CN205734889U - 一种三自由度高速工业并联机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工业并联机器人领域。一种三自由度高速工业并联机器人，包括：上六边形盘式定平台，下六边形盘式定平台，摇臂，连接杆，伺服电机，电机支架，圆柱形连接块，光电传感器和旋转球头。该机器人通过上下两个盘式定平台固定伺服电机，摇臂通过其一端的法兰盘固定在伺服电机上，并将其另一端通过旋转球头及连接杆连接至动平台，动平台用来安装加工工具；伺服电机通过法兰盘带动一个摇臂进行转动，每个摇臂通过两个连接杆和四个旋转球头驱动动平台执行延X轴、Y轴和Z轴三个轴的直线运动，完成流水线作业任务。机器人整体体积小，结构简单，振动小、偏于维护，适用于自动化流水线上的分拣、装箱工作。

Description

一种三自由度高速工业并联机器人

技术领域

本实用新型属于工业并联机器人领域，特别涉及于一种三自由度高速工业并联机器人。

背景技术

随着科学技术的发展，工业机器人作为机器人领域的一大分支，越来越多的应用于工业生产中，代替或者辅助人类完成一些复杂的工业生产任务，比如焊接，码垛，清洗等。工业机器人主要分为两类，串联机器人和并联机器人。前者的研究起步比较早，主要结构为六个转动轴的机械臂，其运动学、动力学、轨迹规划和控制的相关研究也比较成熟。并联机器人主要由多条运动支链同时运动，共同驱动末端的动平台执行运动。相比于串联机器人，并联机器人有着许多先天的优势，比如结构简单、刚度高、无误差积累、运动部件质量小、易于实现高速运动等。目前并联机器人大批量的出现在工厂里，主要应用于工业流水线上，完成快速抓取、高速物体分拣以及搬运等任务。

1985年，洛桑联邦理工学院（EPFL）的 Clavel 博士提出了一种全新的并联机器人结构，即著名的 DELTA 机械手，其主要由三个相同的平行四边形结构实现机器人三个自由度的运动。Clavel 博士将它应用于制造和包装线，主要用来取和放轻质量的物体。在并联机器人的工业应用中，DELTA机器人是很成功的案例。由于它可以将驱动器放置在基座，大大降低了机器人的惯性，而且使用低质量的杆件，使得 DELTA 机器人可以在实验环境下加速度可以达到50g，在工业应用中可以达到 12g。目前，DELTA 机器人大量出现在生产线上，具有很好的应用前景。

发明内容

本实用新型在现有DELTA机器人的基础上，提出一种三自由度高速并联工业机器人，用来解决现有机器人体积庞大、结构复杂以及扩展性差等缺点。

本实用新型的技术方案：一种三自由度高速并联工业机器人，其特征在于它包括电机驱动单元、传动单元和执行单元；其中，所述电机驱动单元的输入端接收工作站发出的驱动信号，其输出端与传动单元的输入端连接；所述执行单元的输入端与传动单元的输出端连接，其输出端与一些加工工具相连，完成指定的动作任务。

所述的传动单元主要包括：上六边形定平台，下六边形定平台，三个摇臂，六根连接杆，三台伺服电机，三个电机支架，三个圆柱形连接块，三个光电传感器和若干个旋转球头。所述的执行单元主要包括一个圆形动平台。所述并联机器人主体定平台为两块等规格大小6mm厚的六边形铝板，三个圆柱形连接块和三块电机支架用螺纹连接的方式将上下两块定平台进行固定；所述每块定平台上都设计有若干个4mm通孔，用来将机器人和外置架子进行连接，以及安装小型的摄像头；所述下六边形定平台上设计有1mm深的矩形槽用来固定电机支架，防止其径向异动；所述三台伺服电机分别利用螺栓固定在三个电机支架上；所述三个摇臂通过一端的法兰盘固定在三台伺服电机上，每个摇臂另一端上有3mm的螺纹孔，用来连接两个连接杆；所述连接杆两端都安装有M3旋转球头，并通过两端的旋转球头连接摇臂和动平台；所述动平台通过六个旋转球头与六个连接杆相连，并且保持始终与机器人下六边形定平台保持平行；所述动平台上面设计有若干个螺纹孔可以用来安装吸盘、焊枪等加工工具；所述三块光电传感器通过螺纹连接固定在下六边形定平台上，用来检测运动过程中摇臂是否回归零点位置。

所述三自由度高速工业并联机器人材料主要选择铝合金、铜、碳和尼龙等轻型材料。

所述三自由度高速工业并联机器人主要采取伺服电机驱动方式进行运动，三个同型号的伺服电机安装在上下两块六边形定平台之间，增加机器人稳定性。

所述三自由度高速工业并联机器人的每个伺服电机通过法兰盘带动一个摇臂进行转动；所述每个摇臂通过两个连接杆和四个旋转球头驱动动平台执行延X轴、Y轴和Z轴三个轴的直线运动，通过一定的控制算法可以使安装在动平台上的加工工具完成一些复杂的任务。

本发明的 优点和有益效果：

1.本实用新型的三自由度高速并联机器人的定平台由两块尺寸相同六边形铝板组成，电机和一些传感器可以固定在两块定平台之间，增加了机器人整体运动的稳定性。每块定平台都设计有若干个连接孔用来安装其他设备，例如摄像头，传感器等。同时，动平台上也设计有若干个连接孔可以用来安装吸盘，焊枪等加工工具，机器人的整体扩展性比较好。

2.该并联机器人，主要采用铝合金、铜、碳和尼龙等轻型材料，在保证机器人运动刚度的同时，减轻机器人的整体重量，减小机器人运动惯性使运动更加柔顺。

3.该并联机器人虽然整体体积小，结构简单，但是可以完成多种复杂的工作任务，且该机器人模块化比较高，设备维护方便，适用于小型车间作业。

附图说明

图1为本实用新型所涉的一种三自由度高速并联机器人控制流程框图。

图2为本实用新型所涉的一种三自由度高速并联机器人结构整体示意图。

图3为本实用新型所涉的一种三自由度高速并联机器人的上定平台示意图。

图4为本实用新型所涉的一种三自由度高速并联机器人的下定平台示意图。

图5为本实用新型所涉的一种三自由度高速并联机器人的动平台示意图。

图6为本实用新型所涉的一种三自由度高速并联机器人的摇臂示意图。

图中，1.上六边形定平台，2.下六边形定平台，3.摇臂，4.动平台，5.连接杆，6.伺服电机，7.电机支架，8.圆柱形连接块，9.光电传感器，10.旋转球头，11.电机支架连接孔，12.电机支架槽，13.设备扩展孔，14.旋转球头连接孔I，15.工具扩展孔，16.连接法兰盘，17.旋转球头连接孔II。

具体实施方式

一、一种三自由度高速工业并联机器人结构组成

如图1所示，是三自由度高速工业并联机器人的控制流程图，其特征在于它包括电机驱动单元、传动单元和执行单元；其中，所述电机驱动单元的输入端接收工作站发出的驱动信号，其输出端与传动单元的输入端连接；所述执行单元的输入端与传动单元的输出端连接，其输出端与一些加工工具相连，完成指定的动作任务。

如图2所示，是本实用新型提出的一种三自由度工业并联机器人，主要包括：1.上六边形定平台，2.下六边形定平台，3.摇臂，4.动平台，5.连接杆，6.伺服电机，7.电机支架，8.圆柱形连接块，9.光电传感器，10.旋转球头。所述并联机器人主体定平台为两块等规格大小6mm厚的六边形铝板1、2，三个圆柱形连接块8和三块电机支架7用螺纹连接的方式将上下两块定平台1、2进行固定；所述每块定平台上都设计有若干个4mm设备扩展孔13（见图3，图4），用来将机器人和外置架子进行连接，以及安装小型的摄像头；所述下六边形定平台2上设计有1mm深的电机支架槽12（见图4）用来固定电机支架7，防止其径向异动；所述三台伺服电机6分别利用螺栓固定在三个电机支架7上；所述三个摇臂3通过一端的连接法兰盘16（见图6）固定在三台伺服电机6上，每个摇臂3另一端上有3mm的旋转球头连接孔II（见图6），用来连接两个连接杆5；所述连接杆5两端都安装有M3旋转球头10，并通过两端的旋转球头连接摇臂3和动平台4；所述动平台4通过六个旋转球头10与六个连接杆5相连，并且保持始终与机器人下六边形定平台2保持平行；所述动平台4上面设计有若干个工具扩展孔15（见图5）可以用来安装吸盘、焊枪等加工工具；所述三块光电传感器9通过螺纹连接固定在下六边形定平台2上，用来检测运动过程中摇臂是否回归零点位置。

所述三自由度高速工业并联机器人材料主要选择铝合金、铜、碳和尼龙等轻型材料。

所述三自由度高速工业并联机器人主要采取伺服电机6驱动方式进行运动，三个同型号的伺服电机6安装在上下两块六边形定平台1、2之间，增加机器人稳定性。

所述三自由度高速工业并联机器人的每个伺服电机6通过连接法兰盘16（见图6）带动一个摇臂3进行转动；所述每个摇臂3通过两个连接杆5和四个旋转球头10驱动动平台执行延X轴、Y轴和Z轴三个轴的直线运动，通过一定的控制算法可以使安装在动平台上的加工工具完成一些复杂的任务。

二、 工业 机器人 运动 工作流程

阶段一：控制信号输入

电机控制器获得工作站输入的控制信号，驱动电机运动。

阶段二：驱动力的传递

电机通过安装在电机轴上的法兰盘带动摇臂产生旋转运动，摇臂通过安装在一端的旋转球头带动连接杆在垂直面内产生平面运动。

阶段三：动平台产生运动

六个连接杆通过旋转球头连接动平台，动平台在连接杆的带动下进行延XYZ三个轴的直线运动，并同时与定平台保持平行。

Claims (4)

1.一种三自由度高速工业并联机器人，其特征在于它包括电机驱动单元、传动单元和执行单元；其中，所述电机驱动单元的输入端接收工作站发出的驱动信号，其输出端与传动单元的输入端连接；所述执行单元的输入端与传动单元的输出端连接，其输出端与一些加工工具相连，完成指定的动作任务。

2.根据权利要求1所述的三自由度高速工业并联机器人，其特征在于主要采取伺服电机驱动方式进行运动，三个同型号的伺服电机安装在上下两块六边形盘式定平台之间。

3.根据权利要求1所述的三自由度高速工业并联机器人，其特征在于主要包括：上六边形盘式定平台，下六边形盘式定平台，三个摇臂，六根连接杆，三台伺服电机，三个电机支架，三个圆柱形连接块，三个光电传感器和若干个旋转球头；所述的执行单元主要包括一个圆形动平台；所述并联机器人主体定平台为两块等规格大小6mm厚的六边形盘式铝板，三个圆柱形连接块和三块电机支架用螺纹连接的方式将上下两块盘式定平台进行固定；所述每块盘式定平台上都设计有若干个4mm通孔，用来将机器人和外置架子进行连接，以及安装小型的摄像头；所述下六边形盘式定平台上设计有1mm深的矩形槽用来固定电机支架，防止其径向异动；所述三台伺服电机分别利用螺栓固定在三个电机支架上；所述三个摇臂通过一端的法兰盘固定在三台伺服电机上，每个摇臂另一端上有3mm的螺纹孔，用来连接两个连接杆；所述连接杆两端都安装有M3旋转球头，并通过两端的旋转球头连接摇臂和动平台；所述动平台通过六个旋转球头与六个连接杆相连，并且保持始终与机器人下六边形盘式定平台保持平行；所述动平台上面设计有若干个螺纹孔可以用来安装加工工具，用于生产线上；所述三块光电传感器通过螺纹连接固定在下六边形盘式定平台上，用来检测运动过程中摇臂是否回归零点位置。

4.根据权利要求1所述的三自由度高速工业并联机器人，其特征在于每个伺服电机通过法兰盘带动一个摇臂进行转动；所述每个摇臂通过两个连接杆和四个旋转球头驱动动平台执行延X轴、Y轴和Z轴三个轴的直线运动。