CN201693552U - 三转动自由度并联机器人 - Google Patents

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赵永杰
邱可
吴福培
李昇平
范颖晖
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汕头大学
汕头轻工装备研究院
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Abstract

本实用新型公开了一种三转动自由度并联机器人,该机器人包括:活动平台、基座及分别安装于基座上的第一驱动机构、丝杆、滑鞍、支撑杆及连接杆,支撑杆的一端与基座固定连接,另一端枢接于活动平台上,丝杆固定安装于基座上,滑鞍滑动连接于丝杆上,连接杆的两端分别枢接于活动平台与滑鞍上,第一驱动机构安装于基座上并与丝杆连接,其中,支撑杆包括套筒、第二驱动机构及伸缩杆,套筒一端固定于基座上且朝向于活动平台,第二驱动机构固定安装于套筒内,伸缩杆一端伸入套筒内并与第二驱动机构连接,另一端枢接于活动平台上。本实用新型的三转动自由度并联机器人结构简单、安装方便且可在较大范围内活动,增大了该机器人的工作及操作范围。

Description

三转动自由度并联机器人
技术领域
[0001] 本实用新型涉及工业机器人领域,更具体地涉及一种三转动自由度并联机器人。 背景技术
[0002] 在机器人化的作业任务服役的现有机器人中,有两种类型:串联机器人和并联机 器人。串联式是各杆件通过运动副依次相连的开式链,这类机器人具有作业空间大和灵活 性高等特点。但是随着人们对机器人性能的要求不断提高,串联机器人也存在一些不足之 处:不仅串联机器人本身所固有的各个杆件误差存在积累效应,各个杆件末端精度低,而且 存在惯性大、刚度低、负载驱动能力有限等缺陷,致使在某种程度上制约了或必须花费较大 的代价才能实现末端执行器的精确运动。
[0003] 现有的并联机器人是一种具有多个运动自由度,并且驱动器分配在不同环路上的 的闭式多环机器,即:多个运动链的一端同时与一个具有多自由度的终端操作器相连而构 成的机器人。与串联机器人相比,并联机器人可把驱动机构安装在机架上,因此在很大程度 上降低了运动构件的质量。而且,并联机器人具有承载能力强、刚度大、误差小、精度高、自 重负荷小、动力性能好、控制容易等一系列优点,与已获得广泛应用的串联机器人构成互补 关系,扩大了机器人的应用领域。基于并联机器人中的各种机构已成为传统串联机器人的 一个重要补充,目前,并联机器人已被成功地应用于工业生活中的各个领域,例如:工业机 器人、数控机床、运动模拟器、自动化装配、精密加工与测量工程、微电子制造中的精密定位 装置、医用机器人以及典型抓取作业环境中的高速机械手等领域。
[0004] 目前,已经提出的并联机构有一百多种,但实用的三转动自由度并联机器人依然 不多。为了适应工业生产的需要,近年来人们把注意力转向了少自由度并联机器人的研发 与制造,即:动平台运动自由度数目少于6的并联机构。其中,三转动自由度并联机构是少 自由度并联机构中极为重要的一类。三转动自由度的并联机构一般用于开发机械制造中的 加工装备、定位与姿态调节的高刚度数控台、工业机器人与运动模拟器,作为数控台,实现 分度、摆角以及轴向定位的功能,提高机床的加工精度与效率。然而,现有的三转动自由度 并联机构构型较少,且结构复杂一般难以满足大负载与高刚度的要求;另外现有的三转动 自由度并联机构活动范围较小而严重制约了该机构功能的发挥。
[0005] 因此,亟待一种结构简单、安装方便且可在较大范围内活动的三转动自由度并联 机器人来克服上述缺陷。
实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种结构简单、安装方便且可在较大范围内活动的三 转动自由度并联机器人。
[0007] 为了实现上述目的,本实用新型提供一种三转动自由度并联机器人,该机器人包 括:活动平台、基座及分别安装于所述基座上的第一驱动机构、丝杆、滑鞍、支撑杆及连接 杆,所述支撑杆的一端与所述基座固定连接,另一端枢接于所述活动平台上,所述丝杆固定安装于所述基座上,所述滑鞍滑动连接于所述丝杆上,所述连接杆的两端分别枢接于所述 活动平台与滑鞍上,所述第一驱动机构安装于所述基座上并与所述丝杆连接,所述第一驱 动机构通过所述丝杆驱动所述滑鞍移动,所述滑鞍带动所述连接杆运动而驱使所述活动平 台活动,其中,所述支撑杆包括套筒、第二驱动机构及伸缩杆,所述套筒一端固定于所述基 座上且朝向于所述活动平台,所述第二驱动机构固定安装于所述套筒内,所述伸缩杆一端 伸入所述套筒内并与所述第二驱动机构连接,另一端枢接于所述活动平台上。
[0008] 较佳地,所述连接杆的一端固定连接一第一球铰链,所述第一球铰链枢接于所述 活动平台上。从而所述活动平台通过所述第一球铰而与所述连接杆枢接,当所述连接杆运 动时,所述第一球铰链运动而驱动所述活动平台活动以实现所述活动平台的运动。
[0009] 较佳地,所述连接杆的另一端固定连接一第一虎克铰,所述第一虎克铰枢接于所 述滑鞍上。从而,当所述第一驱动机构驱动所述滑鞍在所述丝杆上运动时,所述滑鞍将带动 所述连接杆运动以使所述活动平台运动。
[0010] 较佳地,所述连接杆的另一端固定连接一第二球铰链,所述第二球铰链枢接于所 述滑鞍上。
[0011] 较佳地,所述伸缩杆邻近所述活动平台的一端上装设有一转动铰,且所述活动平 台上固定装设有与所述转动铰枢接的第二虎克铰。从而当所述活动平台在所述连接杆的带 动下运动时,所述转动铰可绕所述收缩杆做旋转运动以配合所述活动平台的运动。
[0012] 较佳地,所述第二虎克铰固定于所述活动平台的中心位置。由于所述支撑杆通过 所述转动铰与第二虎克铰而枢接所述活动平台的中心位置,从而当所述活动平台活动时, 所述支撑杆对所述活动平台起到支撑与限位的作用,使所述活动板的活动以所述支撑杆为 中心,以防止在活动过程中发生偏移。
[0013] 较佳地,所述基座呈锥台状并部分向所述活动平台凸伸形成三个承载臂,各个所 述承载臂上均承载有第一驱动机构、丝杆及滑鞍,且三个所述承载臂以所述支撑杆为中心 均勻地分布于所述基座上。所述基座按需要而凸伸形成三个承载臂,从而不仅节约了制造 所述基座的原料,同时也不影响对所述第一驱动机构、丝杆及滑鞍的承载支撑作用。
[0014] 本实用新型的三转动自由度并联机器人的所述第一驱动机构通过所述滑鞍及连 接杆驱动所述活动平台运动,所述支撑杆配合所述连接杆,对活动平台提供约束及支撑的 作用,一方面,本实用新型三转动自由度并联机器人结构简单、标准化强且安装方便,具有 高刚度、高精度、低惯性、高动态性能的优点,另一方面,所述活动平台能在三个坐标轴方向 上做转动运动,可以实现本实用新型三转动自由度并联机器人的三个转动自由度,适用于 大负载应用场合的姿态调节与跟踪装置。另外,由于本实用新型三转动自由度并联机器人 的所述支撑杆包括套筒、第二驱动机构及伸缩杆,所述套筒一端固定于所述基座上且朝向 于所述活动平台,所述第二驱动机构固定安装于所述套筒内,所述伸缩杆一端伸入所述套 筒内并与所述第二驱动机构连接,另一端枢接于所述活动平台上,从而使所述活动平台不 仅可绕所述连接杆做三个坐标轴方向上的转动运动,实现三转动自由度,而且可以通过所 述第二驱动机构驱使所述伸缩杆在套筒内伸缩并带动所述活动平台上下移动,实现一个坐 标轴方向的上下移动,也就是实现一个移动运动自由度,使得所述三转动自由度并联机器 人具有三转动一移动自由度,从而增大了所述活动平台的活动范围也即增大了所述三转动 自由度并联机器人工作操作范围。[0015] 通过以下的描述并结合附图,本实用新型将变得更加清晰,这些附图用于解释本 实用新型的实施例。
附图说明
[0016] 图1为本实用新型三转动自由度并联机器人一实施例的结构示意图。
[0017] 图2为本实用新型三转动自由度并联机器人另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0018] 下面将结合本实用新型实施例中的附图,对实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基 于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所 有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
[0019] 参照图1,图1展示了本实用新型三转动自由度并联机器人一实施例的结构示意 图。如图所示,所述三转动自由度并联机器人包括:基座100、活动平台200、分别装设于所 述基座100与活动平台200之间的支撑杆110、连接杆150及均装设于所述基座100上的第 一驱动机构120、丝杆130及滑鞍140 ;所述活动平台200呈正三角形形状;所述基座100为 锥台状并部分向所述活动平台200凸伸形成三个承载臂101,且三个所述承载臂101均勻地 分布于所述基座100上,所述第一驱动机构120、丝杆130及滑鞍140均安装于所述承载臂 101上;所述支撑杆110的两端分别垂直连接所述基座100与活动平台200的中心;所述连 接杆150的两端分别连接所述滑鞍140与呈正三角形的所述活动平台200的顶点处。具体 地:
[0020] 所述基座100的三个承载臂101上各固定安装有丝杆130,三个所述丝杆130以所 述基座100的中心线为中心均勻地分布于所述基座100上,各个所述丝杆130通过焊接或 者螺丝连接的方式固定于基座100上;各个所述丝杆130上分别对应地设置有滑鞍140,且 所述滑鞍140可在所述丝杆130上做滑动运动,所述丝杆130为所述滑鞍140的滑动提供 导向;所述第一驱动机构120固定安装于所述基座100的承载臂101上,并与所述丝杆130 连接,所述第一驱动机构120驱动所述丝杆130带动所述滑鞍140沿着所述丝杆130滑动; 其中,所述第一驱动机构120可为电机装置,但不限于电机装置,可为驱动丝杆130的其它 任意一种可实现相同驱动效果的驱动机构。
[0021] 所述连接杆150的两端分别固定安装有第一球铰链151与第一虎克铰152,所述第 一球铰链151枢接于呈正三角形状的所述活动平台200的顶点处,以使所述活动平台200 与所述连接杆150相枢接;所述第一虎克铰152枢接于所述滑鞍140上,以使所述连接杆 150与所述滑鞍140相枢接,从而所述第一驱动机构120通过所述丝杆130驱动所述滑鞍 140运动时,所述滑鞍140将带动所述连接杆150运动以驱使所述活动平台200活动。
[0022] 所述支撑杆110分别垂直连接所述基座100与活动平台200。具体地,所述支撑杆 110包括固定于所述基座100中心位置的套筒111、第二驱动机构(图未示)及伸缩杆112 ; 所述套筒111为中空结构且所述第二驱动机构固定于所述套筒111内,所述伸缩杆112的 一端伸入所述套筒111内并与所述第二驱动机构连接,且另一端枢接于所述活动平台200 上,从而在所述第二驱动机构的驱动下所述伸缩杆112可在所述套筒111内上下伸缩运动,并带动所述活动平台200随所述伸缩杆112的伸缩而上下移动,以增大所述活动平台200 的活动范围;其中,所述第二驱动机构可为电机装置,但不限于电机装置,可为伸缩杆112 的其它任意一种可实现相同驱动效果的驱动机构。所述伸缩杆112邻近所述活动平台200 的一端旋转装设有转动铰113,所述活动平台200的中心位置固定安装有第二虎克铰114, 所述第二虎克铰114与所述转动铰113枢接,以使所述支撑杆110与所述活动平台200相 枢接;从而当所述驱动机构120通过所述丝杆130、滑鞍140及连接杆150驱动所述活动平 台200活动时,所述转动铰113可绕所述伸缩杆112旋转以配合所述活动平台200的运动, 而且所述支撑杆110通过所述第二虎克铰114枢接于所述活动平台200的中心位置,从而 对所述活动平台200起到支撑与限位的作用,使所述活动板200的活动以所述支撑杆110 为中心进行,防止在运动过程中发生偏移。
[0023] 如图1所示,在本实用新型中,各个所述第一驱动机构120分别驱动相应的所述丝 杆130,各个所述丝杆130分别带动连接其上的所述滑鞍140沿着丝杆130移动,进而所述 滑鞍140带动连接其上的连接杆150活动,所述连接杆150带动活动平台200活动。由于 支撑杆110通过安装其上的转动铰113与第二虎克铰114枢接于所述活动平台200的中心 位置处,使得当三个所述连接杆150带动所述活动平台200活动的同时,支撑杆110对活动 平台200起到支撑与限位的作用,进而使本实用新型三转动自由度并联机器人能绕第二虎 克铰114做三个坐标轴方向上的转动运动,实现三转动自由度;另外,由于所述支撑杆110 的伸缩杆112在第二驱动机构的驱动作用下可在所述套筒111内上下移动,从而所述活动 平台200在绕所述第二虎克铰114转动的同时还可上下移动,实现一个移动自由度,增大所 述活动平台200活动的范围。
[0024] 参考图2,图2为本实用新型三转动自由度并联机器人另一实施例的结构示意图。 如图所示,本实施例与前一实施例的区别仅在于:所述连接杆150与所述滑鞍140之间通过 第二球铰链153连接,。在本实施例中,所述三转动自由度并联机器人的其它部件的使用与 连接关系均与前一实施例完全相同,在此就不再累赘。
[0025] 以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述,但本实用新型并不局限于以上揭 示的实施例,而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。

Claims (7)

  1. 一种三转动自由度并联机器人,包括:活动平台、基座及分别安装于所述基座上的第一驱动机构、丝杆、滑鞍、支撑杆及连接杆,所述支撑杆的一端与所述基座固定连接,另一端枢接于所述活动平台上,所述丝杆固定安装于所述基座上,所述滑鞍滑动连接于所述丝杆上,所述连接杆的两端分别枢接于所述活动平台与滑鞍上,所述第一驱动机构安装于所述基座上并与所述丝杆连接,所述第一驱动机构通过所述丝杆驱动所述滑鞍移动,所述滑鞍带动所述连接杆运动而驱使所述活动平台活动,其特征在于,所述支撑杆包括套筒、第二驱动机构及伸缩杆,所述套筒一端固定于所述基座上且朝向于所述活动平台,所述第二驱动机构固定安装于所述套筒内,所述伸缩杆一端伸入所述套筒内并与所述第二驱动机构连接,另一端枢接于所述活动平台上。
  2. 2.如权利要求1所述的三转动自由度并联机器人,其特征在于,所述连接杆的一端固 定连接一第一球铰链,所述第一球铰链枢接于所述活动平台上。
  3. 3.如权利要求2所述的三转动自由度并联机器人,其特征在于,所述连接杆的另一端 固定连接一第一虎克铰,所述第一虎克铰枢接于所述滑鞍上。
  4. 4.如权利要求2所述的三转动自由度并联机器人,其特征在于,所述连接杆的另一端 固定连接一第二球铰链,所述第二球铰链枢接于所述滑鞍上。
  5. 5.如权利要求3-4任一项所述的三转动自由度并联机器人,其特征在于,所述伸缩杆 邻近所述活动平台的一端上装设有一转动铰,且所述活动平台上固定装设有与所述转动铰 枢接的第二虎克铰。
  6. 6.如权利要求5所述的三转动自由度并联机器人,其特征在于,所述第二虎克铰固定 于所述活动平台的中心位置。
  7. 7.如权利要求3-4任一项所述的三转动自由度并联机器人,其特征在于,所述基座呈 锥台状并部分向所述活动平台凸伸形成三个承载臂,各个所述承载臂上均承载有第一驱动 机构、丝杆及滑鞍,且三个所述承载臂以所述支撑杆为中心均勻地分布于所述基座上。2
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