CN111203856A - 万向球形并联机构和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种万向球形并联机构及机器人，万向球形并联机构包括底座、输出台和多个连杆部件，底座通过多个连杆部件与输出台连接；连杆部件包括首尾依次连接的连杆一、连杆二和连杆三，连杆一、连杆二和连杆三为弯曲弧形连杆，弧形连杆一、连杆二和连杆三的半径逐渐减小，连杆一的一端与底座转动连接，连杆一的另一端与连杆二的一端垂直且固定连接，连杆二和连杆三铰接，连杆三与输出台铰接。本发明的技术方案中，该并联机构改变了传统的依赖于直连杆来实现传动，依靠弧形连杆的复合运动来实现并联机构末端的合成运动输出，弧形连杆在过载时力学性能更满足自由度要求同时有要求具备体积紧凑的结构设计且具备一定的负载能力的机器人。

Description

万向球形并联机构和机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种万向球形并联机构和一种万向球形并联器人。

背景技术

目前所使用的并联机器人大多使用的直连杆实现传动，而连杆型机器人占据体积大，对于需要满足自由度要求同时有要求具备体积紧凑的结构设计且具备一定的负载能力的机器人，目前尚缺乏。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种万向球形并联机器人，旨在解决现有机器人的自由度和结构紧凑一致的矛盾的问题。

为实现上述目的，本发明提出的万向球形并联机器人，包括底座、输出台和多个连杆部件，所述底座通过多个并联的所述连杆部件与所述输出台连接；所述连杆部件包括首尾依次连接的连杆一、连杆二和连杆三，所述连杆一、连杆二和连杆三为弯曲弧形连杆，弧形所述连杆一、连杆二和连杆三的半径逐渐减小，所述连杆一的一端通过设置的下连接轴与所述底座转动连接，所述连杆一的另一端与所述连杆二的一端垂直且固定连接，所述连杆二和所述连杆三铰接，所述连杆三与所述输出台铰接。

优选地，所述底座包括下支撑板和下连接板，所述下支撑板周向上均布有与所述连杆一连接的下连接板，所述下连接板通过所述下连接轴与所述连杆一连接，所述连杆一与所述下连接轴垂直连接，所述下连接轴通过设置的轴承与所述下支撑板垂直连接。

优选地，所述输出台包括上支撑板和上连接板，所述上支撑板周向上均布有与所述连杆三连接的上连接板，所述上连接板通过设置的上连接轴与所述连杆三连接，所述连杆三与所述上连接轴垂直连接，所述上连接轴通过设置的轴承与所述上支撑板垂直连接。

优选地，所述连杆一与所述连杆二通过设置的螺栓固定连接，所述连杆二和连杆三通过设置的销进行铰接。

优选地，所述连杆一、连杆二和连杆三为同球心设置。

优选地，所述底座和所述输出台上均设置有法兰面。

一种万向球形并联机器人，包括驱控组件和万向球形并联机构；所述驱控组件的输出轴与所述万向球形并联机构的所述下连接轴连接。

优选地，所述驱控组件为驱控一体化集成机构，每一个所述连接轴均与一个所述驱控组件连接。

优选地，所述驱控组件与所述底座固定连接。

优选地，所述驱控组件包括伺服电动机、减速机和驱动器，所述伺服电动机的输出轴与所述减速机连接，所述减速机输出轴与所述连接轴连接，所述驱动器与所述伺服电动机连接。

本发明的技术方案中，该机器人改变了传统的依赖于直连杆来实现传动，依靠弧形连杆的复合运动来实现机器人末端的合成运动输出，能够实现输出端任意方向的运动，满足自由度的设计要求，弧形连杆进行弧度控制防止连杆之间的卡位，满足自由度要求同时有要求具备体积紧凑的结构设计，弧形连杆在承载时力学性能更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明万向球形并联机构的结构示意图。

图2为本发明万向球形并联机器人的结构示意图。

图3为本发明万向球形并联机构的单个连杆部件结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1和图3，本发明提出一种万向球形并联机器人，包括底座1、输出台2和多个连杆部件3，所述底座1通过多个并联的所述连杆部件3分别与所述输出台2连接；所述连杆部件3包括首尾依次连接的连杆一4、连杆二5和连杆三6，所述连杆一4、连杆二5和连杆三6分别为弯曲弧形连杆，弧形的所述连杆一4、连杆二5和连杆三6的半径逐渐减小，所述连杆一4的一端通过设置的下连接轴9与所述底座1转动连接，所述连杆一4的另一端与所述连杆二5的一端垂直且固定连接，所述连杆二5和所述连杆三6铰接，所述连杆三6与所述输出台2铰接。

本发明的技术方案中，该机器人改变了传统的依赖于直连杆来实现传动，依靠弧形连杆的复合运动来实现机器人末端的合成运动输出，能够实现输出端任意方向的运动，满足自由度的设计要求，弧形连杆进行弧度控制防止连杆之间的卡位，满足自由度要求同时有要求具备体积紧凑的结构设计，弧形连杆在承载时力学性能更好，能够实现末端的大负载。通过设置的弧度可以使连杆在转动时防止卡住，使机器人的位移角度和位移距离更大。

请参照图1和图3，本发明的万向球形并联机构的又一实施例中，所述底座1包括下支撑板7和下连接板8，所述下支撑板7周向上均布有与所述连杆一4连接的下连接板8，所述下连接板8通过所述下连接轴9与所述连杆一4连接，所述连杆一4与所述下连接轴9垂直连接，所述下连接轴9通过设置的轴承与所述下支撑板7垂直连接。

具体的，下支撑板7通过下连接板8与连杆一4连接，连杆部件3的数量不少于三组，下连接板8的数量不少于连杆部件3的数量，连杆一4的与下连接轴9连接一端的切线与下连接轴9的轴线垂直。连杆一4的与下连接轴9连接一端的切线与所述下连接板8平行。

请参照图1和图3，本发明的万向球形并联机构的又一实施例中，所述输出台2包括上支撑板10和上连接板11，所述上支撑板10周向上均布有与所述连杆三6连接的上连接板11，所述上连接板11通过设置的上连接轴12与所述连杆三6连接，所述连杆三6的一端与所述上连接轴12垂直连接，所述上连接轴12通过设置的轴承与所述上支撑板10垂直连接。

具体的，上支撑板10通过上连接板11与连杆三6连接，连杆部件3的数量不少于三组，上连接板11的数量不少于连杆部件3的数量，连杆三6的与上连接轴12连接一端的切线与上连接轴12的轴线垂直，连杆三6的与上连接轴12连接一端的切线与所述上连接板11平行。

请参照图1和图3，本发明的万向球形并联机构的又一实施例中，所述连杆一4与所述连杆二5通过设置的螺栓固定连接，所述连杆二5和连杆三6通过设置的销进行铰接。

具体的，连杆一4与所述连杆二5通过螺栓固定连接，连杆二5和连杆三6通过销进行铰接，进一步的，连杆一4和连杆二5通过设置的定位销进行定位。

请参照图1和图3，本发明的万向球形并联机构的又一实施例中，所述底座1和所述输出台2上均设置有法兰面。

具体的，底座1通过法兰面可安装于工业机械臂上或者固定于任何设备上独立承担机械手的作用，输出台2上的法兰面可安装作业工具。

请参照图1和图3，本发明的万向球形并联机构的又一实施例中，所述连杆一4、连杆二5和连杆三6为同球心设置。

具体的，连杆一4、连杆二5和连接三6为同心球设置。在转动时连杆之间不会相互之间卡位，连杆的转动角度更大。

请参照图2，本发明还提出一种万向球形并联机器人，包括驱控组件13和万向球形并联机构；所述驱控组件13的输出轴与所述万向球形并联机构的所述下连接轴连接。

具体的，驱控组件13通过下连接轴9与连杆部件3连接，通过多个连接部件复合运动来实现机器人末端的合成运动输出。

请参照图2和图3，在本发明一种万向球形并联机器人的又一实施例中，所述驱控组件13包括伺服电动机、减速机和驱动器，所述伺服电动机的输出轴与所述减速机连接，所述减速机输出轴与所述连接轴连接，所述驱动器与所述伺服电动机连接。

具体的，驱动器控制伺服电动机的转动，伺服电动机的转动通过减速器与连杆部件3进行连接。

请参照图1-图3，在本发明一种万向球形并联机器人的又一实施例中，包括由底座1、输出台2和四组连杆部件3组成的万向球形并联机构和四组由伺服电动机、减速机和驱动器组成的驱控一体化驱控组件13；四组驱控组件13的输出轴分别连接并驱动四组连杆部件3，四个驱控组件13固定在底座1上，驱控组件13的输出轴与连杆一4用螺丝固定连接，连杆一4和连杆二5通过定位销进行定位，并用螺栓进行固定连接，连杆二5和连杆三6通过销进行连接，通过转动副进行连接，连杆三6和输出端通过键进行连接，形成一个转动副。该机器人改变了传统的依赖于直连杆来实现传动，依靠球形连杆的复合运动来实现机器人末端的合成运动输出。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种万向球形并联机构，其特征在于，包括底座、输出台和多个连杆部件，所述底座通过多个并联的所述连杆部件与所述输出台连接；所述连杆部件包括首尾依次连接的连杆一、连杆二和连杆三，所述连杆一、连杆二和连杆三为弯曲弧形连杆，弧形所述连杆一、连杆二和连杆三的半径逐渐减小，所述连杆一的一端通过设置的下连接轴与所述底座转动连接，所述连杆一的另一端与所述连杆二的一端垂直且固定连接，所述连杆二和所述连杆三铰接，所述连杆三与所述输出台铰接。

2.根据权利要求1所述的一种万向球形并联机构，其特征在于，所述底座包括下支撑板和下连接板，所述下支撑板周向上均布有与所述连杆一连接的下连接板，所述下连接板通过所述下连接轴与所述连杆一连接，所述连杆一与所述下连接轴垂直连接，所述下连接轴通过设置的轴承与所述下支撑板垂直连接。

3.根据权利要求1所述的一种万向球形并联机构，其特征在于，所述输出台包括上支撑板和上连接板，所述上支撑板周向上均布有与所述连杆三连接的上连接板，所述上连接板通过设置的上连接轴与所述连杆三连接，所述连杆三与所述上连接轴垂直连接，所述上连接轴通过设置的轴承与所述上支撑板垂直连接。

4.根据权利要求1所述的一种万向球形并联机构，其特征在于，所述连杆一与所述连杆二通过设置的螺栓固定连接，所述连杆二和连杆三通过设置的销进行铰接。

5.根据权利要求1所述的一种万向球形并联机构，其特征在于，所述连杆一、连杆二和连杆三为同球心设置。

6.根据权利要求1-5中任一所述的一种万向球形并联机构，其特征在于，所述底座和所述输出台上均设置有法兰面。

7.一种万向球形并联机器人，其特征在于，包括驱控组件和如权利要求1-6中任一所述的一种万向球形并联机构；所述驱控组件的输出轴与所述万向球形并联机构的所述下连接轴连接。

8.如权利要求7所述的万向球形并联机器人，其特征在于，所述驱控组件为驱控一体化集成机构，每一个所述连接轴均与一个所述驱控组件连接。

9.如权利要求7所述的万向球形并联机器人，其特征在于，所述驱控组件与所述底座固定连接。

10.如权利要求7-9中任一所述的万向球形并联机器人，其特征在于，所述驱控组件包括伺服电动机、减速机和驱动器，所述伺服电动机的输出轴与所述减速机连接，所述减速机输出轴与所述连接轴连接，所述驱动器与所述伺服电动机连接。

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