CN218364750U - 高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构及工件搬运装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构及工件搬运装置，包括动平台、定平台和连接两个平台的支链结构，所述支链结构由多组并联的两两对称设置的支链组成，每一支链含有一个移动副，每一支链包括第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆通过所述移动副连接，所述移动副为驱动副。在动平台上加装载物台形成工件搬运装置。本实用新型构型简单、结构紧凑、四条支链两两对称分布的并联机构，其承载能力强，驱动移动副即可实现动平台的平移和多方向所需角度的倾斜，适用于各种工件的搬运。

Description

高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构及工件搬运装置

技术领域

本实用新型属于物品搬运技术领域，特别涉及一种并联设计能实现工作台两方向平移和两方向旋转的高刚度搬运机构，以及加装有载物台的工件搬运装置，能用于玻璃等工件的装载、搬运。

背景技术

在工业制造、加工中，经常需要对流水线中的工件进行搬动、转运，例如玻璃深加工生产过程中，需要对玻璃样品、玻璃原片、成品等进行转移搬运，搬运中要求工件运动平稳、位置精确。现有的玻璃搬运机器人，例如专利文献CN 114380053(文献1)公开了一种玻璃搬运机器人，其叉运检测机构(1)能够实现沿纵向、横向、竖向移动，以及水平旋转，且实现在运动过程由快速到减速，达到平稳搬取和放置工件的工作状态，但其横向移动机构(4)和纵向移动机构(5)占用空间较大，上下移动机构(2)和旋转机构(3)组成的支链复杂，结构刚度不够，单一的上下移动机构(2)作为驱动副驱动力不足，作为工作台的叉运检测机构(1)与上下移动机构(2)单臂相连，承载能力较差，控制系统略复杂，无法实现工件在两个方向上的转动要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，从而能解决现有技术存在的问题。

一种高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，包括动平台、定平台和连接两个平台的支链结构，所述支链结构由多组并联的两两对称设置的支链组成，每一支链含有一个移动副。

如上所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，每一支链包括第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆通过所述移动副连接，所述移动副为驱动副。

如上所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，所述动平台为十字结构，十字结构末端均设有用于与各支链的一端连接的虎克铰支座，支链设两组共四个，每组中的两个支链在十字结构中对称分布。

如上所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，所述定平台为矩形平台，在与动平台上虎克铰支座纵向对位处安装有左、右对称的两个球铰支座和前、后对称的两个虎克铰支座，定平台上球铰支座和虎克铰支座与各支链的另一端连接。

如上所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，所述支链分为两组，组成第一组的第一支链和第三支链结构相同且在十字结构中左、右对称，组成第二组的第二支链和第四支链结构相同且在十字结构中前、后对称。

所述第一支链或第三支链的第一连杆顶端通过一转动副和动平台对位的虎克铰支座连接，第二连杆的末端通过一球副和定平台对位的球铰支座连接；移动副的运动方向与转动副的转动轴线垂直，且移动副移动方向的轴线通过球副的球心。

所述第二支链或第四支链的第一连杆顶端通过第一虎克铰和动平台对位的虎克铰支座连接，第二连杆末端通过第二虎克铰和定平台对位的虎克铰支座连接；第一虎克铰与第二虎克铰的转动轴线相互平行且与移动副移动方向垂直。

本实用新型还提供一种工件搬运装置，是在所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构的动平台外侧面安装载物台。所述载物台为气动吸盘或带护板的载物框架。

以上所述工件搬运装置，在工件搬运机构的定平台外侧面加装移动小车。

本实用新型提供的高刚度两平移两转动并联工件搬运机构，结构紧凑，构型简单，驱动副易控制，且都为移动副，四条支链支撑的动平台承载能力强且稳定，便于实现精准控制，避免了文献1驱动副的驱动力不足导致承载能力弱的情况，提高机构的承载能力、驱动稳定性、整体刚度等性能，增加了机构的可操作性。本实用新型通过驱动四个移动副，驱动动平台相对于定平台实现空间两个方向的平移运动和两个方向的旋转运动。该并联机构支链对称分布，驱动副的运动方向相同，其承载能力强，计算和控制简单，在动平台上可加装气动吸盘或带护板的载玻平台，能用于玻璃的搬运及分拣，动平台上加装的载物台可根据装载工件进行更换，本实用新型搬运机构能适用于对各种工件的搬运。

附图说明

图1为本实用新型并联工件搬运机构的三维结构示意图；

图2为图1三维结构的分件标示图；

图3为本实用新型并联搬运机构动平台相对定平台纵向(Z轴)平移工作示意图；

图4为本实用新型并联搬运机构动平台相对定平台水平方向(X轴)平移工作示意图；

图5为本实用新型并联搬运机构动平台绕定平台Y轴旋转工作示意图；

图6显示本实用新型并联搬运机构动平台绕定平台X轴向内(V2＞V4)旋转工作示意图；

图7显示显示本实用新型并联搬运机构动平台绕定平台X轴向外(V2＜V4)旋转工作示意图；

图8显示本实用新型并联搬运机构用于玻璃搬运时动平台加装气动吸盘示意图；

图9显示本实用新型并联搬运机构用于物品搬运时动平台加装载物框架示意图。

图中标号含义：

1为第一支链，1-1为第一支链第一连杆，1-2为第一支链第二连杆，1A为第一支链转动副，1B为第一支链移动副，1C为第一支链球副；

2为第二支链，2-1为第二支链第一连杆，2-2为第二支链第二连杆，2A为第二支链第一虎克铰，2B为第二支链移动副，2C为第二支链第二虎克铰；

3为第三支链，3-1为第三支链第一连杆，3-2为第三支链第二连杆，3A为第三支链转动副，3B为第三支链移动副，3C为第三支链球副；

4为第四支链，4-1为第四支链第一连杆，4-2为第四支链第二连杆，4A为第四支链第一虎克铰，4B为第四支链移动副，4C为第四支链第二虎克铰；

5为动平台，6为定平台，7为气动吸盘，8为载物框架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供一种高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，如图1所示，该并联工件搬运机构包括动平台5、定平台6和连接两个平台的支链结构，定平台6为一固定平台，该平台安装有左、右对称的两个球铰支座，前、后对称的两个虎克铰支座；动平台5为装载所搬运工件的工作平台，可设计为最简洁的十字结构，十字结构末端均设有虎克铰支座(用于和各支链连接)；动平台5与定平台6有间距，在动平台5十字结构末端和定平台6之间设置有至少两组支链组成的支链结构，每个支链都连接在动平台与定平台相对的两个铰支座之间，支链的数量与动平台5的结构形式匹配，例如动平台5为十字结构，支链对应为两组共四个，可分为第一支链1、第二支链2、第三支链3和第四支链4，且设定组成第一组的第一支链1和第三支链3结构相同(具体结构后述)且对称布置在十字结构的“-”线两端(定义为左、右端)，组成第二组的第二支链2和第四支链4结构相同(具体结构后述)且对称布置在十字结构的“|”线两端(定义为前、后端)。作为示例，由矩形定平台6、十字结构动平台5和四个支链(第一支链1、第二支链2、第三支链3和第四支链4)组合形成的并联搬运机构呈现为如图1所示的在X轴、Y轴和Z轴的三维立体结构，其动平台5能借助两两并联、对称分布的支链状态变化相对于定平台6在空间上实现两个方向的平移(沿Z轴或X轴)和两个方向的旋转(沿X轴或Y轴)。以下进一步详述：

本实用新型的并联搬运机构中，所有的支链均含有一个移动副，图1所示的搬运机构实例中共含有四个移动副，结合图2所示，分别为第一支链移动副1B、第二支链移动副2B、第三支链移动副3B、第四支链移动副4B，且四个移动副1B、2B、3B、4B的移动方向相互平行，且所有的移动副均为驱动副(能通过电机控制驱动)。具体的支链结构结合图2所示，其中：

如前设定，第一支链1、第三支链3结构相同且在一方向对称布置(图1布置在X轴方向)。第一支链1包括第一支链第一连杆1-1、第一支链第二连杆1-2、第一支链转动副1A、第一支链移动副1B、第一支链球副1C，第一支链第一连杆1-1顶端通过第一支链转动副1A和动平台5对位的虎克铰支座连接，第一支链第二连杆1-2顶端通过第一支链移动副1B和其第一连杆1-1末端连接，第一支链第二连杆1-2末端通过第一支链球副1C和定平台6对位的球铰支座连接；第一支链1中，第一支链转动副1A的转动轴线与第一支链移动副1B的运动方向垂直，且移动副1B移动方向的轴线通过第一支链球副1C中心。

与第一支链1结构相同，第三支链3包括第三支链第一连杆3-1、第三支链第二连杆3-2、第三支链转动副3A、第三支链移动副3B、第三支链球副3C，第三支链第一连杆3-1顶端通过第三支链转动副3A和动平台5对位的虎克铰支座连接，第三支链第二连杆3-2顶端通过第三支链移动副3B和其第一连杆3-1末端连接，第三支链第二连杆3-2末端通过第三支链球副3C和定平台6对位的球铰支座连接；第三支链中，第三支链转动副3A的转动轴线与第三支链移动副3B的运动方向垂直，且移动副3B移动方向的轴线通过第三支链球副3C中心。

如前设定，机构第二支链2、第四支链4结构相同且在另一方向对称布置(图1布置在Y轴方向)。第二支链2包括第二支链第一连杆2-1、第二支链第二连杆2-2，以及第二支链第一虎克铰2A、第二支链移动副2B、第二支链第二虎克铰2C。第二支链第一连杆2-1顶端通过第二支链第一虎克铰2A和动平台5对位的虎克铰支座连接，第二支链第一连杆2-1末端通过移动副2B和第二支链第二连杆2-2顶端连接，第二支链第二连杆2-2末端通过第二支链第二虎克铰2C和定平台6对位的虎克铰支座连接；第二支链2中，第二支链第一虎克铰2A与第二支链第二虎克铰2C转动轴线相互平行，且其中第二支链第一虎克铰2A、第二支链第二虎克铰2C各一转动轴线与第二支链移动副2B移动方向垂直。

与第二支链2结构相同，第四支链4包括第四支链第一连杆4-1、第四支链第二连杆4-2，以及第四支链第一虎克铰4A、第四支链移动副4B、第四支链第二虎克铰4C。第四支链第一连杆4-1顶端通过第四支链第一虎克铰4A和动平台5对位的虎克铰支座连接，第四支链第一连杆4-1末端通过移动副4B和第四支链第二连杆₄-2顶端连接，第四支链第二连杆4-2末端通过第四支链第二虎克铰4C和定平台6对位的虎克铰支座连接；第四支链4中，第四支链第一虎克铰4A与第四支链第二虎克铰4C转动轴线相互平行，且其中第四支链第一虎克铰4A、第四支链第二虎克铰4C各一转动轴线与第四支链移动副4B移动方向垂直。

按以上说明安装得到包括动平台5、定平台6和第一支链1、第二支链2、第三支链3和第四支链4的高刚度两平移两旋转并联搬运机构，且支链结构中第一支链移动副1B、第二支链移动副2B、第三支链移动副3B、第四支链移动副4B的移动方向相互平行(在图1中为上、下移动)，第一支链1、第三支链3中的转动副的转动方向与自身移动副移动方向垂直，第二支链2、第四支链4中的所有虎克铰转动轴方向均与自身支链的移动副移动方向有垂直。

以上说明中的移动副、转动副、球副(也称球面副)、虎克铰(能够提供两个自由度的铰链机构)均可使用已有市售商品。

以下进一步结合附图以示例的方式介绍本实用新型高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构(以图1结构为例)几种典型工作状态，其中V1、V2、V3、V4分别为第一、二、三、四支链移动副的移动速度，移动副均为驱动副，可用伺服电机+丝杠式推拉杆精确控制速度和位置；定义L₁、L₂、L₃、L₄分别为第一、二、三、四支链竖直位置时的初始长度，L₁＝L₃、L₂＝L₄，且L₂＜L₁。

例如，图3显示为移动副同时伸长(V1＝V2＝V3＝V4)，动平台向远离定平台的方向移动(动平台沿Z轴向上)。与图3方向相反，控制移动副同时回缩(V1＝V2＝V3＝V4)，动平台向接近定平台的方向移动(动平台沿Z轴向下)。

再例如，图4显示动平台水平移动状态。设动平台水平移动距离为x，则第一支链和第三支链伸长的距离(ΔL₁和ΔL₃)为：

第二支链和第四支链伸长的距离(ΔL₂和ΔL₄)为：

由于L₂＜L₁，所以ΔL₂＞ΔL₁时，即调整移动副速度：V1＝V3，V2＝V4，V2＞V1，使得四个支链的伸长量符合上述关系时，可以保持动平台水平向侧方(沿X轴)平移。

再例如，图5显示调整移动副速度V1＞V3，使得第一支链伸长，同时第三支链收缩，变化量(ΔL₁和ΔL₃)为：

其中：L₁₃为动平台上第一支链和第三支链虎克铰支座的间距，α为动平台绕定平台短轴(Y轴)逆时针旋转的角度(参见图5所示，其中X1平行于X轴)。

上述移动量使得动平台倾斜向第三支链所在一侧。

再例如，图6显示调整移动副速度V2＞V4，使得第二支链伸长，同时第四支链收缩，第二支链伸长ΔL₂，第二支链缩短ΔL₄：

其中：L₂₄为动平台上第二支链和第四支链虎克铰支座的间距，β为动平台绕长轴旋转的角度(参见图6所示，其中Y1平行于Y轴)。

遵照上述比例关系设置移动副的速度，可以使得动平台绕定平台长轴(X轴)顺时针旋转而倾斜向第四支链所在一侧，转动角度β。

再例如，图7显示调整移动副速度V2＜V4，使得第二支链收缩，同时第四支链伸长，第二支链收缩ΔL₂，第四支链伸长ΔL₄：

其中：L₂₄为动平台上第二支链和第四支链虎克铰支座的间距，β为动平台绕长轴旋转的角度(参见图7所示，其中Y2平行于Y轴)。

遵照上述比例关系设置移动副的速度，可以使动平台绕定平台长轴(X轴)逆时针旋转而倾斜向第二支链所在一侧。

结合以上示例的动平台的变化状态，在动平台外侧面(如图1所示方向为上面)加装载物台即能利用上述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构进行工件的搬运。载物台形式可根据所需搬运的工件性状设计，例如，用于玻璃的搬运及分拣时，载物台可为气动吸盘7(参见图8所示)或带护板的载物框架8(参见图9所示)，载物台与动平台为可拆卸连接，如此，利用本实用新型的搬运机构，仅需更换载物台，即能对各种对应的工件进行搬运。当然，如在定平台外侧面(如图1所示方向为下面)加装移动小车，还可实现搬运机构的移动。

以下以玻璃生产流水线中气动吸盘搬运玻璃为例，说明利用本实用新型高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构进行玻璃搬运的过程。该例中，待搬运的玻璃水平放置，与气动吸盘接触的面朝上，定平台固定在天花板的吊架上，气动吸盘加装在动平台上，气动吸盘工作面向下：

1)首先驱动动平台从初始状态(动平台与定平台平行)竖直向下运动(移动副同时伸长)，直到气动吸盘接触到玻璃表面，停止运动，待气动吸盘将玻璃吸紧时，再缓慢上升(移动副同时缩短)，直到达到预设高度。

2)达到预设高度后，以上文述及的方式使动平台向X轴平移，将玻璃移动至放置玻璃的玻璃架附近。

3)对于放置玻璃板材环节，最终需要将玻璃放置于玻璃架上，而玻璃架与水平方向成一定角度，在这里以上文述及的方式使动平台绕X轴或Y轴旋转一定角度，实用新型正好可将气动吸盘吸附的玻璃旋转一定角度，并将玻璃倾斜安放在玻璃架上。

4)达到固定角度后，将玻璃平稳放置在玻璃架，驱动气动吸盘放松释放吸附的玻璃板，驱动并联搬运机构整体离开玻璃架回到初始位置且动平台回复初始状态(与定平台平行)，再进行下一块玻璃的运输动作。

以上应用可见，本实用新型高刚度两平移两旋转并联机构，其构型简单，结构紧凑，驱动副易控制，且都为移动副，四条支链两两对称分布，由其支撑的动平台承载能力强(采用50kg推拉杆作为移动副时，在连接杆保持竖直的状态下可承载200kg的工件；在连接杆与竖直方向(Z轴)夹角小于60°的范围内可承载100kg工件)且稳定，通过调整各移动副的速度即可实现工作面(动平台)的平移和多方向所需角度的倾斜，便于实现精准控制，相较于文献1避免了驱动副的驱动力不足导致承载能力弱的情况，提高了机构的承载能力、驱动稳定性、整体刚度等性能，增加了机构的可操作性。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，其特征在于，包括动平台(5)、定平台(6)和连接两个平台的支链结构，所述支链结构由多组并联的两两对称设置的支链组成，每一支链含有一个移动副。

2.根据权利要求1所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，其特征在于，每一支链包括第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆通过所述移动副连接，所述移动副为驱动副。

3.根据权利要求2所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，其特征在于，所述动平台(5)为十字结构，十字结构末端均设有用于与各支链的一端连接的虎克铰支座，支链设两组共四个，每组中的两个支链在十字结构中对称分布。

4.根据权利要求3所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，其特征在于，所述定平台(6)为矩形平台，在与动平台上虎克铰支座纵向对位处安装有左、右对称的两个球铰支座和前、后对称的两个虎克铰支座，定平台上球铰支座和虎克铰支座与各支链的另一端连接。

5.根据权利要求4所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，其特征在于，所述支链分为两组，组成第一组的第一支链(1)和第三支链(3)结构相同且在十字结构中左、右对称，组成第二组的第二支链(2)和第四支链(4)结构相同且在十字结构中前、后对称。

6.根据权利要求5所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，其特征在于，

所述第一支链(1)或第三支链(3)的第一连杆顶端通过一转动副和动平台(5)对位的虎克铰支座连接，第二连杆的末端通过一球副和定平台(6)对位的球铰支座连接；移动副的运动方向与转动副的转动轴线垂直，且移动副移动方向的轴线通过球副的球心。

7.根据权利要求6所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构，其特征在于，

所述第二支链(2)或第四支链(4)的第一连杆顶端通过第一虎克铰和动平台(5)对位的虎克铰支座连接，第二连杆末端通过第二虎克铰和定平台(6)对位的虎克铰支座连接；第一虎克铰与第二虎克铰的转动轴线相互平行且与移动副移动方向垂直。

8.一种工件搬运装置，其特征在于，在权利要求1至7任一项所述高刚度两平移两旋转并联工件搬运机构的动平台外侧面安装载物台。

9.根据权利要求8所述工件搬运装置，其特征在于，所述载物台为气动吸盘或带护板的载物框架。

10.根据权利要求8所述工件搬运装置，其特征在于，在工件搬运机构的定平台外侧面加装移动小车。

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