CN106272362A - 一种可实现整周回转的四自由度机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现整周回转的四自由度机器人机构,包括固定架、动平台、转动连接在固定架上的旋转台、布置在所述旋转台与动平台之间的第一、第二和第三支链;所述三条支链均包括近架杆、两个平行且等长的远架杆,所述第三支链还包括转换叉,所述转换叉与固定架固接,所述近架杆的一端与旋转台或转换叉连接,另一端与远架杆球铰接,所述远架杆与动平台球铰接,所述动平台包括可以相互转动的主平台和副平台。该机构可实现整周回转,具有工作空间机架体积比大的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人机构,特别是一种可实现整周回转的四自由度机器人机构。
背景技术
在电子、食品、医药、轻工等行业的自动化包装、封装和物流生产线中,需要借助机械手从某一位置抓取某一物体,然后在平面内作大范围的快速移动,并按照给定的角度和高度将被抓取的该物体放置到另一位置。美国专利US4392776(或EP0065859、JP57194888、ES8307152、EP0065859、IE820902L、IE52774)、US5000653(或WO8700789、EP0232292、ES2001359、DE35287769)、US2005087034(或EP1525957、JP2005125489、DE10349452)、US6212968(或DE19934973)、欧洲专利EP0169473(或JP61109681)、日本专利JP2003275977、JP2003275978、JP2003275987、保加利亚专利BG5129以及中国专利CN1779936等,均涉及了一种三自由度或四自由度SCARA(Selective Compliance Assemble Robot Arm)型机器人。该类机器人的主动臂一端通过转动副与机座连接,主动臂另一端通过回转副与从动臂的一端连接,两转动轴线平行,从而使主动臂与从动臂构成两自由度平面关节串联机器人机构;从动臂的另一端设置有末端执行器,末端执行器相对于从动臂具有一个回转自由度和一个移动自由度,回转自由度的轴线与主动臂及从动臂的回转轴线平行,移动自由度的方向垂直于主动臂及从动臂的运动平面。各驱动装置可直接设置于两相对运动构件的关节上,也可固定在基座上,然后通过传动装置驱动各关节。此类机器人可实现在运动平面内的整周回转,因此具有较大的运动空间,但是,由于采用开环结构,所以主动臂和从动臂的惯性较大,其刚度和精度较低。
专利WO 02/22320公开了一种采用并联构型的具有三维平动的机器人,该机构由固定架、动平台以及连接固定架和动平台的A、B、C三条支链组成。支链A和B的主动臂通过同轴的两个可转动的驱动装置安装在固定架上,为动平台提供水平面内的驱动;支链C的驱动装置固定在支链A或支链B的主动臂上,为支链C的主动提供转动驱动,进而为动平台提供垂直方向的驱动;三条支链的主动臂和从动臂通过球铰链连接;三条支链的从动臂也均通过球铰链与动平台相连,而且与动平台相连的球铰链分布在同一直线上。此种布局,不仅使动平台设计困难,而且动平台需要较大尺寸,另外,由于支链C的驱动装置固定在支链A和B其中的一个主动臂上,会导致支链A和B受力和运动部件的惯性的不对称,支链C不总是在支链A和B的中间位置,会导致刚度、精度和加速度的不对称。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现整周回转的高速并联机器人机构。
实现本发明目的的技术解决方案是:一种可实现整周回转的四自由度机器人机构,包括固定架、旋转台、旋转台驱动装置、动平台以及连接旋转台与动平台之间的第一支链、第二支链和第三支链,其中,
所述旋转台驱动装置与固定架固接,旋转台与固定架转动连接,且与旋转台驱动装置的驱动端固接;
所述第一支链和第二支链结构完全相同,且分布在第三支链的两侧;
所述第一支链包括第一驱动装置、第一近架杆、第一上连接轴、两个平行且等长的第一远架杆和第一下连接轴;第一驱动装置与旋转台固接,第一近架杆的一端与旋转台转动连接,且与第一驱动装置的驱动端固接,第一近架杆的另一端与第一上连接轴固接;第一远架杆一端与第一上连接轴球铰接,另一端与固接在动平台上的第一下连接轴球铰接;
所述第二支链包括第二驱动装置、第二近架杆、第二上连接轴、两个平行且等长的第二远架杆和第二下连接轴;第二驱动装置与旋转台固接,第二近架杆的一端与旋转台转动连接,且与第二驱动装置的驱动端固接,第二近架杆的另一端与第二上连接轴固接;第二远架杆一端与第二上连接轴球铰接,另一端与固接在动平台上的第二下连接轴球铰接;
所述第三支链包括第三驱动装置、转换叉、第三近架杆、第三上连接轴、两个平行且等长的第三远架杆、第三支撑杆和第三下连接轴;转换叉与旋转台固接,第三驱动装置与转换叉固接,第三近架杆的一端与转换叉转动连接,且与第三驱动装置的驱动端固接,第三近架杆的另一端与第三上连接轴固接;第三远架杆一端与第三上连接轴球铰接,另一端与固接在动平台上的第三下连接轴球铰接;两个平行且等长的第三远架杆之间固接有支撑杆;
所述动平台包括主平台和副平台,主平台与副平台转动连接。第一支链和第二支链均与主平台连接,第三支链与副平台连接;
连接所述第一近架杆和旋转台的转动轴线、连接第二近架杆和旋转台的转动轴线相互平行,且与连接第三近架杆和转换叉的转动轴线相互垂直。
所述主平台上固接有内齿轮,副平台上转动连接有小齿轮,内齿轮与小齿轮啮合,两者构成齿轮副,小齿轮固接有末端执行器。
所述主平台上固接有圆导轨,副平台上固接有圆滑块,圆滑块与圆导轨构成导轨副。
本发明与现有技术相比,其显著优点为:本发明的结构可实现整周回转的四自由度平动,可满足复杂抓放操作的要求,具有大的工作空间-机架体积比,整机刚度、精度好,具有较高速度和加速度能力,运动学和动力学性能具有轴对称性。
附图说明
图1为本发明的可实现整周回转的四自由度机器人机构的结构示意图。
图2为动平台的结构示意图。
图3为主平台的结构示意图。
图4为副平台的结构示意图。
图中编号所代表的含义为:
1、固定架,2、旋转台,3、旋转台驱动装置,4、内齿轮,5、小齿轮,6、主平台,7、副平台,8、末端执行器,9、圆滑块,10、圆导轨,11、第一驱动装置,12、第一近架杆,13、第一上连接轴,14、第一远架杆,15、第一下连接轴,21、第二驱动装置,22、第二近架杆,23、第二上连接轴,24、第二远架杆,25、第二下连接轴,31、第三驱动装置,32、转换叉,33、第三近架杆,34、第三上连接轴,35、第三远架杆,36、支撑杆,37、第三下连接轴。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述:
结合附图1-4,本发明的一种可实现整周回转的四自由度机器人机构,包括固定架1、旋转台2、旋转台驱动装置3、动平台以及连接旋转台2与动平台之间的第一支链、第二支链和第三支链,
所述旋转台驱动装置3与固定架1固接,所述旋转台2与固定架1转动连接,且与所述旋转台驱动装置3的驱动端固接;
所述第一支链和第二支链结构完全相同,且分布在第三支链的两侧;
所述第一支链包括第一驱动装置11、第一近架杆12、第一上连接轴13、两个平行且等长的第一远架杆14和第一下连接轴15;所述第一驱动装置11与旋转台2固接,所述第一近架杆12的一端与旋转台2转动连接,且与第一驱动装置11的驱动端固接,第一近架杆12的另一端与第一上连接轴13固接;所述第一远架杆14一端与所述第一支链上连接轴13球铰接,另一端与固接在所述动平台上的第一下连接轴15球铰接;
所述第二支链包括第二驱动装置21、第二近架杆22、第二上连接轴23、两个平行且等长的第二远架杆24和第二下连接轴25;所述第二驱动装置21与旋转台2固接,所述第二近架杆22的一端与旋转台2转动连接,且与第二驱动装置21的驱动端固接,第二近架杆22的另一端与第二上连接轴23固接;所述第二远架杆24一端与所述第二上连接轴23球铰接,另一端与固接在所述动平台上的第二下连接轴25球铰接;
所述第三支链包括第三驱动装置31、转换叉32、第三近架杆33、第三上连接轴34、两个平行且等长的第三远架杆35、支撑杆36和第三下连接轴37;所述转换叉32与旋转台2固接,所述第三驱动装置31与转换叉32固接,所述第三近架杆33的一端与转换叉32转动连接,且与第三驱动装置31的驱动端固接,第三近架杆33的另一端与第三上连接轴34固接;所述第三远架杆35一端与所述第三上连接轴34球铰接,另一端与固接在所述动平台上的第三下连接轴37球铰接;所述两个平行且等长的第三远架杆35之间固接有支撑杆36;
所述动平台包括主平台6和副平台7,所述主平台6与副平台7转动连接。所述第一支链和第二支链均与主平台连接,所述第三支链与副平台7连接;
连接所述第一近架杆12和旋转台2的转动轴线、连接所述第二近架杆22和旋转台2的转动轴线相互平行,且与连接所述第三近架杆33和转换叉32的转动轴线相互垂直。
所述主平台6上固接有内齿轮4,所述副平台7上转动连接有小齿轮5,所述内齿轮4与小齿轮5啮合,两者构成齿轮副,所述小齿轮5固接有末端执行器8。
所述主平台6上固接有圆导轨10,所述副平台7上固接有圆滑块9,所述圆滑块9与圆导轨10构成导轨副。
本发明的结构可实现整周回转的四自由度平动,可满足复杂抓放操作的要求,具有大的工作空间-机架体积比,整机刚度、精度好,具有较高速度和加速度能力,运动学和动力学性能具有轴对称性。
Claims (3)
1.一种可实现整周回转的四自由度机器人机构,包括固定架[1]、旋转台[2]、旋转台驱动装置[3]、动平台以及连接旋转台[2]与动平台的第一支链、第二支链和第三支链,其特征在于,
所述旋转台驱动装置[3]与固定架[1]固接,所述旋转台[2]与固定架[1]转动连接,且与所述旋转台驱动装置[3]的驱动端固接;
所述第一支链和第二支链结构完全相同,二者分布在第三支链的两侧;
所述第一支链包括第一驱动装置[11]、第一近架杆[12]、第一上连接轴[13]、两个平行且等长的第一远架杆[14]和第一下连接轴[15];所述第一驱动装置[11]与旋转台[2]固接,所述第一近架杆[12]的一端与旋转台[2]转动连接,且与第一驱动装置[11]的驱动端固接,第一近架杆[12]的另一端与第一上连接轴[13]固接;所述第一远架杆[14]一端与所述第一支链上连接轴[13]球铰接,另一端与固接在所述动平台上的第一下连接轴[15]球铰接;
所述第二支链包括第二驱动装置[21]、第二近架杆[22]、第二上连接轴[23]、两个平行且等长的第二远架杆[24]和第二下连接轴[25];所述第二驱动装置[21]与旋转台[2]固接,所述第二近架杆[22]的一端与旋转台[2]转动连接,且与第二驱动装置[21]的驱动端固接,第二近架杆[22]的另一端与第二上连接轴[23]固接;所述第二远架杆[24]一端与所述第二上连接轴[23]球铰接,另一端与固接在所述动平台上的第二下连接轴[25]球铰接;
所述第三支链包括第三驱动装置[31]、转换叉[32]、第三近架杆[33]、第三上连接轴[34]、两个平行且等长的第三远架杆[35]、支撑杆[36]和第三下连接轴[37];所述转换叉[32]与旋转台[2]固接,所述第三驱动装置[31]与转换叉[32]固接,所述第三近架杆[33]的一端与转换叉[32]转动连接,且与第三驱动装置[31]的驱动端固接,第三近架杆[33]的另一端与第三上连接轴[34]固接;所述第三远架杆[35]一端与所述第三上连接轴[34]球铰接,另一端与固接在所述动平台上的第三下连接轴[37]球铰接;所述两个平行且等长的第三远架杆[35]之间固接有支撑杆[36];
所述动平台包括主平台[6]和副平台[7],所述主平台[6]与副平台[7]转动连接,所述第一支链和第二支链均与主平台连接,所述第三支链与副平台[7]连接;
连接所述第一近架杆[12]和旋转台[2]的转动轴线、连接所述第二近架杆[22]和旋转台[2]的转动轴线相互平行,且与连接所述第三近架杆[33]和转换叉[32]的转动轴线相互垂直。
2.根据权利要求1所述的可实现整周回转的四自由度机器人机构,其特征在于,所述主平台[6]上固接有内齿轮[4],所述副平台[7]上转动连接有小齿轮[5],所述内齿轮[4]与小齿轮[5]啮合,两者构成齿轮副,所述小齿轮[5]固接有末端执行器[8]。
3.根据权利要求1所述的可实现整周回转的四自由度机器人机构,其特征在于,所述主平台[6]上固接有圆导轨[10],所述副平台[7]上固接有圆滑块[9],所述圆滑块[9]与圆导轨[10]构成导轨副。
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