CN111376235B - 一种重载四自由度四平行四连杆式执行机构 - Google Patents

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Abstract

一种重载四自由度四平行四连杆式执行机构，它涉及大型轴类零件机器人化生产线技术领域。本发明为解决现有重载物料转运机器人刚度强度不足、结构复杂、自重大、控制***复杂的问题。本发明包括回转机构、大臂机构、小臂机构、竖直臂机构和直线运动机构，大臂机构的一端与回转机构转动连接，大臂机构的另一端与小臂机构的一端转动连接，小臂机构的另一端与竖直臂机构的一端转动连接，竖直臂机构的另一端与直线运动机构的一端转动连接。本发明用于重载物料转运机器人。

Description

一种重载四自由度四平行四连杆式执行机构
技术领域
本发明涉及大型轴类零件机器人化生产线技术领域，具体涉及一种重载四自由度四平行四连杆式执行机构。
背景技术
轨道交通是我国制造业重点发展领域，目前我国正在推进高速铁路“八纵八横”主通道、城际铁路为补充的高速铁路网建设，积极推动大宗物流“公转铁”，推进绿色运输。大型车轴是铁路车辆关键零部件，现有大型轴类零件生产过程中物料的转运存在以下问题：一是人工操作劳动强度大，工作环境恶劣；二是自动化程度低，转运效率低。因此，减少人力的使用，提高物料转运的自动化程度对提高大型轴类零件的生产效率、改善工人的工作环境具有重大意义。
发明内容
本发明为了解决现有重载物料转运机器人刚度强度不足、结构复杂、自重大、控制***复杂的问题，进而提出一种重载四自由度四平行四连杆式执行机构。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种重载四自由度四平行四连杆式执行机构包括回转机构、大臂机构、小臂机构、竖直臂机构和直线运动机构，大臂机构的一端与回转机构转动连接，大臂机构的另一端与小臂机构的一端转动连接，小臂机构的另一端与竖直臂机构的一端转动连接，竖直臂机构的另一端与直线运动机构的一端转动连接。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
本发明的运动过程可分离为两步，一步为机械臂机构的运动，一步为直线运动机构的运动，因此大大减小了机器人控制的复杂程度；直线运动机构的设置进一步避免了机器人与其他设备的干涉碰撞；相比现有机器人，本发明具有更高的强度和刚度；本发明的机器人结构简单，耗材更少，自重更小。
附图说明
图1是本发明整体结构的轴测图；
图2是本发明整体结构另一视角的轴测图；
图3是本发明中固定底座1的轴测图；
图4是本发明中回转支座2的轴测图；
图5是本发明中回转机构中的局部示意图；
图6是本发明中回转支撑16的结构示意图；
图7是本发明中直线运动机构的轴测图；
图8是本发明中小臂4的轴测图；
图9是本发明中小臂支撑连杆10的轴测图；
图10是本发明中竖直臂5的轴测图；
图11是本发明中第一短杆11-1的轴测图；
图12是本发明中第二短杆11-2的轴测图；
图13是本发明中第一长杆11-3的轴测图；
图14是本发明中第二长杆11-4的轴测图；
图15是本发明中纵向平行连杆6的轴测图；
图16是本发明中横向平行连杆7的轴测图；
图17是本发明中小臂驱动连杆9的轴测图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式所述一种重载四自由度四平行四连杆式执行机构包括回转机构、大臂机构、小臂机构、竖直臂机构和直线运动机构，大臂机构的一端与回转机构转动连接，大臂机构的另一端与小臂机构的一端转动连接，小臂机构的另一端与竖直臂机构的一端转动连接，竖直臂机构的另一端与直线运动机构的一端转动连接。
具体实施方式二：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述回转机构包括固定底座1、回转支座2、液压马达12和回转支撑16，回转支座2设置在固定底座1的上端，回转支撑16设置在回转支座2与固定底座1之间，液压马达12通过回转支撑16驱动回转支座2回转。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述固定底座1包括固定底板1-1和法兰盘1-5，法兰盘1-5固接在固定底板1-1上端面的中部，回转支座2包括回转底板2-2和两个支撑板2-5，两个支撑板2-5并列垂直固接在回转底板2-2的上端面上，回转支撑16包括外座圈16-1、内齿圈16-2和多个滚动体16-3，外座圈16-1与回转底板2-2固接，内齿圈16-2与法兰盘1-5的凸缘固接，多个滚动体16-3均布设置在外座圈16-1与内齿圈16-2之间，液压马达12固接在回转底板2-2的上端面上，液压马达12的输出轴上固接有小齿轮12-1，小齿轮12-1与内齿圈16-2相啮合。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
本实施方式中固定底座1还包括多个肋板1-3，固定底板1-1的端面上沿圆周方向均布设有多个地脚螺栓孔1-2，法兰盘1-5的凸缘端面上沿圆周方向均布设有多个光孔1-4，用于与内齿圈16-2通过螺栓固接，法兰盘1-5的外侧均布设有多个肋板1-3，以加强固定底座1的强度，肋板1-3的一端与固定底板1-1的上端面垂直固接，肋板1-3的另一端与法兰盘1-5的外圆周侧壁垂直固接。
回转支座2还包括水平连接板2-4和多个加强板2-3，以加强支撑板2-5的强度，回转底板2-2的端面上沿圆周方向均布设有多个连接孔2-1，用于与外座圈16-1通过螺栓固接，水平连接板2-4垂直固接在两个支撑板2-5之间，每个支撑板2-5的外侧分别各设有多个加强板2-3，加强板2-3的一端与支撑板2-5的外侧壁垂直固接，加强板2-3的另一端与回转底板2-2的上端面垂直固接。
如此设计固定底座1通过地脚螺栓与地脚螺栓孔1-2的连接直接固定在工位上。回转支座2通过回转支承16与固定底座1连接，可以绕固定底座中心轴线进行旋转。
具体实施方式四：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述液压马达12的输出轴上设有轴套12-4，轴套12-4设置在小齿轮12-1的上端面与回转底板2-2的下端面之间，液压马达12的输出轴上还设有轴挡圈12-2和螺栓12-3，轴挡圈12-2设置在小齿轮12-1的下端面身上，螺栓12-3设置在轴挡圈12-2的外侧。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。
如此设计为了防止小齿轮12-1的轴向窜动。
具体实施方式五：结合图1至图2和图15说明本实施方式，本实施方式所述大臂机构包括纵向平行连杆6、辅助三角板8、两个大臂3和两个伸缩液压缸13，回转支座2的两侧分别各对称设有一个大臂3，大臂3的一端与回转支座2上端的中部转动连接，大臂3的另一端与辅助三角板8的内侧底角转动连接，纵向平行连杆6平行设置在两个大臂3的外侧，纵向平行连杆6的一端与回转支座2的上端转动连接，纵向平行连杆6的另一端与辅助三角板8的外侧底角转动连接，两个伸缩液压缸13并列设置在两个大臂3的外侧，每个伸缩液压缸13的一端分别与回转支座2上端的外侧转动连接，每个伸缩液压缸13的另一端分别与一个大臂3的中部转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三或四相同。
本实施方式中纵向平行连杆6与大臂3的长度相同。
大臂3的一端与回转支座2上端中部转动连接的铰接点设置在支撑板2-5上端的中部，纵向平行连杆6的一端与回转支座2上端转动连接的铰接点设置在支撑板2-5的上端，伸缩液压缸13的一端与回转支座2上端外侧转动连接的铰接点设置在支撑板2-5上端的外侧。
具体实施方式六：结合图1至图2、图8、图9、图16和图17说明本实施方式，本实施方式所述小臂机构包括小臂4、横向平行连杆7、小臂支撑连杆10、两个小臂驱动连杆9和两个升降液压缸14，小臂4的一端与辅助三角板8的内侧底角转动连接，小臂4的另一端与竖直臂机构转动连接，横向平行连杆7平行设置在小臂4的外侧，横向平行连杆7的一端与辅助三角板8的顶角转动连接，横向平行连杆7的另一端与竖直臂机构转动连接，回转支座2的两侧分别各对称设有一个小臂驱动连杆9，小臂驱动连杆9的一端与回转支座2上端的中部转动连接，小臂支撑连杆10平行设置在大臂3的内侧，小臂支撑连杆10的一端与小臂4的中部转动连接，小臂支撑连杆10的另一端分别与小臂驱动连杆9的中部转动连接，两个升降液压缸14并列设置在两个小臂驱动连杆9的下端，每个升降液压缸14的一端分别与回转支座2上端的内侧转动连接，每个升降液压缸14的另一端分别与一个小臂驱动连杆9的另一端转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。
本实施方式中横向平行连杆7与小臂4的长度相同，小臂支撑连杆10与大臂3的长度相同。
小臂驱动连杆9的一端与回转支座2上端中部转动连接的铰接点设置在支撑板2-5上端的中部，且与大臂3的一端与支撑板2-5上端中部转动连接的铰接点相同，升降液压缸14的一端与回转支座2上端内侧转动连接的铰接点设置在支撑板2-5上端的内侧，小臂4的一端与辅助三角板8内侧底角转动连接的铰接点与大臂3的另一端与辅助三角板8内侧底角转动连接的铰接点相同。
具体实施方式七：结合图1至图2和图10说明本实施方式，本实施方式所述竖直臂机构包括竖直臂5，竖直臂5的一端与横向平行连杆7的另一端转动连接，竖直臂5的中部与小臂4的另一端转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图1至图2、图7和图11至图14说明本实施方式，本实施方式所述直线运动机构包括两个直线运动组件11和两个直线运动驱动液压缸15，竖直臂5的两侧分别各对称设有一个直线运动组件11，
直线运动组件11包括第一短杆11-1、第二短杆11-2、第一长杆11-3、第二长杆11-4、驱动连杆11-5、导轨11-6，导轨11-6沿长度方向固接在竖直臂5另一端的外侧，驱动连杆11-5的内侧端面设有滑槽且与导轨11-6滑动连接，第一短杆11-1的一端与竖直臂5另一端的内侧转动连接，第二短杆11-2的一端与竖直臂5另一端的外侧转动连接，第一长杆11-3的一端与驱动连杆11-5的内侧端转动连接，第二长杆11-4的一端与驱动连杆11-5的外侧端转动连接，第一短杆11-1的另一端与第一长杆11-3的中部转动连接，第二短杆11-2的另一端与第二长杆11-4的中部转动连接，两个直线运动组件11之间设有一个夹钳连接杆11-7，第一长杆11-3的另一端与夹钳连接杆11-7的一端转动连接，第二长杆11-4的另一端与夹钳连接杆11-7的另一端转动连接，竖直臂5的两侧分别各对称设有一个直线运动驱动液压缸15，每个直线运动驱动液压缸15的一端分别与竖直臂5的一端转动连接，每个直线运动驱动液压缸15分别与一个驱动连杆11-5的中部转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。
本实施方式中夹钳连接杆11-7另一端的端面上设有端板11-8，端板上设有四个螺纹孔11-9，作为夹钳的接口，夹钳可通过螺栓固定在夹钳连接杆11-7上。
具体实施方式九：结合图1至图2、图7和图11至图14说明本实施方式，本实施方式所述第一短杆11-1与第二短杆11-2平行设置，第一长杆11-3与第二长杆11-4平行设置。其它组成和连接方式与具体实施方式八相同。
本实施方式中第一短杆11-1与第二短杆11-2的长度相同，第一长杆11-3与第二长杆11-4的长度相同。
具体实施方式十：结合图1至图2、图7和图11至图14说明本实施方式，本实施方式所述两个第二短杆11-2之间通过短杆连接杆固接，两个第二长杆11-4之间通过长杆连接杆固接。其它组成和连接方式与具体实施方式八或九相同。
本实施方式中两个第二短杆11-2和两个第二长杆11-4均为整体式杆件。
工作原理
大臂3、纵向平行连杆6、回转支座2和辅助三角板8构成第一个平行四连杆，两个伸缩液压缸13为机器人的水平伸缩运动提供驱动力，因此辅助三角板8的底边在运动过程中始终保持与地面的平行。
小臂4、横向平行连杆7、竖直臂5的上部和辅助三角板8构成第二个平行四连杆，该平行四连杆配合第一个平行四连杆保证了竖直臂5在运动过程中始终保持竖直状态。
大臂3、小臂4、小臂驱动连杆9和小臂支撑连杆10构成第三个平行四连杆机构，该平行四连杆辅之升降液压缸14以推动机器人的竖直升降运动。
第一长杆11-3、驱动连杆11-5、第二长杆11-4和夹钳连接杆11-7构成第四个平行四连杆，该平行四连杆可以保持夹钳连接杆11-7始终处于水平状态，配合第一短杆11-1和第二短杆11-2进一步保证夹钳连接杆11-7沿直线运动。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (3)

1.一种重载四自由度四平行四连杆式执行机构，其特征在于：所述一种重载四自由度四平行四连杆式执行机构包括回转机构、大臂机构、小臂机构、竖直臂机构和直线运动机构，大臂机构的一端与回转机构转动连接，大臂机构的另一端与小臂机构的一端转动连接，小臂机构的另一端与竖直臂机构的一端转动连接，竖直臂机构的另一端与直线运动机构的一端转动连接；
所述回转机构包括固定底座(1)、回转支座(2)、液压马达(12)和回转支撑(16)，回转支座(2)设置在固定底座(1)的上端，回转支撑(16)设置在回转支座(2)与固定底座(1)之间，液压马达(12)通过回转支撑(16)驱动回转支座(2)回转；
所述固定底座(1)包括固定底板(1-1)和法兰盘(1-5)，法兰盘(1-5)固接在固定底板(1-1)上端面的中部，回转支座(2)包括回转底板(2-2)和两个支撑板(2-5)，两个支撑板(2-5)并列垂直固接在回转底板(2-2)的上端面上，回转支撑(16)包括外座圈(16-1)、内齿圈(16-2)和多个滚动体(16-3)，外座圈(16-1)与回转底板(2-2)固接，内齿圈(16-2)与法兰盘(1-5)的凸缘固接，多个滚动体(16-3)均布设置在外座圈(16-1)与内齿圈(16-2)之间，液压马达(12)固接在回转底板(2-2)的上端面上，液压马达(12)的输出轴上固接有小齿轮(12-1)，小齿轮(12-1)与内齿圈(16-2)相啮合；
所述液压马达(12)的输出轴上设有轴套(12-4)，轴套(12-4)设置在小齿轮(12-1)的上端面与回转底板(2-2)的下端面之间，液压马达(12)的输出轴上还设有轴挡圈(12-2)和螺栓(12-3)，轴挡圈(12-2)设置在小齿轮(12-1)的下端面身上，螺栓(12-3)设置在轴挡圈(12-2)的外侧；
所述大臂机构包括纵向平行连杆(6)、辅助三角板(8)、两个大臂(3)和两个伸缩液压缸(13)，回转支座(2)的两侧分别各对称设有一个大臂(3)，大臂(3)的一端与回转支座(2)上端的中部转动连接，大臂(3)的另一端与辅助三角板(8)的内侧底角转动连接，纵向平行连杆(6)平行设置在两个大臂(3)的外侧，纵向平行连杆(6)的一端与回转支座(2)的上端转动连接，纵向平行连杆(6)的另一端与辅助三角板(8)的外侧底角转动连接，两个伸缩液压缸(13)并列设置在两个大臂(3)的外侧，每个伸缩液压缸(13)的一端分别与回转支座(2)上端的外侧转动连接，每个伸缩液压缸(13)的另一端分别与一个大臂(3)的中部转动连接；
所述小臂机构包括小臂(4)、横向平行连杆(7)、小臂支撑连杆(10)、两个小臂驱动连杆(9)和两个升降液压缸(14)，小臂(4)的一端与辅助三角板(8)的内侧底角转动连接，小臂(4)的另一端与竖直臂机构转动连接，横向平行连杆(7)平行设置在小臂(4)的外侧，横向平行连杆(7)的一端与辅助三角板(8)的顶角转动连接，横向平行连杆(7)的另一端与竖直臂机构转动连接，回转支座(2)的两侧分别各对称设有一个小臂驱动连杆(9)，小臂驱动连杆(9)的一端与回转支座(2)上端的中部转动连接，小臂支撑连杆(10)平行设置在大臂(3)的内侧，小臂支撑连杆(10)的一端与小臂(4)的中部转动连接，小臂支撑连杆(10)的另一端分别与小臂驱动连杆(9)的中部转动连接，两个升降液压缸(14)并列设置在两个小臂驱动连杆(9)的下端，每个升降液压缸(14)的一端分别与回转支座(2)上端的内侧转动连接，每个升降液压缸(14)的另一端分别与一个小臂驱动连杆(9)的另一端转动连接；
所述竖直臂机构包括竖直臂(5)，竖直臂(5)的一端与横向平行连杆(7)的另一端转动连接，竖直臂(5)的中部与小臂(4)的另一端转动连接；
所述直线运动机构包括两个直线运动组件(11)和两个直线运动驱动液压缸(15)，竖直臂(5)的两侧分别各对称设有一个直线运动组件(11)，
直线运动组件(11)包括第一短杆(11-1)、第二短杆(11-2)、第一长杆(11-3)、第二长杆(11-4)、驱动连杆(11-5)、导轨(11-6)，导轨(11-6)沿长度方向固接在竖直臂(5)另一端的外侧，驱动连杆(11-5)的内侧端面设有滑槽且与导轨(11-6)滑动连接，第一短杆(11-1)的一端与竖直臂(5)另一端的内侧转动连接，第二短杆(11-2)的一端与竖直臂(5)另一端的外侧转动连接，第一长杆(11-3)的一端与驱动连杆(11-5)的内侧端转动连接，第二长杆(11-4)的一端与驱动连杆(11-5)的外侧端转动连接，第一短杆(11-1)的另一端与第一长杆(11-3)的中部转动连接，第二短杆(11-2)的另一端与第二长杆(11-4)的中部转动连接，两个直线运动组件(11)之间设有一个夹钳连接杆(11-7)，第一长杆(11-3)的另一端与夹钳连接杆(11-7)的一端转动连接，第二长杆(11-4)的另一端与夹钳连接杆(11-7)的另一端转动连接，竖直臂(5)的两侧分别各对称设有一个直线运动驱动液压缸(15)，每个直线运动驱动液压缸(15)的一端分别与竖直臂(5)的一端转动连接，每个直线运动驱动液压缸(15)分别与一个驱动连杆(11-5)的中部转动连接。
2.根据权利要求1所述一种重载四自由度四平行四连杆式执行机构，其特征在于：所述第一短杆(11-1)与第二短杆(11-2)平行设置，第一长杆(11-3)与第二长杆(11-4)平行设置。
3.根据权利要求1或2所述一种重载四自由度四平行四连杆式执行机构，其特征在于：所述两个第二短杆(11-2)之间通过短杆连接杆固接，两个第二长杆(11-4)之间通过长杆连接杆固接。
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