CN204397901U - 一种伪四自由度并联机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种伪四自由度并联机器人，包括静平台、动平台、旋转驱动机构、旋转支撑座、第一运动支链、第二运动支链、辅助运动支链、第一支链驱动机构、第二支链驱动机构和吸嘴。使得驱动机构的自由度数量为三，可实现的运动自由度数量为四，减少了一个自由度及相关部件，使得制造成本大大减少。

Description

一种伪四自由度并联机器人

技术领域

本申请涉及工业机器人领域，特别涉及伪四自由度并联机器人。

背景技术

目前，在轻工、食品、医药和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装、焊接等作业很多利用机器人执行。而在众多的机器人中，常采用并联机器人实现多方位的快速运动。并联机器人与传统串联机器人相比，具有以下特点：

1)运动精度和重复精度高；

2)运动速度快，动态响应好；

3)占地空间较小；

由于上述特点，并联机器人得以广泛应用。但同时，传统的机器人驱动电机数量和机器人自由度数量相等。为实现所需要的自由度数量，要保证足够的驱动自由度数量，就需要足够的驱动部件，这大大增加了机器人的制造成本。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种伪四自由度并联机器人，其驱动机构的自由度(驱动电机)数量为三，可实现的运动自由度数量为四，减少了一个自由度及相关部件，使得制造成本大大减少。

根据本申请的一个方面，提供

一种伪四自由度并联机器人，包括静平台、动平台、旋转驱动机构、旋转支撑座、第一运动支链、第二运动支链、辅助运动支链、第一支链驱动机构、第二支链驱动机构和吸嘴，其中，

所述旋转支撑座包括水平板以及连接并垂直于该水平板的竖直板；

所述旋转驱动机构固定于所述静平台，其输出轴竖直向下地连接所述旋转支撑座的水平板；

所述第一支链驱动机构和所述第二支链驱动机构分别固定于所述旋转支撑座的竖直板，各自输出轴均水平；

所述第一运动支链一端固定连接所述第一支链驱动机构的输出轴，另一端转动连接所述动平台；

所述第二运动支链一端固定连接所述第二支链驱动机构的输出轴，另一端转动连接所述动平台；

所述吸嘴竖直固定于所述动平台；

所述第一运动支链和第二运动支链处于同一平面，且该平面平行于所述旋转驱动机构的输出轴和所述吸嘴的中心轴构成的平面；

所述辅助运动支链与所述第一运动支链并联，对所述动平台(2)限位。

根据上述方案，能够抓取物体做三自由度的平移和一个自由度的旋转。并且驱动机构的自由度数量小于其真实的运动自由度数量，结构简单，减少了一个自由度及相关部件，使得制造成本大大减少。

在一些实施例中，所述第一运动支链和第二运动支链结构相同且沿一对称面相互对称设置，该对称面垂直于所述旋转支撑座的竖直板且经过所述旋转驱动机构的输出轴。对称时，保证了旋转驱动机构的输出轴与吸嘴的中心轴在同一直线上，从而实现旋转自由度。

在一些实施例中，所述第一运动支链包括：第一主动杆和第一从动杆组，

所述第一主动杆的一端连接所述第一支链驱动机构的输出轴，另一端通过第一转动副连接所述第一从动杆组；

所述第一从动杆组通过第二转动副连接所述动平台。

在一些实施例中，所述第一从动杆组包括四个从动杆，该四个从动杆依次通过第三转动副首尾相连并构成平行四边形；所述平行四边形一对边的一个从动杆通过所述第一转动副连接所述第一主动杆，该对边的另一个从动杆通过所述第二转动副连接所述动平台；所述平行四边形另一对边的两个从动杆通过固定件连接。从而获得更合理的传动以及运动精度，并且加强并联机构的刚度。

在一些实施例中，所述第一主动杆连接所述第一支链驱动机构的输出轴的一端安装有可调整配重块。通过合理地调整可调整配重块的质量，使得第一主动杆的转动惯量最小，从而实现较快的运动。

在一些实施例中，所述辅助运动支链包括辅助短杆、L型连接件和辅助长杆，

所述辅助短杆的第一端连接在所述旋转支撑座上构成转动副，该转动副的轴线与所述第一支链驱动机构的输出轴平行，该平行线所构成的平面竖直；所述辅助短杆的第二端连接所述L型连接件的第一延伸端并构成转动副；

所述L型连接件的拐角端同轴地固定于所述第一转动副；

所述L型连接件的第一延伸端和拐角端之间的连线竖直，该连线长度等于所述辅助短杆的第一端同所述第一支链驱动机构的输出轴之间的高度；

所述辅助长杆一端连接所述L型连接件的第二延伸端并构成转动副，另一端连接所述动平台的水平延伸端构成转动副；

所述L型连接件的第二延伸端和拐角端之间的连线水平，该连线长度等于所述动平台的水平延伸端距离所述第二转动副的轴线的长度。有效防止动平台晃动，保证了吸嘴的中心轴始终垂直于地面。

在一些实施例中，所述旋转驱动机构包括相接的第一电机和第一减速机，所述第一减速机的输出轴为所述旋转驱动机构的输出轴；

所述第一支链驱动机构包括相接的第二电机和第二减速机，所述第二减速机的输出轴为所述第一支链驱动机构的输出轴；

所述第二支链驱动机构包括相接的第三电机和第三减速机，所述第三减速机的输出轴为所述第二支链驱动机构的输出轴。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的伪四自由度并联机器人的立体结构图；

图2是图1所示伪四自由度并联机器人另一视角的立体结构图；

图3是图1所示伪四自由度并联机器人的轴线示意图；

图4是图1所示伪四自由度并联机器人抓取物体的运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的实施方式作详细说明。

请参阅图1、图2和图3，根据本实用新型的一实施例，伪四自由度并联机器人，包括静平台1、动平台2、旋转驱动机构8、旋转支撑座3、第一运动支链4、第二运动支链5、辅助运动支链6、第一支链驱动机构91、第二支链驱动机构92和吸嘴7。

静平台1固定位置。旋转支撑座3为折弯90度的板块，包括水平板和竖直板。

旋转驱动机构8固定在静平台1上，包括第一电机81和第一减速机82。第一减速机82为弯头减速机，接受第一电机81驱动，第一减速机82的输出轴作为旋转驱动机构8的输出轴A1，该输出轴A1竖直向下地连接旋转支撑座3的水平板，以驱动旋转支撑座3水平360度旋转。

第一支链驱动机构91和所述第二支链驱动机构92分别固定在旋转支撑座3的竖直板上，各自的输出轴A5、A2水平。本实施例中，第一支链驱动机构91包括相接的第二电机和第二减速机，第二减速机的输出轴为第一支链驱动机构91的输出轴A5。第二支链驱动机构92包括相接的第三电机和第三减速机，第三减速机的输出轴为第二支链驱动机构92的输出轴A2。

第一运动支链4一端固定连接第一支链驱动机构91的输出轴A5，接受第一支链驱动机构91驱动进行转动，另一端转动连接动平台2。第二运动支链5一端固定连接第二支链驱动机构92的输出轴A2，接受第二支链驱动机构92驱动进行转动，另一端转动连接动平台2。第一运动支链4和第二运动支链5结构相同且沿一对称面相互对称设置，该对称面垂直于旋转支撑座3的竖直板且经过旋转驱动机构8的输出轴A1。

吸嘴7竖直固定于动平台2，即吸嘴7的中心轴A11竖直，即：中心轴A11与水平面垂直。

辅助运动支链6并联于第一运动支链5，用于限位动平台2，防止动平台2晃动，以保证吸嘴7的中心轴A11始终竖直。

第一运动支链4和第二运动支链5处于同一平面，且该平面平行于旋转驱动机构8的输出轴和吸嘴7的中心轴构成的平面。

综上，抓取物体做三自由度的平移和一个自由度的旋转，这样四自由度的运动得以实现。

因第一运动支链4和第二运动支链5结构相同，以第一运动支链4为例，具体描述其结构。第一运动支链4包括：第一主动杆41、第一从动杆组和调整配重块42。

第一主动杆41的一端固定连接第一支链驱动机构91的输出轴A5，该端安装调整配重块42，通过合理的调整可调整配重块42的质量，使得第一主动杆41的转动惯量最小，从而实现较快的运动。第一主动杆41的另一端通过第一转动副411连接第一从动杆组，第一转动副411的轴线A6。第一从动杆组通过第二转动副412连接动平台2，第二转动副412的轴线A4。

第一从动杆组包括一对从动杆431以及另一对从动杆432，该四个从动杆依次通过第三转动副433首尾相连并构成平行四边形。作为平行四边形一对边的一对从动杆431，一个从动杆431通过第一转动副411连接第一主动杆41，另一个从动杆431通过第二转动副412连接动平台2。此对边优先选择短边。由于是转动副连接，实现平行四边形所在平面绕第一主动杆41转动。作为平行四边形另一对边的一对从动杆432之间通过固定件连接，保证了第一从动杆组的稳定性。

具体地，辅助运动支链6包括辅助短杆61、L型连接件62和辅助长杆63。

辅助短杆61的第一端连接在旋转支撑座3上构成转动副，该转动副的轴线A7与第一支链驱动机构91的输出轴A5平行，该平行线构成的平面竖直(即与水平面垂直)。辅助短杆61的第二端连接L型连接件62的第一延伸端621并构成转动副，该转动副的轴线A8。L型连接件62的拐角端623同轴地固定于第一转动副411，即：拐角端623的中心轴与第一转动副411的轴线A6同一直线。L型连接件62的第一延伸端621和拐角端623之间的连线竖直，该连线长度等于辅助短杆61的第一端(辅助短杆61和旋转支撑座3的相接端)同第一支链驱动机构91的输出轴A5之间的竖直高度。如此，辅助短杆61、旋转支撑座3、第一主动杆41和L型连接件62首尾相连，在同一平面内构成一个平行四边形机构。辅助长杆63一端连接L型连接件62的第二延伸端622并构成转动副，该转动副的轴线A9。辅助长杆63另一端连接动平台2的水平延伸端21构成转动副，该转动副的轴线A10。L型连接件62的第二延伸端622和拐角端623之间的连线水平，该连线长度等于动平台2的水平延伸端21与第二转动副412的轴线A4之间的水平距离。辅助长杆63、L型连接件62、从动杆432和动平台2首尾相连，在同一平面内构成另一个平行四边形机构。L型连接件62连接了上述两组平行四边形机构，该两组平行四边形机构是联动机构，由于轴A5与轴A7所处的平面始终是竖直面，这样就保证了吸嘴7的中心轴A11始终垂直于地面。

根据图4所述，阐述四自由度运动步骤。如下：

步骤一：将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转至与平面PA_PB_PC_PD平行，将物体从抓取点PA经过点PB和点PC搬运至点PD；

步骤二：将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转一定角度，这个角度就是物体的抓取点PA和放置点P I的夹角；

步骤三：将物体从点PE放下置于点PF，再将第一运动支链和第二运动支链所在的平面旋转至平面PE_PG_PH_P I平行，再从点PF抓取物体提升至点PE；

步骤四：机器人将物体从点PE经过点PG和点PH搬运至放置点PI，至此，物体就从抓取点PA搬运至放置点P I，即实现了四自由度的运动。

以上所述仅是本实用新型的一种实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种伪四自由度并联机器人，其特征在于，包括静平台(1)、动平台(2)、旋转驱动机构(8)、旋转支撑座(3)、第一运动支链(4)、第二运动支链(5)、辅助运动支链(6)、第一支链驱动机构(91)、第二支链驱动机构(92)和吸嘴(7)，其中，

所述旋转支撑座(3)包括水平板以及连接并垂直于该水平板的竖直板；

所述旋转驱动机构(8)固定于所述静平台(1)，其输出轴竖直向下地连接所述旋转支撑座(3)的水平板；

所述第一支链驱动机构(91)和所述第二支链驱动机构(92)分别固定于所述旋转支撑座(3)的竖直板，各自输出轴均水平；

所述第一运动支链(4)一端固定连接所述第一支链驱动机构(91)的输出轴，另一端转动连接所述动平台(2)；

所述第二运动支链(5)一端固定连接所述第二支链驱动机构(92)的输出轴，另一端转动连接所述动平台(2)；

所述吸嘴(7)竖直固定于所述动平台(2)；

所述第一运动支链(4)和第二运动支链(5)处于同一平面，且该平面平行于所述旋转驱动机构(8)的输出轴和所述吸嘴(7)的中心轴构成的平面；

所述辅助运动支链(6)与所述第一运动支链(5)并联，对所述动平台(2)限位。

2.根据权利要求1所述的伪四自由度并联机器人，其特征在于，所述第一运动支链(4)和第二运动支链(5)结构相同且沿一对称面相互对称设置，该对称面垂直于所述旋转支撑座(3)的竖直板且经过所述旋转驱动机构(8)的输出轴。

3.根据权利要求2所述的伪四自由度并联机器人，其特征在于，所述第一运动支链(4)包括：第一主动杆(41)和第一从动杆组，

所述第一主动杆(41)的一端连接所述第一支链驱动机构(91)的输出轴，另一端通过第一转动副(411)连接所述第一从动杆组；

所述第一从动杆组通过第二转动副(412)连接所述动平台(2)。

4.根据权利要求3所述的伪四自由度并联机器人，其特征在于，所述第一从动杆组包括四个从动杆，该四个从动杆依次通过第三转动副(433)首尾相连并构成平行四边形；所述平行四边形一对边的一个从动杆(431)通过所述第一转动副(411)连接所述第一主动杆(41)，该对边的另一个从动杆(431)通过所述第二转动副(412)连接所述动平台(2)；所述平行四边形另一对边的两个从动杆(432)通过固定件连接。

5.根据权利要求3所述的伪四自由度并联机器人，其特征在于，所述第一主动杆(41)连接所述第一支链驱动机构(91)的输出轴的一端安装有可调整配重块(42)。

6.根据权利要求3所述的伪四自由度并联机器人，其特征在于，所述辅助运动支链(6)包括辅助短杆(61)、L型连接件(62)和辅助长杆(63)，

所述辅助短杆(61)的第一端连接在所述旋转支撑座(3)上构成转动副，该转动副的轴线与所述第一支链驱动机构(91)的输出轴平行，该平行线所构成的平面竖直；所述辅助短杆(61)的第二端连接所述L型连接件(62)的第一延伸端(621)并构成转动副；

所述L型连接件(62)的拐角端(623)同轴地固定于所述第一转动副(411)；

所述L型连接件(62)的第一延伸端(621)和拐角端(623)之间的连线竖直，该连线长度等于所述辅助短杆(61)的第一端同所述第一支链驱动机构(91)的输出轴之间的高度；

所述辅助长杆(63)一端连接所述L型连接件(62)的第二延伸端(622)并构成转动副，另一端连接所述动平台(2)的水平延伸端(21)构成转动副；

所述L型连接件(62)的第二延伸端(622)和拐角端(623)之间的连线水平，该连线长度等于所述动平台(2)的水平延伸端(21)距离所述第二转动副(412)的轴线的长度。

7.根据权利要求1所述的伪四自由度并联机器人，其特征在于，

所述旋转驱动机构(8)包括相接的第一电机(81)和第一减速机(82)，所述第一减速机(82)的输出轴为所述旋转驱动机构(8)的输出轴；

所述第一支链驱动机构(91)包括相接的第二电机和第二减速机，所述第二减速机的输出轴为所述第一支链驱动机构(91)的输出轴；

所述第二支链驱动机构(92)包括相接的第三电机和第三减速机，所述第三减速机的输出轴为所述第二支链驱动机构(92)的输出轴。