CN106426106B - 一种四自由度机器人机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面对称四自由度机器人机构，包括固定架、动平台、大转轴、小转轴、布置在所述大转轴与小转轴之间的第一、第二支链以及布置在所述固定架和动平台之间的第三支链；所述大转轴与固定架转动连接，所述小转轴与动平台转动连接；所述三条支链均包含伸缩杆和转换叉，所述第一和第二支链的伸缩杆均通过转动副与大转轴连接，通过转换叉与小转轴连接；所述第三支链的伸缩杆通过虎克铰与静平台连接，通过转换叉与动平台连接。本发明结构紧凑，设计巧妙，整机刚度好、精度高，具有大的工作空间机架体积比。

Description

一种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，特别是涉及一种具有两平两转的四自由度机器人机构。
背景技术
现有专利CN1170658C公布了一种四自由度并联机器人机构,该机构具有四个分支,其中两个分支由转动副、移动副和球副串接组成、两个分支由虎克铰、移动副和球副串接组成。专利CN100354068C公布了由一条恰约束支链和四条无约束主动支链组成的四自由度并联机器人机构，其中恰约束支链限制机构的两个自由度，使机构具有四个自由度，无约束主动支链提供驱动。专利CN102601793B公布了新型空间全对称四自由度并联机构，由四个无约束主动支链和1个中间被动分支组成，且通在过动平台内设置齿轮副实现末端执行器绕动平台中心轴线旋转。专利CN100513062公布了一种四自由度并联机构，其中两个分支由虎克铰、移动副和转动副串接组成、两个分支由虎克铰、移动副和球副串接组成，该机构通过前两个分支提供两个约束，从而实现4自由度。
由此可知，上述专利为实现4个自由度，机构均至少具有4个运动分支，甚至是5条分支，制造成本较高。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种由三条支链组成的四自由度机器人机构。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种四自由度机器人机构，包括固定架、转动连接在固定架上的大转轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、固接在固定架上的大转轴驱动装置、动平台、转动连接在动平台上的小转轴、布置在所述大转轴和小转轴之间的第一支链和第二支链、布置在所述固定架与动平台之间的第三支链，所述第二锥齿轮与固定架转动连接，且与所述大转轴驱动装置的驱动端固接，所述第一锥齿轮固连在大转轴上，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮相啮合；
所述第一支链与第二支链结构完全相同，每条支链均包括驱动装置、长度伸缩杆和转换叉；两个支链的长度伸缩杆均与大转轴转动连接，连接所述长度伸缩杆和大转轴的转动轴线与连接所述固定架和大转轴的转动轴线垂直相交；所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述长度伸缩杆的另一端均与对应的转换叉固接，所述转换叉均与小转轴转动连接；
连接所述第一支链的长度伸缩杆和大转轴的转动轴线、连接所述第一支链的转换叉和小转轴的转动轴线、连接所述第二支链的长度伸缩杆和大转轴的转动轴线、以及连接所述第二支链的转换叉和小转轴的转动轴线共四条轴线相互平行；
所述第三支链包括第三驱动装置、第三长度伸缩杆、第三转动圈、第三转换叉；所述第三转动圈与固定架转动连接，所述第三长度伸缩杆与第三转动圈转动连接，所述第三长度伸缩杆的一端固接有第三驱动装置，使所述第三长度伸缩杆成为主动移动副，所述第三长度伸缩杆的另一端与第三转换叉转动连接，所述第三转换叉与动平台转动连接；
连接所述第三转动圈和固定架的转动轴线与连接所述第三长度伸缩杆和第三转动圈的转动轴线垂直相交；连接所述第三长度伸缩杆与第三转换叉的转动轴线与第三长度伸缩杆的伸缩方向平行；连接所述第三转动圈和固定架的转动轴线、连接所述第三长度伸缩杆和第三转动圈的转动轴线、连接所述第三长度伸缩杆和第三转换叉的转动轴线共三条轴线不共线，连接所述第三长度伸缩杆和第三转换叉的转动轴线与连接所述第三转换叉和动平台转动轴线垂直相交；
连接所述小转轴和动平台的转动轴线与连接所述第三转换叉和动平台转动轴线相互平行。
连接所述大转轴和固定架的转动轴线与连接所述第三转动圈和固定架的转动轴线相互平行。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：该机构为面对称机构，固定架的加工及安装表面均在水平或竖直方向，因而具有良好的制造和装配工艺性，并且第二支链和第三支链可采用仅具有一个转动自由度的铰链与动平台相连，与现有技术相比减少了4个转动铰链，因而有利于降低制造成本。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图之一。
图2为本发明实施例中的T形轴的结构示意图。
图3为本发明实施例的结构示意图之二。
图中序号说明如下：
1、固定架，2、大转轴，3、第一锥齿轮，4、第二锥齿轮，5、大转轴驱动装置，6、小转轴，7、动平台，I、第一支链，II、第二支链，III、第三支链；11、第一支链的驱动装置，12、第一支链的长度伸缩杆，13、第一支链的转换叉；21、第二支链的驱动装置，22、第二支链的长度伸缩杆，23、第二支链的转换叉；31、第三驱动装置，32、第三长度伸缩杆，33、第三转动圈，34、第三转换叉。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例
一种四自由度机器人机构，包括固定架1、转动连接在固定架1上的大转轴2、第一锥齿轮3、第二锥齿轮4、固接在固定架1上的大转轴驱动装置5、动平台7、转动连接在动平台7上的小转轴6、布置在所述大转轴2和小转轴6之间的第一支链I和第二支链II、布置在所述固定架1与动平台7之间的第三支链III，所述第二锥齿轮4与固定架1转动连接，且与所述大转轴驱动装置5的驱动端固接，所述第一锥齿轮3固连在大转轴2上，所述第一锥齿轮3和第二锥齿轮4相啮合；
所述第一支链I与第二支链II结构完全相同，每条支链均包括驱动装置、长度伸缩杆和转换叉；两个支链的长度伸缩杆均与大转轴2转动连接，连接所述长度伸缩杆和大转轴2的转动轴线与连接所述固定架1和大转轴2的转动轴线垂直相交；所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述长度伸缩杆的另一端均与对应的转换叉固接，所述转换叉均与小转轴6转动连接；
连接所述第一支链I的长度伸缩杆12和大转轴2的转动轴线、连接所述第一支链I的转换叉13和小转轴6的转动轴线、连接所述第二支链II的长度伸缩杆22和大转轴2的转动轴线、以及连接所述第二支链II的转换叉23和小转轴6的转动轴线共四条轴线相互平行；
所述第三支链III包括第三驱动装置31、第三长度伸缩杆32、第三转动圈33、第三转换叉34；所述第三转动圈33与固定架1转动连接，所述第三长度伸缩杆32与第三转动圈33转动连接，所述第三长度伸缩杆32的一端固接有第三驱动装置31，使所述第三长度伸缩杆32成为主动移动副，所述第三长度伸缩杆32的另一端与第三转换叉34转动连接，所述第三转换叉34与动平台7转动连接；
连接所述第三转动圈33和固定架1的转动轴线与连接所述第三长度伸缩杆32和第三转动圈33的转动轴线垂直相交；连接所述第三长度伸缩杆32与第三转换叉34的转动轴线与第三长度伸缩杆32的伸缩方向平行；连接所述第三转动圈33和固定架1的转动轴线、连接所述第三长度伸缩杆32和第三转动圈33的转动轴线、连接所述第三长度伸缩杆32和第三转换叉34的转动轴线共三条轴线不共线，连接所述第三长度伸缩杆32和第三转换叉34的转动轴线与连接所述第三转换叉34和动平台7转动轴线垂直相交；
连接所述小转轴6和动平台7的转动轴线与连接所述第三转换叉34和动平台7转动轴线相互平行。
连接所述大转轴2和固定架1的转动轴线与连接所述第三转动圈33和固定架1的转动轴线相互平行。
本发明结构紧凑，设计巧妙，整机刚度好、精度高，具有大的工作空间机架体积比。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种四自由度机器人机构，其特征在于，包括固定架(1)、转动连接在固定架(1)上的大转轴(2)、第一锥齿轮(3)、第二锥齿轮(4)、固接在固定架(1)上的大转轴驱动装置(5)、动平台(7)、转动连接在动平台(7)上的小转轴(6)、布置在所述大转轴(2)和小转轴(6)之间的第一支链(I)和第二支链(II)、布置在所述固定架(1)与动平台(7)之间的第三支链(III)，所述第二锥齿轮(4)与固定架(1)转动连接，且与所述大转轴驱动装置(5)的驱动端固接，所述第一锥齿轮(3)固连在大转轴(2)上，所述第一锥齿轮(3)和第二锥齿轮(4)相啮合；
所述第一支链(I)与第二支链(II)结构完全相同，每条支链均包括驱动装置、长度伸缩杆和转换叉；两个支链的长度伸缩杆均与大转轴(2)转动连接，连接所述长度伸缩杆和大转轴(2)的转动轴线与连接所述固定架(1)和大转轴(2)的转动轴线垂直相交；所述长度伸缩杆的一端均固接有驱动装置，使所述长度伸缩杆成为主动移动副，所述长度伸缩杆的另一端均与对应的转换叉固接，所述转换叉均与小转轴(6)转动连接；
连接所述第一支链(I)的长度伸缩杆(12)和大转轴(2)的转动轴线、连接所述第一支链(I)的转换叉(13)和小转轴(6)的转动轴线、连接所述第二支链(II)的长度伸缩杆(22)和大转轴(2)的转动轴线、以及连接所述第二支链(II)的转换叉(23)和小转轴(6)的转动轴线共四条轴线相互平行；
所述第三支链(III)包括第三驱动装置(31)、第三长度伸缩杆(32)、第三转动圈(33)、第三转换叉(34)；所述第三转动圈(33)与固定架(1)转动连接，所述第三长度伸缩杆(32)与第三转动圈(33)转动连接，所述第三长度伸缩杆(32)的一端固接有第三驱动装置(31)，使所述第三长度伸缩杆(32)成为主动移动副，所述第三长度伸缩杆(32)的另一端与第三转换叉(34)转动连接，所述第三转换叉(34)与动平台(7)转动连接；
连接所述第三转动圈(33)和固定架(1)的转动轴线与连接所述第三长度伸缩杆(32)和第三转动圈(33)的转动轴线垂直相交；连接所述第三长度伸缩杆(32)与第三转换叉(34)的转动轴线与第三长度伸缩杆(32)的伸缩方向平行；连接所述第三转动圈(33)和固定架(1)的转动轴线、连接所述第三长度伸缩杆(32)和第三转动圈(33)的转动轴线、连接所述第三长度伸缩杆(32)和第三转换叉(34)的转动轴线共三条轴线不共线，连接所述第三长度伸缩杆(32)和第三转换叉(34)的转动轴线与连接所述第三转换叉(34)和动平台(7)转动轴线垂直相交；
连接所述小转轴(6)和动平台(7)的转动轴线与连接所述第三转换叉(34)和动平台(7)转动轴线相互平行。
2.根据权利要求1所述的一种四自由度机器人机构，其特征在于，连接所述大转轴(2)和固定架(1)的转动轴线与连接所述第三转动圈(33)和固定架(1)的转动轴线相互平行。
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