CN114367962A - 一种可实现三或四自由度的高速并联机器人机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现三或四自由度的高速并联机器人机构，包括定平台、末端执行器以及布置在定平台周向彼此相隔120度均匀分布的三条支链以及中心万向轴支链。周向支链均包括转动叉、主动臂、从动臂和末端铰接杆。所述转动叉与定平台转动连接，主动臂一端与转动叉转动连接，另一端与从动臂的上端转动连接，所述从动臂下端与末端铰接杆的一端转动连接，所述三条末端铰接杆分层铰接于一点，并与末端执行器沿竖直方向转动连接。所述中心支链上端与电机输出轴固连，下端与末端执行器固连，通过电机旋转带动末端执行器实现整周回转，该机构可实现空间三平动以及三平动一转动两种运动模式，且结构紧凑，可实现整周回转，适用于复杂的抓放环境。

Description

一种可实现三或四自由度的高速并联机器人机构

技术领域

本发明涉及一种并联机器人机构，特别是一种空间三四自由度两用并联机器人机构。

背景技术

并联机构一般由定平台、动平台以及连接这两个平台的若干个分支构成。并联机构相比与传统的串联机构，具有刚度大、承载能力大、精度高、结构紧凑、运动负荷小等特点。

高速并联机器人机构可实现三维打印以及满足空间物体的搬运等操作，其中搬运是在自动化生产线上并联机构最常用的方式，主要概括为“拾取-放置”，现主要应用于现代物流，食品医药，精密仪器安装等需要快速精准搬运作业的领域。

传统的高速并联机构大多只有一种模式，例如应用最广泛的Delta并联机器人和Scara并联机器人，Delta并联机器人是一种三自由度高速并联机器人机构，该机构由定平台、动平台以及布置在固定架与动平台之间的三条结构相同的支链组成，该机构可以实现空间的三维平动。Scara并联机器人是一种四自由度高速并联机器人机构，该机构由定平台、动平台以及布置在定平台与动平台之间的四条结构相同的支链组成，该机构可以实现空间的三平动一转动，且转动能力有限。大部分并联机构要么是仅可实现三维平动运动，要么是三维平动加一维转动，无法将两种操作模式统一到一个机器人当中，并且可实现整周回转。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种既可以当作三维平动并联机器人机构，又可以切换至三平一转(整周回转)四自由度并联机器人机构，实现两种操作模式融于一台机器中，使结构更加紧凑、简洁，控制灵活，刚度高。

本发明的一种可实现三或四自由度的高速并联机器人机构，包括下平台和固定在下平台顶壁中间的上平台，所述的下平台和上平台组成定平台，三条周向支链围绕下平台的周向均匀分布，相互间隔为120°；

每条周向支链包括n形转动叉，所述的n形转动叉的腹板与下平台通过第一转动副转动连接；在每一个n形转动叉的一侧翼板上固定有第一驱动装置，所述的第一驱动装置与减速装置固定相连，所述的减速装置的输出轴与n形转动叉的两侧翼板转动相连，主动臂的上端与减速装置的输出轴固定相连，所述的主动臂的上端与转动叉之间形成第二转动副连接，所述的主动臂的下端与从动臂的上端通过第三转动副转动连接，所述从动臂的下端通过第四转动副与末端铰接杆的上端转动连接；

一个中心万向轴支链包括固定在上定平台中心处的第二驱动装置，刹车盘环套固定在所述的第二驱动装置沿竖直方向的输出轴上且第二驱动装置的输出轴与上万向节的上端固连相连，制动器固定在下平台的底壁上，所述刹车盘能够在制动器的凹槽内相对运动，伸缩杆固定端的上端与上万向节的下端固连，伸缩杆活动端的下端与下万向节的上端固连，所述伸缩杆活动端套在伸缩杆固定端的内部且两者通过移动副连接，使得伸缩杆活动端能沿着伸缩杆固定端相对运动；

末端执行器包括上端通过销轴与下万向节下端固连的末端转轴，所述的末端转轴下侧穿过套筒且下端部通过销轴与吸盘上端固连，所述的套筒与末端转轴之间转动连接；三条周向支链的末端铰接杆的下端通过第五转动副与套筒上下依次转动连接，三条末端铰接杆中，位于上部的末端铰接杆和位于下部的末端铰接杆采用弯折设计使得连接每条周向支链的从动臂与末端铰接杆的各个第四转动副的转动轴线始终在同一水平面上；所述第一转动副轴线与第五转动副轴线平行，且始终垂直于定平台，所述第二转动副轴线、第三转动副轴线与第四转动副轴线始终平行，且平行于定平台，并与第一转动副轴线和第五转动副轴线正交。

本发明的优点在于：

该机构具有三平动三自由度以及三平一转四自由度两种运动模式，使高速并联机构运动模式不再单一化，且能够实现末端的整周回转，有利于适应自动化生产线的多种需求。

附图说明

图1为本发明的一种可实现三或四自由度的高速并联机器人机构的结构示意图。

图2-1为本发明的末端执行器的结构示意图。

图2-2为本发明的末端执行器的爆炸示意图。

图3为本发明的中心万向轴支链示意图。

图4为本发明的末端铰接杆示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明：

如附图所示本发明的一种可实现三或四自由度的高速并联机器人机构，包括下平台2和固定在下平台2顶壁中间的上平台1，所述的下平台2和上平台1组成定平台，三条周向支链围绕下平台2的周向均匀分布，相互间隔为120°。

每条周向支链包括n形转动叉3，所述的n形转动叉3的腹板与下平台2通过第一转动副转动连接；在每一个n形转动叉3的一侧翼板上固定有第一驱动装置5，所述的第一驱动装置5与减速装置4固定相连，所述的减速装置4的输出轴与n形转动叉3的两侧翼板转动相连，主动臂6的上端与减速装置4的输出轴固定相连，所述的主动臂6的上端与转动叉3之间形成第二转动副连接。所述的主动臂6的下端与从动臂8的上端通过第三转动副(可以采用轴承7)转动连接，所述从动臂8的下端通过第四转动副与末端铰接杆9-1(9-2、9-3)的上端转动连接。

一个中心万向轴支链包括固定在上定平台1中心处的第二驱动装置15，刹车盘16环套固定在所述的第二驱动装置15沿竖直方向的输出轴上且第二驱动装置15的输出轴与上万向节18的上端固连相连。制动器17固定在下平台2的底壁上，所述刹车盘16能够在制动器17的凹槽内相对运动。伸缩杆固定端13的上端与上万向节18的下端固连，伸缩杆活动端12的下端与下万向节11的上端固连。所述伸缩杆活动端12套在伸缩杆固定端13的内部且两者通过移动副连接，使得伸缩杆活动端12能沿着伸缩杆固定端13相对运动。作为本发明的一种实施方式，所述的移动副的结构为在所述伸缩杆活动端12上端的侧壁上装有螺钉14，在所述的伸缩杆固定端13的外壁上沿伸缩杆固定端13的轴线方向开有滑槽，所述的螺钉14插入滑槽且能够沿滑槽移动，用来保证伸缩杆活动端12不相对于伸缩杆固定端13转动。

末端执行器10包括末端转轴10-1、套筒10-2、销轴10-3以及吸盘10-4。所述末端转轴10-1的上端通过销轴与下万向节11下端固连，所述的末端转轴10-1下侧穿过套筒10-2且下端通过销轴10-3与吸盘10-4上端固连，所述的套筒10-2与末端转轴10-1之间转动连接。

三条周向支链的末端铰接杆的下端通过第五转动副与套筒10-2上下依次转动连接。三条末端铰接杆中，位于上部的末端铰接杆9-1和位于下部的末端铰接杆9-3采用弯折设计使得连接每条周向支链的从动臂8与末端铰接杆的各个第四转动副的转动轴线始终在同一水平面上。在三条周向支链的作用下，末端执行器10已经能实现空间中的三维移动。

所述第一转动副轴线与第五转动副轴线平行，且始终垂直于定平台。所述第二转动副轴线、第三转动副轴线与第四转动副轴线始终平行，且平行于定平台，并与第一转动副轴线和第五转动副轴线正交。

在第二驱动装置15的带动下，中心万向轴支链带动末端转轴旋转，使吸盘能够实现竖直方向的整周回转。第一驱动装置5与第二驱动装置15采用电机即可。

该并联机构可实现空间三自由度平动以及三平一转四自由度两种运动模式，当需要三平动一转动模式时，定平台周向的第一驱动装置5与第二驱动装置15正常工作，制动器17得电抱闸松开，末端执行器10可实现整周回转以及三维平动；当需要三平动模式时，第二驱动装置15不再工作，第一驱动装置工作，制动器17失电抱闸抱紧刹车盘，使末端执行器15不再转动。该并联机构运动模式多样，可大幅度提高工作效率。

作为本发明的另一种实施方式，即将中心万向轴支链去掉，只保留周向的三条支链，这样该并联机构只有三个移动自由度，可适用于只要求三平动的场合。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种可实现三或四自由度的高速并联机器人机构，包括下平台和固定在下平台顶壁中间的上平台，所述的下平台和上平台组成定平台，三条周向支链围绕下平台的周向均匀分布，相互间隔为120°；其特征在于：

每条周向支链包括n形转动叉，所述的n形转动叉的腹板与下平台通过第一转动副转动连接；在每一个n形转动叉的一侧翼板上固定有第一驱动装置，所述的第一驱动装置与减速装置固定相连，所述的减速装置的输出轴与n形转动叉的两侧翼板转动相连，主动臂的上端与减速装置的输出轴固定相连，所述的主动臂的上端与转动叉之间形成第二转动副连接，所述的主动臂的下端与从动臂的上端通过第三转动副转动连接，所述从动臂的下端通过第四转动副与末端铰接杆的上端转动连接；

一个中心万向轴支链包括固定在上定平台中心处的第二驱动装置，刹车盘环套固定在所述的第二驱动装置沿竖直方向的输出轴上且第二驱动装置的输出轴与上万向节的上端固连相连，制动器固定在下平台的底壁上，所述刹车盘能够在制动器的凹槽内相对运动，伸缩杆固定端的上端与上万向节的下端固连，伸缩杆活动端的下端与下万向节的上端固连，所述伸缩杆活动端套在伸缩杆固定端的内部且两者通过移动副连接，使得伸缩杆活动端能沿着伸缩杆固定端相对运动；

末端执行器包括上端通过销轴与下万向节下端固连的末端转轴，所述的末端转轴下侧穿过套筒且下端部通过销轴与吸盘上端固连，所述的套筒与末端转轴之间转动连接；三条周向支链的末端铰接杆的下端通过第五转动副与套筒上下依次转动连接，三条末端铰接杆中，位于上部的末端铰接杆和位于下部的末端铰接杆采用弯折设计使得连接每条周向支链的从动臂与末端铰接杆的各个第四转动副的转动轴线始终在同一水平面上；所述第一转动副轴线与第五转动副轴线平行，且始终垂直于定平台，所述第二转动副轴线、第三转动副轴线与第四转动副轴线始终平行，且平行于定平台，并与第一转动副轴线和第五转动副轴线正交。

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