和第二驱动器10通电，操作两者相互远离，使主动臂15张开角度，动平台23沿Z向移动，可以使最大垂向距离最小，限位开关确保电机不会和两侧定平台1发生碰撞，其目的为了能通过狭小的工作区域，防止主动臂15和动平台23与其他设备发生碰撞。
然后操作第三驱动器11，使动平台23沿X向移动，同时可同步操作第一驱动器9和第二驱动器10，让动平台23平面移动至需要抓取物体的上方附近，操作第一驱动器9和第二驱动器10相互靠近，放下机械手至靠近物体，限位开关保证电机不会相撞，然后同步调节第一驱动器9和第二驱动器10控制动平台23沿Y向移动，调节第三驱动器11控制动平台23沿X向移动，然后到达能够抓取物体的恰当位置并抓住物体。
移动至指定位置需要操作第一驱动器9和第二驱动器10相互远离，使动平台23抬高至不会与其他设备发生碰撞，然后同步操作第一驱动器9和第二驱动器10使物体做Y向移动，操作第三驱动器11使物体做X向移动待物体到达指定位置上方附近操作第一驱动器9和第二驱动器10相互靠近将物体放下，可操作第三驱动器11和同步操作第一驱动器9和第二驱动器10进行微动调整到精准位置。放下物体后，可继续重复上述动作进行移动物体。
工作完成后，需要操作第一驱动器9和第二驱动器10相互远离使之主动臂15张开角度最大垂向距离最小，然后同步操作第一驱动器9和第二驱动器10进行X向移动，操作第三驱动器11进行Y向移动将整个动平台驱动机构放置于安全区域。
综上所述，本发明提供的三自由度复合并联机器人具有如下有益效果：
(1)采用复合并联结构，通过丝杠上两个贯穿式步进电机带动光轴上主动臂固定支架使并联机械人的末端执行机构在平面上做X向移动，并且改变两个电机相对距离来改变三角形一边的长度从而实现其执行机构Z向移动，能够抓取远处物体且拥有较好的通过性。
(2)采用步进电机直接驱动的方式，减去了从动臂，既提高其承载能力又提高运动精度。
(3)单独利用一个电机实现Y向移动，降低整体机械结构的复杂程度，既降低了成本又减小其控制难度。
本申请中选用的各个器件(未说明具体结构的部件)均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等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，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。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种三自由度复合并联机器人，其特征在于，包括：
定平台(1)；
横向移动平台，滑动安装在定平台上；
动平台(23)，通过动平台驱动机构安装在横向移动平台上；以及
横向驱动机构；其中
所述横向驱动机构用于驱动横向移动平台沿X向移动；
所述动平台驱动机构用于驱动动平台(23)沿Y向和Z向移动。
2.根据权利要求1所述的三自由度复合并联机器人，其特征在于，
所述定平台(1)包括：
两条相对设置的滑轨(1-1)，用于安装横向移动平台；
若干滑轨固定支架(1-2)，用于将滑轨(1-1)固定。
3.根据权利要求2所述的三自由度复合并联机器人，其特征在于，
所述横向移动平台包括：
两个滑块底座(2)，分别安装在两个滑轨(1-1)上；
光轴(3)，其两端分别安装在相应滑块底座(2)上；
第一丝杆(6)，其两端分别安装在相应滑块底座(2)上；以及
所述动平台(23)通过动平台驱动机构安装在光轴(3)和第一丝杆(6)上。
4.根据权利要求3所述的三自由度复合并联机器人，其特征在于，
所述光轴(3)和第一丝杆(6)的端部分别通过，光轴安装座(4)和丝杠轴承座(8)安装在滑块底座(2)上。
5.根据权利要求3所述的三自由度复合并联机器人，其特征在于，
所述横向移动平台还包括：
线槽(19)，其两端分别安装在相应滑块底座(2)上；
电机驱动器箱(21)，安装在一侧滑块底座(2)上；
控制柜(22)，固定在线槽(19)外侧。
6.根据权利要求3所述的三自由度复合并联机器人，其特征在于，
所述横向驱动机构包括：
第二丝杆(7)，与滑轨(1-1)平行布置；
第三驱动器(11)，安装在一滑块底座(2)上，且与第二丝杆(7)配合。
7.根据权利要求6所述的三自由度复合并联机器人，其特征在于，
所述第三驱动器(11)通过托架(14)固定在滑块底座(2)上；
所述托架(14)上设置有第五限位开关(17)。
8.根据权利要求3所述的三自由度复合并联机器人，其特征在于，
所述动平台驱动机构包括：
第一驱动器(9)、第二驱动器(10)，和分别固定第一驱动器(9)、第二驱动器(10)的第一驱动器固定座(12)和第二驱动器固定座(13)；
四根主动臂(15)，两根为一组，两组分别安装在第一驱动器固定座(12)和第二驱动器固定座(13)上；
所述动平台(23)安装在主动臂(15)下端；
所述第一驱动器固定座(12)和第二驱动器固定座(13)均套设在光轴(3)上，且第一驱动器(9)和第二驱动器(10)均与第一丝杆(6)配合。
9.根据权利要求8所述的三自由度复合并联机器人，其特征在于，
所述第一驱动器(9)上安装有两个限位开关；
所述第二驱动器(10)上安装有两个限位开关；
四个限位开关分别通过限位开关底座(18)与第一驱动器(9)或第二驱动器(10)连接。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的三自由度复合并联机器人的工作方法，其特征在于，包括：
所述横向驱动机构驱动横向移动平台沿X向移动；
所述动平台驱动机构驱动动平台(23)沿Y向和Z向移动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220111 |