CN106272362B - 一种可实现整周回转的四自由度机器人机构 - Google Patents

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

一种可实现整周回转的四自由度机器人机构

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。