CN1903521A - 一种二维平动两自由度平面并联的机器人机构 - Google Patents

一种二维平动两自由度平面并联的机器人机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二维平动两自由度平面并联的机器人机构，包括静平台、动平台和连接静平台与动平台的支链，动平台通过四个支链与静平台相连，其中两个支链为主动支链，另外两个为被动支链；主动支链包括一个主动臂和一个从动臂，主动臂一端通过转动副与静平台相连，另一端通过转动副与从动臂相连，从动臂另一端通过转动副与动平台相连。本发明通过两个被动支链对动平台提供约束，使动平台能在其工作平面内以较高速度作二自由度移动，并保持姿态不变，另外采用主动臂的转动作为机构的主动输入，可实现动平台的高速二维移动，适用于电子、包装等轻工行业的抓放操作。

Description

一种二维平动两自由度平面并联的机器人机构
技术领域
本发明属于机器人机构领域，尤其涉及一种适合抓放操作的二维平动两自由度平面并联的机器人机构。
背景技术
在机器人化作业的现有机器人中，有两类机构：串联机构和并联机构。串联机构具有工作空间大、灵活性高的优点，同时，也存在一些不足之处：不仅各杆件的误差累积、末端精度低，而且惯性大、刚度低、动态性能较差。
并联机构是一种具有多个运动自由度，且驱动器分配在不同环路上的闭式多环机构。并联机器人相对串联机器人而言，具有刚度大、承载能力强、位置误差不累积、精度高、自重负荷比小、动力性能好等一系列优点。基于并联机构的各种装备成为传统串联装备的一个重要补充，在许多领域发挥重要作用。目前，并联机器人主要应用于医用外科设备、运动模拟、机械制造、自动化装配、精密加工与测量、微电子制造及娱乐行业等领域。
目前，已经提出的新型并联机构很多，但两自由度平动并联机构依然非常少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二维平动两自由度平面并联的机器人机构，该机构的动平台在工作平面内进行二维移动，并保持姿态不变，机构精度高、惯性小、高动态性能、工作空间较大、运动学正解和反解简单。
本发明采用的技术方案如下：
本发明的二维平动两自由度平面并联的机器人机构，包括静平台、动平台和连接静平台与动平台的支链，所述动平台通过四个支链与静平台相连，其中两个支链为主动支链，另外两个为被动支链。
所述主动支链包括一个主动臂和一个从动臂，主动臂一端通过转动副与静平台相连，另一端通过转动副与从动臂相连，从动臂另一端通过转动副与动平台相连。
所述被动支链包括一根或若干根连杆、两根摆动杆和两根伸缩杆，伸缩杆通过转动副与动平台相连，摆动杆通过转动副与静平台相连，伸缩杆通过移动副与摆动杆相连；一根连杆时，连杆固定在摆动杆或伸缩杆上，若干根连杆时，连杆固定在摆动杆上或伸缩杆上或既有固定在摆动杆上又有伸缩杆上；所述连杆固定在摆动杆上时，与两根摆动杆、静平台构成平行四边形，固定在伸缩杆上时，与伸缩杆、动平台形成平行四边形。在被动支链上采用更多的连杆，来连接两根摆动杆或两根伸缩杆，可增强被动支链和机构整体的刚度。
所述两个主动支链的主动臂的转动为机构的主动输入。本机构通过两个主动臂的转动实现动平台的平面两自由度平动，在动平台上可以安装各种工具，实现抓放等操作。
另外本发明机构的静平台可通过一个线性传动机构在与该机构运动平面垂直的方向运动，从而实现动平台的三维平动。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的二维平动两自由度平面并联的机器人机构采用多环结构，与传统两自由度串联机构相比，具有高精度、高刚度、低惯性、高动态性能、位置误差不累积等优点；
(2)本发明的二维平动两自由度平面并联的机器人机构运动学正解、反解简单，正解具有解析解，有利于机构的运动学标定；
(3)本发明的二维平动两自由度平面并联的机器人机构，具有明确的运动形式，即二维平动；两个被动支链对动平台提供约束，使动平台的姿态保持不变，并提高了机构的整体刚度；
(4)本发明采用主动臂的转动作为机构的主动输入，可实现动平台的高速二维移动。
附图说明
图1是本发明的二维平动两自由度平面并联的机器人机构的一种结构示意图；
图2是被动支链的结构示意图；
图3是被动支链的另一种结构示意图，是在图2的基础上添加了一根连杆；
图4是被动支链的再一种结构示意图，是图3的变异；
图5是被动支链的另外一种结构示意图。
图中：1-静平台  2-动平台  3、4-主动支链  5、6-被动支链3.1、4.1-主动臂  3.2、4.2-从动臂  5.1、6.1-摆动杆  5.2、6.2-伸缩杆  5.3、6.3-连杆
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述，但本发明的保护范围不限于此。
如图1所示，本发明的二维平动两自由度平面并联的机器人机构，包括静平台1、动平台2和连接静平台1与动平台2的支链，动平台2通过四个支链与静平台1相连，其中两个为主动支链3和4，另外两个为被动支链5和6；主动支链3(4)包括一个主动臂3.1(4.1)和一个从动臂3.2(4.2)，主动臂3.1(4.1)一端通过转动副与静平台1相连，另一端通过转动副与从动臂3.2(4.2)相连，从动臂3.2(4.2)另一端通过转动副与动平台2相连；被动支链5(6)包括一根或若干根连杆5.3(6.3)、两根摆动杆5.1(6.1)和两根伸缩杆5.2(6.2)，伸缩杆5.2(6.2)通过转动副与动平台2相连，摆动杆5.1(6.1)通过转动副与静平台1相连，伸缩杆5.2(6.2)通过移动副与摆动杆5.1(6.1)相连。
以下以被动支链5为例，被动支链6和被动支链5一样。
一根连杆5.3时，连杆5.3固定在摆动杆5.1(如图2所示)或伸缩杆5.2(如图5所示)上；如图3和4所示，两根连杆5.3时，连杆5.3一根固定在摆动杆5.1上，另一根固定在伸缩杆5.2上。在被动支链上还可以采用更多的连杆来连接两根摆动杆或两根伸缩杆，以增强被动支链和机构整体的刚度，如多根连杆同时固定在摆动杆上或伸缩杆上，也可以某几根固定在摆动杆上，其余的固定在伸缩杆上。连杆5.3固定在摆动杆5.1上时，与两根摆动杆5.1、静平台1构成平行四边形，固定在伸缩杆5.2上时，与伸缩杆5.2、动平台2形成平行四边形。被动支链用来对动平台施加约束，使动平台的姿态保持不变。
两个主动支链3、4的主动臂3.1、4.1的转动为机构的主动输入，可使动平台2在其工作平面内以较高的速度作二自由度移动。在动平台2上可以安装各种工具，实现抓放等操作。
通过以上实施例可较好地实现本发明。本发明的机器人机构运动学正解、反解简单，其正解具有解析解，有利于机构的运动学标定。

Claims (4)

1.一种二维平动两自由度平面并联的机器人机构，包括静平台、动平台和连接静平台与动平台的支链，其特征在于所述动平台通过四个支链与静平台相连，其中两个支链为主动支链，另外两个为被动支链。
2.根据权利要求1所述的二维平动两自由度平面并联的机器人机构，其特征在于所述主动支链包括一个主动臂和一个从动臂，主动臂一端通过转动副与静平台相连，另一端通过转动副与从动臂相连，从动臂另一端通过转动副与动平台相连。
3.根据权利要求1所述的二维平动两自由度平面并联的机器人机构，其特征在于所述被动支链包括一根或若干根连杆、两根摆动杆和两根伸缩杆，伸缩杆通过转动副与动平台相连，摆动杆通过转动副与静平台相连，伸缩杆通过移动副与摆动杆相连；一根连杆时，连杆固定在摆动杆或伸缩杆上，若干根连杆时，连杆固定在摆动杆上或伸缩杆上或既有固定在摆动杆上又有伸缩杆上；所述连杆固定在摆动杆上时，与两根摆动杆、静平台构成平行四边形，固定在伸缩杆上时，与伸缩杆、动平台形成平行四边形。
4.根据权利要求2所述的二维平动两自由度平面并联的机器人机构，其特征在于所述两个主动支链的主动臂的转动为机构的主动输入。
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
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Assignee: Huadu District of Guangzhou city Laihe precision factory

Assignor: South China University of Technology

Contract fulfillment period: 2008.9.22 to 2014.9.21 contract change

Contract record no.: 2009440001288

Denomination of invention: Robot machanism able to achieve two-D movement and of two-freedom plane-parallel type

Granted publication date: 20080618

License type: Exclusive license

Record date: 2009.8.25

LIC Patent licence contract for exploitation submitted for record

Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2008.9.22 TO 2014.9.21; CHANGE OF CONTRACT

Name of requester: GUANGZHOU CITY HUADU DISTRICT LAIHE PRECISION FACT

Effective date: 20090825

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Granted publication date: 20080618

Termination date: 20150731

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