CN204471372U - 一种三自由度搬运机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种三自由度搬运机器人，属于机器人技术领域。该机器人包括机架、动平台、末端执行器、第一主动支链、第二主动支链以及从动支链；第一主动支链由机架、第一主动臂、第一保姿态连接杆、第二保姿态连接杆组成；第二主动支链由第一主动臂、第二主动臂、从动臂、小臂连接杆组成；从动支链由竖直驱动装置安装板、从动臂、连架杆以及第二保姿态连接杆组成。本实用新型所提供的机器人，有效提高了机构的灵活性，简化了并联机器人机构，同时较好地保持了机构的惯性小、高速度、高加速度、高定位精度以及重复定位精度高等技术特点。
Description
技术领域：
本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种三自由度搬运机器人。
背景技术：
轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装，特别是在物料搬运、机床上下料等这种重复、枯燥、危险性尤为突出工作中，为了减轻人类劳动强度，提高工作效率，在作业工序中往往需要在空间中安置重复性工作的作业机械人，而采用多自由度空间并联机械手则显得没必要，或制造成本太高，如传统的SCARA机器人由于其自身因素，其小臂上安装了三个电机和一个滚珠丝杠，这样就限制了其作用范围，串联式的五轴机器人制造成本太高。然而，在平动并联机器人机构中，采用动平台上的执行器通过传动轴与机架上的电机相连的方法缩小了机构的工作空间范围，限制了末端执行器加速度的提高，使得位置和姿态精度难以保证。
发明内容：
本实用新型的目的正是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种新型三自由度搬运机器人，该机器人机构是一种实现平面物料搬运的机器人机构。
本实用新型所提供一种三自由度搬运机器人包括机架12、第一主动支链、第二主动支链、从动支链、末端执行器、第一驱动装置9、第二驱动装置10以及竖直驱动装置11；所述第一驱动装置9由电机和减速机组成，所述第一驱动装置9通过螺栓固连在所述机架12上，所述第二驱动装置10由电机和减速机组成，所述第二驱动装置10通过螺栓固连在所述机架12上，所述竖直驱动装置11安装在竖直驱动装置安装板13上，所述第一驱动装置9与第二驱动装置10同心设置；所述末端执行器包括动平台8、竖直驱动装置11以及竖直驱动装置安装板13，所述竖直驱动装置11固连在所述竖直驱动装置安装板13上，所述动平台8固连在所述竖直驱动装置11上的动力输出端。
所述第一主动支链包括机架12、第一主动臂1、第一保姿态连接杆2以及连架杆6，所述第一主动臂1通过键与所述第一驱动装置9上的减速机配合连接，所述第一主动臂1与所述连架杆6之间采用转动铰链连接，所述第一保姿态连接杆2与所述机架12以及所述连架杆6之间采用转动铰链连接，所述机架12、第一主动臂1、连架杆6、第一保姿态连接杆2通过运动副连接形成平行四边形结构。
所述第二主动支链包括第一主动臂1、第二主动臂4、从动臂3以及小臂连接杆5，所述第二主动臂4通过键与所述第二驱动装置10上的减速机配合连接，所述第二主动臂4与所述小臂连接杆5之间采用转动铰链连接，所述小臂连接杆5与所述从动臂3之间采用转动铰链连接，所述从动臂3与所述第一主动臂1之间采用转动铰链连接，所述第二主动臂4、小臂连接杆5、从动臂3、第一主动臂1通过运动副连接形成平行四边形结构。
所述从动支链包括竖直驱动装置安装板13、从动臂3、连架杆6以及第二保姿态连接杆7；所述从动臂3与竖直驱动装置安装板13之间采用转动铰链连接，竖直驱动装置安装板13与所述第二保姿态连接杆7之间采用转动铰链连接，所述第二保姿态连接杆7与所述连架杆6之间采用转动铰链连接，所述竖直驱动装置安装板13、从动臂3、连架杆6、第二保姿态连接杆7通过运动副连接形成平行四边形结构。
所述第一主动支链通过所述连架杆6与所述从动支链连接，所述第二主动支链通过所述从动臂3与所述从动支链连接；所述末端执行器通过所述竖直驱动装置安装板13与所述的从动支链连接；所述第一主动支链和所述从动支链通过共同的所述第一主动臂1连接。
所述第一主动支链中的所述第一主动臂1、所述第二主动支链中的所述第二主动臂4分别由所述第一驱动装置9以及所述第二驱动装置10驱动旋转，所述第一主动臂1与所述第二主动臂4同心设置。
所述第一主动支链与所述第二主动支链拥有共同的所述第一主动臂1，所述从动支链与所述第一主动支链拥有共同的所述连架杆6，所述从动支链与所述第二主动支链拥有共同的所述从动臂3；所述末端执行器与所述从动支链拥有共同的所述竖直驱动装置安装板13。
所述第一驱动装置9、第二驱动装置10采用伺服电机－减速器结构；所述竖直驱动装置11采用伺服电机－减速器结构或采用气动装置。所述竖直驱动装置11安装在所述第一主动支链上的竖直驱动装置安装板13上，所述第一驱动装置9、第二驱动装置10采用伺服电机－减速器结构；所述竖直驱动装置11采用伺服电机－减速器结构或采用气动装置。
本实用新型由第一、第二主动支链驱动动平台8，从动支链配合主动支链限制动平台的运动轨迹，保证动平台8的平动并有明确的运动路线和位置精度，主、从动支链的共同约束作用，限制了动平台8的回转自由度，使动平台8相对机架仅具有两个平动自由度，保证了机器人机构姿态稳定，而动平台8在竖直方向上的运动则有竖直驱动装置11驱动。三组驱动装置提供的运动驱动，使得该三自由度机器人机构具有确定的运动，保证了该机构位置精确。
本实用新型所提供的机器人机构，有效提高了机构的灵活性，简化了并联机器人机构，同时较好地保持了机构的惯性小，高速度高加速度，高定位精度和重复定位精度的特点。
本实用新型不仅把两个伺服电机输出的动力汇合到主动支链上，而且在从动支链也添加了一个动力，三个支链不仅都起到动力的作用也有结构约束的作用。三条支链中都使用平行四边形结构，使得末端执行器有明确的运动规律和定位精度。
本实用新型具有以下技术特点：
(1)本实用新型的末端执行器的两自由度平动由不同的伺服电机驱动，另一自由度有伺服电机或气动驱动；
(2)本实用新型将三个动力源通过三个传动支链输送到末端执行器上；
(3)本实用新型的末端执行器由主动支链驱动，从动支链配合主动支链限制执行器的运动轨迹；保证末端执行器有明确的运动轨迹和位置精度，并且使得本发明结构简单、惯性小。
附图说明：
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型机构的俯视结构示意图；
图3是本实用新型机构中直线段A、B、C、D、E所在位置示意图；
图4是本实用新型机构中第一主动支链的平行四边形结构示意图；
图5是本发明机构中第二主动支链的平行四边形结构示意图；
图6是本实用新型机构中从动支链的平行四边形结构示意图；
图中：1:第一主动臂；2:第一保姿态连接杆；3:从动臂4:第二主动臂；5:小臂连接杆；6:连架杆；7:第二保姿态连接杆；8:动平台；9:第一驱动装置；10:第二驱动装置；11:竖直驱动装置；12:机架；13:竖直驱动装置安装板。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，一种三自由度搬运机器人由机架12、驱动装置、运动支链和动平台8构成。所述驱动装置包括第一驱动装置9、第二驱动装置10、竖直驱动装置11；所述运动支链包括第一主动支链、第二主动支链以及从动支链，所述主动支链和所述从动支链相互作用驱动着动平台8平动。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，所述第一主动支链、第二主动支链、从动支链分别通过转动铰链相互连接。
如图1、图2、图3、图4所示，所述第一主动支链由机架12、第一主动臂1、第一保姿态连接杆2、连架杆6、第一驱动装置9组成；所述第一驱动装置9由电机和减速机组成，所述第一驱动装置9通过螺栓固连在所述机架12上，所述第一主动臂1通过键与所述第一驱动装置9上的减速机配合连接，配合中心即为转动中心b1；所述第一主动臂1与所述连架杆6之间采用转动铰链连接，铰链中心为c1；所述第一保姿态连接杆2与所述机架12和所述连架杆6之间都采用转动铰链连接,铰链中心分别为为a、d，所述第一主动臂1的杆长b1c1与所述第一保姿态连接杆2的杆长ad相等；所述机架12上机架12和所述第一保姿态连接杆2铰链连接中心点a与第一驱动装置9的中心点b1的长度ab1，ab1为所述机架12上的直线段A(见图3、图4中的直线段A)；所述连架杆6上所述连架杆6和所述第一主动臂1的铰链连接中心点c1与所述连架杆6和第一保姿态连接杆2的铰链连接中心点d的长度c1d，c1d为所述连架杆6上的直线段B(见图3、图4中的直线段B)；所述机架12上的直线段A的长度ab1与所述连架杆6上的直线段B的长度c1d相等；这样所述机架12、第一主动臂1、连架杆6、第一保姿态连接杆2构成第一主动支链平行四边形ab1c1d。
如图1、图2、图3、图5所述第二主动支链由第一主动臂1、第二主动臂4、从动臂3、小臂连接杆5、第二驱动装置10组成；所述第二主动支链之间的连接方式：所述第二驱动装置10由电机和减速机组成，所述第二驱动装置10通过螺栓固连在所述机架12上，所述第二主动臂4通过键与所述第二驱动装置10上的减速机配合连接，配合中心即为转动中心b2；所述第二主动臂4与所述小臂连接杆5之间采用转动铰链连接，铰链中心为e；所述小臂连接杆5与所述从动臂3之间采用转动铰链连接，铰链中心为f；所述从动臂3与所述第一主动臂1之间采用转动铰链连接,铰链中心为c2；所述第一主动臂1的杆长c2b2与所述小臂连接杆5的杆长ef相等，所述从动臂3上所述从动臂3和所述小臂连接杆5的铰链连接中心点f与所述从动臂3和所述第一主动臂1的铰链连接中心点c2的长度fc2,fc2为所述从动臂3上的直线段C(见图3、图5中的直线段C)；所述从动臂3上的直线段C的长度fc2与所述第二主动臂4的杆长b2e相等；这样所述第二主动臂4、小臂连接杆5、从动臂3、第一主动臂1构成第二主动支链平行四边形efc2b2结构。
如图1、图2、图3、图6所示，所述从动支链由从动臂3、连架杆6、第二保姿态连接杆7、竖直驱动装置11、竖直驱动装置安装板13组成；所述竖直驱动装置11安装在所述竖直驱动装置安装板13上；所述从动臂3与所述竖直驱动装置安装板13之间采用转动铰链连接，铰链中心为h；竖直驱动装置安装板13与所述第二保姿态连接杆7之间采用转动铰链连接，铰链中心为g；所述第二保姿态连接杆7与所述连架杆6之间采用转动铰链连接，铰链中心为j；所述从动臂3上所述从动臂3和所述第一主动臂1的铰链连接中心点c1与所述从动臂3和所述竖直驱动装置安装板13铰链连接中心点h的长度c1h，c1h为所述从动臂3上的直线段D(见图3、图6中的直线段D)；所述从动臂3上的直线段D的长度c1h与所述第二保姿态连接杆7的杆长gj相等；所述连架杆6上所述连架杆6和所述第二保姿态连接杆7的铰链连接中心点j与所述连架杆6和所述第一主动臂1的铰链连接中心点c1长度c1j，c1j为所述连架杆6上的直线段E(见图3、图6中的直线段E)；所述竖直驱动装置安装板13上所述竖直驱动装置安装板13和所述第二保姿态连接杆7的铰链连接中心点g与所述竖直驱动装置安装板13和所述从动臂3的铰链连接中心点g长度gh；所述连架杆6上的直线段E的长度c1j与所述竖直驱动装置安装板13上的长度gh的相等；这样所述竖直驱动装置安装板13、从动臂3、连架杆6、第二保姿态连接杆7构成从动支链平行四边形ghc1j结构。
如图3、图4所示，所述机架12、第一主动臂1、连架杆6、第一保姿态连接杆2构成第一主动支链平行四边形ab1c1d结构。如图3、图5所示，所述第二主动臂4、小臂连接杆5、从动臂3、第一主动臂1构成第二主动支链平行四边形efc2b2结构。如图3、图6所示，所述竖直驱动装置安装板13、从动臂3、连架杆6、第二保姿态连接杆7构成从动支链平行四边形ghc1j结构。由于动平台8在主动支链和从动支链的约束下水平布置，且其存在一组相异的直线都平行于机架12，使得动平台始终平行于机架，进而使得末端执行器实现水平运动。
如图1、图2、图3所示，所述第一主动支链通过所述第一驱动装置9安装在所述的机架12上，所述第一主动支链通过所述连架杆6与所述的从动支链连接；所述第二主动支链通过所述第二驱动装置10安装在所述机架12上，所述第二主动支链通过所述从动臂3与所述从动支链连接；所述的从动支链通过所述竖直驱动装置安装板13与所述动平台8连接；所述第一主动支链和所述的从动支链通过共同的第一主动臂1连接；所述动平台8安装在所述竖直驱动装置11下面；如图1、图2、图3所示，所述第一主动支链与所述第二主动支链拥有共同的第一主动臂1，所述第一主动支链与所述第二主动支链通过共同的第一主动臂1交错布置；所述从动支链与所述第一主动支链拥有共同的连架杆6，所述从动支链与所述第二主动支链拥有共同从动臂3；所述动平台8安装在所述竖直驱动装置11下面。
如图1、图2所示，所述机架12上设有第一驱动装置9、第二驱动装置10，所述第一驱动装置9和所述第二驱动装置10同心布置；所述第一主动支链的第一主动臂1、第二主动支链的第二主动臂2分别由所述第一驱动装置9、第二驱动装置10驱动旋转；所述竖直驱动装置11设在所述第一主动支链上，所述动平台8由所述竖直驱动装置11带动着上下运动；所述第一驱动装置9、第二驱动装置10采用伺服电机－减速器结构；所述竖直驱动装置11采用伺服电机－减速器结构或采用气动装置。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。为了达到同样目的，还可以采用扭矩电机驱动，为与其连接的主动臂提供一个转动自由度。在某种应用状况下，也可以采用直线电机的驱动方式，为与其连接的主动臂提供一个移动自由度。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。
Claims (3)
1.一种三自由度搬运机器人，其特征在于该机器人包括机架(12)、第一主动支链、第二主动支链、从动支链、末端执行器、第一驱动装置(9)、第二驱动装置(10)以及竖直驱动装置(11)；所述第一驱动装置(9)由电机和减速机组成，所述第一驱动装置(9)通过螺栓固连在所述机架(12)上，所述第二驱动装置(10)由电机和减速机组成，所述第二驱动装置(10)通过螺栓固连在所述机架(12)上，所述竖直驱动装置(11)安装在竖直驱动装置安装板(13)上，所述第一驱动装置(9)与所述第二驱动装置(10)同心设置；所述末端执行器包括动平台(8)、竖直驱动装置(11)以及竖直驱动装置安装板(13)，所述竖直驱动装置(11)固连在所述竖直驱动装置安装板(13)上，所述动平台(8)固连在所述竖直驱动装置(11)上的动力输出端；所述第一主动支链包括机架(12)、第一主动臂(1)、第一保姿态连接杆(2)以及连架杆(6)，所述第一主动臂(1)通过键与所述第一驱动装置(9)上的减速机配合连接，所述第一主动臂(1)与所述连架杆(6)之间采用转动铰链连接，所述第一保姿态连接杆(2)与所述机架(12)以及所述连架杆(6)之间采用转动铰链连接，所述机架(12)、第一主动臂(1)、连架杆(6)、第一保姿态连接杆(2)通过运动副连接形成平行四边形结构；所述第二主动支链包括第一主动臂(1)、第二主动臂(4)、从动臂(3)以及小臂连接杆(5)，所述第二主动臂(4)通过键与所述第二驱动装置(10)上的减速机配合连接，所述第二主动臂(4)与所述小臂连接杆(5)之间采用转动铰链连接，所述小臂连接杆(5)与所述从动臂(3)之间采用转动铰链连接，所述从动臂(3)与所述第一主动臂(1)之间采用转动铰链连接，所述第二主动臂(4)、小臂连接杆(5)、从动臂(3)、第一主动臂(1)通过运动副连接形成平行四边形结构；所述从动支链包括竖直驱动装置安装板(13)、从动臂(3)、连架杆(6)以及第二保姿态连接杆(7)；所述从动臂(3)与所述竖直驱动装置安装板(13)之间采用转动铰链连接，所述竖直驱动装置安装板(13)与所述第二保姿态连接杆(7)之间采用转动铰链连接，所述第二保姿态连接杆(7)与所述连架杆(6)之间采用转动铰链连接，所述竖直驱动装置安装板(13)、从动臂(3)、连架杆(6)、第二保姿态连接杆(7)通过运动副连接形成平行四边形结构；所述第一主动支链通过所述连架杆(6)与所述从动支链连接，所述第二主动支链通过所述从动臂(3)与所述从动支链连接；所述末端执行器通过所述竖直驱动装置安装板(13)与所述的从动支链连接；所述第一主动支链与所述从动支链通过共同的所述第一主动臂(1)连接；所述第一主动支链中的所述第一主动臂(1)、所述第二主动支链中的所述第二主动臂(4)分别由所述第一驱动装置(9)以及所述第二驱动装置(10)驱动旋转，所述第一主动臂(1)与所述第二主动臂(4)同心设置。
2.根据权利要求1所述的一种三自由度搬运机器人，其特征在于所述第一主动支链与所述第二主动支链拥有共同的所述第一主动臂(1)，所述从动支链与所述第一主动支链拥有共同的所述连架杆(6)，所述从动支链与所述第二主动支链拥有共同的所述从动臂(3)；所述末端执行器与所述从动支链拥有共同的所述竖直驱动装置安装板(13)。
3.根据权利要求1所述的一种三自由度搬运机器人，其特征在于所述第一驱动装置(9)、第二驱动装置(10)采用伺服电机－减速器结构；所述竖直驱动装置(11)采用伺服电机－减速器结构或采用气动装置。
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Cited By (2)
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| CN104690724A (zh) * | 2015-03-23 | 2015-06-10 | 安徽工业大学 | 一种三自由度搬运机器人 |
| CN106272361A (zh) * | 2016-10-07 | 2017-01-04 | 南京理工大学 | 一种可实现二平一转的三自由度机器人机构 |
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2015
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