CN114905530A - 具有三维移动的五分支三自由工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有三维移动的五分支三自由工业机器人，包括底座、运动平台和以并联方式连接底座和运动平台的第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支和第五运动分支。五条运动分支中各有一个伺服电机驱动，其中第二运动分支和第四运动分支结构相同，第三运动分支和第五运动分支结构相同。五个运动分支除其伺服电机的相关安装位置不同以外，其他机构的组成及组成件间的连接形式均相同。工件或夹具安装在运动平台上，通过五条运动分支对应的伺服电机的驱动，实现运动平台的三维移动。本发明在现代工业领域需要三维移动的作业中有良好的应用前景。

Description

具有三维移动的五分支三自由工业机器人

技术领域

本发明属于工业机器人领域，特别是一种具有三维移动的五分支三自由工业机器人。

背景技术

早期的工业机器人通常采用串联结构，即以串联机构为其机构原形，该种工业机器人主要存在结构复杂、刚度低、惯性大等不足。为了克服这些不足，人们又把注意力转向以并联机构为原形的并联结构机器人，这种机器人通常由底座、运动平台和以并联方式连接两者的多条运动分支组成，其所有驱动电机都可以安装在底座上或底座附近，使它与串联结构的机器人相比具有一些独特的性能，如刚度大、对称性好、结构紧凑和动力学性能好等。

斯帝瓦特(Stewart)平台是最典型的六自由度并联机器人，这种机器人由运动平台、底座和连接两者的六条可伸缩运动分支组成，通过六个运动分支的伸缩运动使运动平台实现任意位置与姿态的六维空间运动，该种机器人亦即具有六个自由度。但是，现代生产中的许多实际操作并联机器人只需要具有部分自由度，这类并联机器人相对六自由度并联机器人称为少自由度并联机器人，如分别具有二、三、四和五自由度的并联机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有全新构型的具有三维移动的五分支三自由工业机器人，该机器人具有工作空间大、精度高和工艺性好的优点，可应用于工业锻造、汽车、电子、核工业、航空航天等现代工业领域。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有三维移动的五分支三自由工业机器人，包括底座、运动平台和以并联方式连接底座和运动平台的第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支和第五运动分支；所述第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支和第五运动分支各设置有一台伺服电机。

进一步地，所述第一运动分支包括第一伺服电机、第一转轴、第一U形摆块、第一十字轴、第一H形连杆、第二十字轴，所述第一U形摆块的上部通过第一转轴转动连于所述底座上，所述第一U形摆块的下部通过第一十字轴的第一轴转动连于所述第一十字轴，所述第一十字轴通过第一十字轴的第二轴转动连于所述第一H形连杆的一端，所述第一H形连杆的另一端通过第二十字轴的第一轴转动连于所述第二十字轴，所述第二十字轴通过第二十字轴的第二轴转动连于所述运动平台上；所述第一运动分支的第一伺服电机装在所述第一U形摆块的上部，所述第一伺服电机的输出轴与所述底座固连，且所述第一伺服电机的输出轴与所述第一转轴共轴线设置，所述第一转轴与所述第一十字轴的第二轴和第二十字轴的第一轴相互平行安装，所述第一转轴与所述第一十字轴的第一轴和第二十字轴的第二轴相互垂直安装。

进一步地，所述第二运动分支和第四运动分支均包括第二伺服电机、第二转轴、第二U形摆块、第三十字轴、第二H形连杆、第四十字轴，所述第二U形摆块的上部通过第二转轴转动连于所述底座上，所述第二U形摆块的下部通过第三十字轴的第一轴转动连于所述第三十字轴，所述第三十字轴通过第三十字轴的第二轴转动连于所述第二H形连杆的一端，所述第二H形连杆的另一端通过第四十字轴的第一轴转动连于所述第四十字轴，所述第四十字轴通过第四十字轴的第二轴转动连于所述运动平台上；所述第二运动分支和第四运动分支的第二伺服电机装在所述第二U形摆块的上部，所述第二伺服电机的输出轴与所述底座固连，且所述第二伺服电机的输出轴与所述第二转轴共轴线设置，所述第二转轴与所述第三十字轴的第一轴和第四十字轴的第二轴相互平行安装，所述第二转轴与所述第三十字轴的第二轴和第四十字轴的第一轴相互垂直安装。

进一步地，所述的第三运动分支和第五运动分支均包括第三伺服电机、第三转轴、第三U形摆块、第五十字轴、第三H形连杆、第六十字轴，所述第三U形摆块的上部通过第三转轴转动连于所述底座上，所述第三U形摆块的下部通过第五十字轴的第一轴转动连于所述第五十字轴，所述第五十字轴通过第五十字轴的第二轴转动连于所述第三H形连杆的一端，所述第三H形连杆的另一端通过第六十字轴的第一轴转动连于所述第六十字轴，所述第六十字轴通过第六十字轴的第二轴转动连于所述运动平台上；所述第三运动分支和第五运动分支的第二伺服电机装在所述第三U形摆块的上部，所述第三伺服电机的输出轴与所述底座固连，且所述第三伺服电机的输出轴与所述第三转动轴共轴线设置，所述第三转轴与所述第五十字轴的第二轴和第六十字轴的第一轴相互平行安装，所述第三转轴与所述第五十字轴的第一轴和第六十字轴的第二轴相互垂直安装。

进一步地，所述底座包括U型板以及位于U型板底部两侧的第一方形凸块和第二方形凸块，所述U型板的开口朝下，凸块远离U型板的一面记为前侧，前侧面上靠近U型板底部的一端记为上侧，U型板两个臂的末端面记为下侧；

所述第一运行分支布置在所述第一方形凸块的前侧，所述第二运动分支和第四运动分支分别布置在所述第一方形凸块和第二方形凸块的上侧，所述第三运动分支和第五运动分支分别布置在U型板两个臂所对应的下侧。

进一步地，所述第一运行分支的第一转轴与第二运动分支和第四运动分支的第二转轴相互平行安装，所述第一运行分支的第一转轴与第三运动分支和第五运动分支的第三转轴相互垂直安装。

进一步地，所述第一运行分支的第一十字轴的第一轴、第二十字轴的第二轴与第二运动分支和第四运动分支的第三十字轴的第一轴、第四十字轴的第二轴相互垂直安装，所述第一运行分支的第一十字轴的第二轴、第二十字轴的第一轴与第二运动分支和第四运动分支的第三十字轴的第二轴、第四十字轴的第一轴相互平行安装；所述第一运行分支的第一十字轴的第一轴、第二十字轴的第二轴与第三运动分支和第五运动分支的第五十字轴的第一轴、第六十字轴的第二轴相互平行安装，所述第一运行分支的第一十字轴的第二轴、第二十字轴的第一轴与第三运动分支和第五运动分支的第五十字轴的第二轴、第六十字轴的第一轴相互垂直安装。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)本发明具有三维移动的五分支三自由工业机器人运动特征明确，即三维移动。

(2)本发明采用并联构型，在底座和运动平台之间以并联方式设置第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支和第五运动分支，结构紧凑、精度高。

(3)本发明各分支具有相同结构，工艺性好且易于安装。

(4)本发明机构在现代工业领域需要三维移动的作业中有广泛的应用前景。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明示意图。

图2为本发明第一运动分支机构示意图。

图3为本发明第二运动分支机构示意图。

图4为本发明第三运动分支机构示意图。

附图标记说明：

底座1，第一运动分支2，第二运动分支3，第三运动分支4，运动平台5，第四运动分支6，第五运动分支7，第一转轴21，第一U形摆块22，第一十字轴的第一轴23，第一十字轴的第二轴24，第一H形连杆25，第二十字轴的第一轴26，第二十字轴的第二轴27，第二转轴31，第二U形摆块32，第三十字轴的第一轴33，第三十字轴的第二轴34，第二H形连杆35，第四十字轴的第一轴36，第四十字轴的第二轴37，第三转轴41，第三U形摆块42，第五十字轴的第一轴43，第五十字轴的第二轴44，第三H形连杆45，第六十字轴的第一轴46，第六十字轴的第二轴47。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

结合图1，本发明提供一种具有三维移动的五分支三自由工业机器人，包括底座1、运动平台5和以并联方式连接底座和运动平台的第一运动分支2、第二运动分支3、第三运动分支4、第四运动分支6和第五运动分支7。第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支和第五运动分支各设置有一台伺服电机。

结合图2，第一运动分支2包括第一伺服电机、第一转轴21、第一U形摆块22、第一十字轴23-24、第一H形连杆25、第二十字轴26-27，第一U形摆块22的上部通过第一转轴21转动连于底座1上，第一U形摆块22的下部通过第一十字轴的第一轴23转动连于第一十字轴，第一十字轴通过第一十字轴的第二轴24转动连于第一H形连杆25第一端，第一H形连杆25的第二端通过第二十字轴的第一轴26转动连于第二十字轴27，第二十字轴通过第二十字轴的第二轴27转动连于运动平台5上；第一运动分支2的第一伺服电机装在第一U形摆块22的上部，第一伺服电机的输出轴与底座1固连，且第一伺服电机的输出轴与第一转动轴21共轴线设置，第一转轴21与第一十字轴的第二轴24和第二十字轴的第一轴26相互平行安装，第一转轴21与第一十字轴的第一轴23和第二十字轴的第二轴27相互垂直安装。

结合图3，第二运动分支3和第四运动分支6均包括第二伺服电机、第二转轴31、第二U形摆块32、第三十字轴33-34、第二H形连杆35、第四十字轴36-37，第二U形摆块32的上部通过第二转轴31转动连于底座1上，第二U形摆块32的下部通过第三十字轴的第一轴33转动连于第三十字轴，第三十字轴通过第三十字轴的第二轴34转动连于第二H形连杆35第一端，第二H形连杆35的第二端通过第四十字轴的第一轴36转动连于第四十字轴，第四十字轴通过第四十字轴的第二轴37转动连于运动平台5上；第二运动分支3和第四运动分支6的第二伺服电机装在第二U形摆块32的上部，第二伺服电机的输出轴与底座1固连，且第二伺服电机的输出轴与第二转动轴31共轴线设置，第二转轴31与第三十字轴的第一轴33和第四十字轴的第二轴37相互平行安装，第二转轴31与第三十字轴的第二轴34和第四十字轴的第一轴36相互垂直安装。

结合图4，第三运动分支4和第五运动分支7均包括第三伺服电机、第三转轴41、第三U形摆块42、第五十字轴43-44、第三H形连杆45、第六十字轴46-47，第三U形摆块42的上部通过第三转轴41转动连于底座1上，第三U形摆块42的下部通过第五十字轴的第一轴43转动连于第五十字轴，第五十字轴通过第五十字轴的第二轴44转动连于第三H形连杆45第一端，第三H形连杆45的第二端通过第六十字轴的第一轴46转动连于第六十字轴，第六十字轴通过第六十字轴的第二轴47转动连于运动平台5上；第三运动分支4和第五运动分支7的第二伺服电机装在第三U形摆块42的上部，第三伺服电机的输出轴与底座1固连，且第三伺服电机的输出轴与第三转动轴41共轴线设置，第三转轴41与第五十字轴的第二轴44和第六十字轴的第一轴46相互平行安装，第三转轴41与第五十字轴的第一轴43和第六十字轴的第二轴47相互垂直安装。

进一步优选地，结合图1，所述底座1包括U型板以及位于U型板底部两侧的第一方形凸块和第二方形凸块，所述U型板的开口朝下，凸块远离U型板的一面记为前侧，前侧面上靠近U型板底部的一端记为上侧，U型板两个臂的末端面记为下侧；

所述第一运行分支2布置在所述第一方形凸块的前侧，所述第二运动分支3和第四运动分支6分别布置在所述第一方形凸块和第二方形凸块的上侧，所述第三运动分支4和第五运动分支7分别布置在U型板两个臂所对应的下侧。

进一步优选地，第一运行分支2的第一转轴21与第二运动分支3和第四运动分支4第二转轴31相互平行安装，第一运行分支2的第一转轴21与第三运动分支4和第五运动分支7第三转轴41相互垂直安装。

进一步优选地，第一运行分支2的第一十字轴的第一轴23、第二十字轴的第二轴27与第二运动分支3和第四运动分支6的第三十字轴的第一轴33、第四十字轴的第二轴37相互垂直安装，第一运行分支2的第一十字轴的第二轴24、第二十字轴的第一轴26与第二运动分支3和第四运动分支6的第三十字轴的第二轴34、第四十字轴的第一轴36相互平行安装；第一运行分支2的第一十字轴的第一轴21、第二十字轴的第二轴27与第三运动分支4和第五运动分支7的第五十字轴的第一轴43、第六十字轴的第二轴47相互平行安装，第一运行分支2的第一十字轴的第二轴24、第二十字轴的第一轴26与第三运动分支4和第五运动分支7的第五十字轴的第二轴44、第六十字轴的第一轴46相互垂直安装。

工件或夹具安装在运动平台5上，通过五条运动分支对应的伺服电机的驱动，可实现运动平台5的三维移动。在工作过程中，本发明的具有三维移动的五自由度工业机器人，通过在底座1和运动平台5之间以并联方式设置具有基本相同结构的第一运动分支2、第二运动分支3、第三运动分支4、第四运动分支6和第四运动分支7，并合理布置转动轴的安装方式，实现运动平台5的三维移动。运动平台上安装不同的末端执行器，可满足不同的作业要求，比如安装夹具可实现工件的翻转和移动，安装喷枪可进行喷涂作业，安装焊枪可实现焊接作业。该工业机器人结构简单、工作空间大、精度高，可应用于工业锻造、家具、汽车、电子、核工业、航空航天等现代工业领域。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有三维移动的五分支三自由工业机器人，其特征在于，包括底座、运动平台和以并联方式连接底座和运动平台的第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支和第五运动分支；所述第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支和第五运动分支各设置有一台伺服电机。

2.根据权利要求1所述的具有三维移动的五分支三自由工业机器人，其特征在于，所述第一运动分支包括第一伺服电机、第一转轴、第一U形摆块、第一十字轴、第一H形连杆、第二十字轴，所述第一U形摆块的上部通过第一转轴转动连于所述底座上，所述第一U形摆块的下部通过第一十字轴的第一轴转动连于所述第一十字轴，所述第一十字轴通过第一十字轴的第二轴转动连于所述第一H形连杆的一端，所述第一H形连杆的另一端通过第二十字轴的第一轴转动连于所述第二十字轴，所述第二十字轴通过第二十字轴的第二轴转动连于所述运动平台上；所述第一运动分支的第一伺服电机装在所述第一U形摆块的上部，所述第一伺服电机的输出轴与所述底座固连，且所述第一伺服电机的输出轴与所述第一转轴共轴线设置，所述第一转轴与所述第一十字轴的第二轴和第二十字轴的第一轴相互平行安装，所述第一转轴与所述第一十字轴的第一轴和第二十字轴的第二轴相互垂直安装。

3.根据权利要求1所述的具有三维移动的五分支三自由工业机器人，其特征在于，所述第二运动分支和第四运动分支均包括第二伺服电机、第二转轴、第二U形摆块、第三十字轴、第二H形连杆、第四十字轴，所述第二U形摆块的上部通过第二转轴转动连于所述底座上，所述第二U形摆块的下部通过第三十字轴的第一轴转动连于所述第三十字轴，所述第三十字轴通过第三十字轴的第二轴转动连于所述第二H形连杆的一端，所述第二H形连杆的另一端通过第四十字轴的第一轴转动连于所述第四十字轴，所述第四十字轴通过第四十字轴的第二轴转动连于所述运动平台上；所述第二运动分支和第四运动分支的第二伺服电机装在所述第二U形摆块的上部，所述第二伺服电机的输出轴与所述底座固连，且所述第二伺服电机的输出轴与所述第二转轴共轴线设置，所述第二转轴与所述第三十字轴的第一轴和第四十字轴的第二轴相互平行安装，所述第二转轴与所述第三十字轴的第二轴和第四十字轴的第一轴相互垂直安装。

4.根据权利要求1所述的具有三维移动的五分支三自由工业机器人，其特征在于，所述的第三运动分支和第五运动分支均包括第三伺服电机、第三转轴、第三U形摆块、第五十字轴、第三H形连杆、第六十字轴，所述第三U形摆块的上部通过第三转轴转动连于所述底座上，所述第三U形摆块的下部通过第五十字轴的第一轴转动连于所述第五十字轴，所述第五十字轴通过第五十字轴的第二轴转动连于所述第三H形连杆的一端，所述第三H形连杆的另一端通过第六十字轴的第一轴转动连于所述第六十字轴，所述第六十字轴通过第六十字轴的第二轴转动连于所述运动平台上；所述第三运动分支和第五运动分支的第二伺服电机装在所述第三U形摆块的上部，所述第三伺服电机的输出轴与所述底座固连，且所述第三伺服电机的输出轴与所述第三转动轴共轴线设置，所述第三转轴与所述第五十字轴的第二轴和第六十字轴的第一轴相互平行安装，所述第三转轴与所述第五十字轴的第一轴和第六十字轴的第二轴相互垂直安装。

5.根据权利要求1所述的具有三维移动的五分支三自由工业机器人，其特征在于，所述底座包括U型板以及位于U型板底部两侧的第一方形凸块和第二方形凸块，所述U型板的开口朝下，凸块远离U型板的一面记为前侧，前侧面上靠近U型板底部的一端记为上侧，U型板两个臂的末端面记为下侧；

所述第一运行分支布置在所述第一方形凸块的前侧，所述第二运动分支和第四运动分支分别布置在所述第一方形凸块和第二方形凸块的上侧，所述第三运动分支和第五运动分支分别布置在U型板两个臂所对应的下侧。

6.根据权利要求2至4任意一项所述的具有三维移动的五分支三自由工业机器人，其特征在于，所述第一运行分支的第一转轴与第二运动分支和第四运动分支的第二转轴相互平行安装，所述第一运行分支的第一转轴与第三运动分支和第五运动分支的第三转轴相互垂直安装。

7.根据权利要求6所述的具有三维移动的五分支三自由工业机器人，其特征在于，所述第一运行分支的第一十字轴的第一轴、第二十字轴的第二轴与第二运动分支和第四运动分支的第三十字轴的第一轴、第四十字轴的第二轴相互垂直安装，所述第一运行分支的第一十字轴的第二轴、第二十字轴的第一轴与第二运动分支和第四运动分支的第三十字轴的第二轴、第四十字轴的第一轴相互平行安装；所述第一运行分支的第一十字轴的第一轴、第二十字轴的第二轴与第三运动分支和第五运动分支的第五十字轴的第一轴、第六十字轴的第二轴相互平行安装，所述第一运行分支的第一十字轴的第二轴、第二十字轴的第一轴与第三运动分支和第五运动分支的第五十字轴的第二轴、第六十字轴的第一轴相互垂直安装。

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