CN111515926A - 一种并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联机器人，包括第一导轨、第二导轨和动平台，第一导轨与动平台通过两套相同的连接机构连接；第二导轨和动平台之间连接有伸缩连接装置；所述连接机构包括驱动滑块、支撑杆、虎克铰链和转动铰链，虎克铰链连接支撑杆的一端和驱动滑块，支撑杆的另一端安装转动铰链；所述驱动滑块沿所述第一导轨直线滑动；所述转动铰链与所述动平台的近侧固定连接；所述伸缩连接装置包括驱动伸长杆和第三驱动滑块，所述驱动伸长杆的一端与第三驱动滑块以球副连接；所述驱动伸长杆的另一端与所述动平台的后侧以转动副连接；所述第三驱动滑块与所述第二导轨以滑动副连接；所述动平台上通过转动驱动安装作业工具。

Description

一种并联机器人

技术领域

本发明属并联机器人技术领域，涉及一种并联机器人。

背景技术

随着机器人技术的不断发展和逐步成熟，由于机器人灵活性强、开放程度高以及较好满足生产制造的柔性化要求等特点，越来越多的多样化机器人已经在曲面加工领域到应用；目前，以三自由度直角坐标机器人和六自由度串联机器人在工业生产中的应用较为广泛，三自由度直角坐标机器人可基本满足绝大多数的平面加工，六自由度串联机器人则具有更大的优势，不仅能达到工作空间内的任一位置，还可根据需要自由调整末端姿态，因此其应用领域更广、工作效果也更佳；同时，在机器人领域，并联机器人相对于串联机器人，具有响应速度快、容易控制、操作精度高和工作效率高等优点。

目前已公开的2-PUR-PSR并联机构与本发明的技术方案最为接近，该并联机构由两条相互垂直的导轨、第一支链、第二支链、第三支链和动平台组成，该并联机构的动平台具有两转一移三个自由度，相对于本发明专利的作业工具少了一个移动自由度和一个局部转动自由度，同时本发明的导轨相互平行，因此本发明相对该并联机构具有自由度多，灵活性强，动平台的工作范围大的优点；若本发明应用到涂胶领域将有效地提高曲面涂胶的工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提高作业工具的自由度，提供一种作业工具具有四个自由度和一个局部的转动自由度的结构精巧的并联机器人，有效地解决了目前的小型机器人装置比如涂胶装置工作范围小，工作效率低的问题。

本发明的一种并联机器人，包括第一导轨、第二导轨和动平台，第一导轨与动平台通过两套相同的连接机构连接，两套相同的连接机构可在动平台两侧形成对称位置，便于动平台的角度转换；第二导轨和动平台之间连接有伸缩连接装置，伸缩连接装置可以推动动平台绕第一导轨转动；

所述连接机构包括驱动滑块、支撑杆、虎克铰链和转动铰链，虎克铰链连接支撑杆的一端和驱动滑块，支撑杆的另一端安装转动铰链，根据螺旋理论驱动滑块沿第一导轨的移动自由度，虎克铰链分别绕平行于第一导轨和垂直于第一导轨的转轴的两个转动自由度，以及转动铰链的转动自由度，共同构成约束矢量方程，对动平台的自由度进行了限定，具有两个转动自由度和两个移动自由度；

所述驱动滑块沿所述第一导轨直线滑动，驱动滑块沿第一导轨的直线滑动，可以将动平台与作业工具沿第一导轨方向进行移动，将扩大动平台的工作范围，以及提高工作的连续性；

所述转动铰链与所述动平台位于连接机构的一侧固定连接，这样连接将有利于动平台两侧的连接机构与动平台两侧进行转动连接；

两套相同的连接机构分列在动平台的两侧，两套相同的连接机构共面且不发生触碰，保证了两套相同的连接机构之间不发生相互干涉，同时连接机构的共面，有利于连接机构将传动力平稳地传递到动平台两侧；

所述伸缩连接装置包括驱动伸长杆和第三驱动滑块，所述驱动伸长杆的一端与第三驱动滑块以球副连接，根据螺旋理论第三驱动滑块沿第二导轨的移动自由度，驱动伸长杆的从第二导轨向动平台方向的移动自由度，以及球副的三个转动自由度，可以算的伸缩连接装置的末端具有三个转动三个移动自由度，对动平台的自由度不限定，只需驱动伸长杆提供对动平台的推力；

所述驱动伸长杆的另一端与所述动平台的后侧以转动副连接，这样连接对动平台的自由度不造成影响，保证动平台的自由度不变的情况下，由于动平台的后侧有伸缩连接装置，两侧有两套相同的连接机构，因此增加了动平台的稳定性与可控性；

所述第三驱动滑块与所述第二导轨以滑动副连接，第三驱动滑块沿第二导轨运动，将伴随动平台进行移动，使得动平台的可达范围更大；

所述动平台上安装作业工具，动平台主要是将作业工具送达到工作位置，然后由作业工具对工件进行加工；

所述作业工具固定安装在转动驱动的输出端，转动驱动的顶端固定安装于所述动平台的底端，工作时转动驱动将驱动作业工具转动，形成一个局部转动自由度，便于作业工具的角度调整。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种并联机器人，第一导轨与第二导轨相互平行，且处于同一水平面上，这样的位置关系将有助于驱动滑块与第三驱动滑块在第一导轨与第二导轨上平稳运行，并可以通过连接机构与伸缩连接装置驱动动平台沿第一导轨与第二导轨运动，增大动平台的工作空间范围。

如上所述的一种并联机器人，第一导轨与第二导轨之间的距离等于驱动伸长杆最长杆长的二分之一，支撑杆的长度等于驱动伸长杆最长杆长的二分之一，这样的设计可以让支撑杆推动动平台到达距离第一导轨的最远处，同时使得两套连接机构之间的夹角更大，有助于增加动平台的工作范围。

如上所述的一种并联机器人，第一驱动滑块、第二驱动滑块、第三驱动滑块与驱动伸长杆为移动驱动副，移动驱动副的行程范围大，控制简单，可以增加动平台的工作范围，转动驱动为转动驱动副，转动驱动副驱动作业工作，对工作角度进行调整，使得加工质量提高。

如上所述的一种并联机器人，所述驱动滑块的顶端沿平行于第一导轨的方向开设有“凹”形槽，所述“凹”形槽内部的两侧顶端均固定安装有卡头凸起；所述第一导轨的前侧与后侧中部沿第一导轨的方向均开设有滑槽，所述卡头凸起与第一导轨前侧与后侧中部的滑槽滑动连接，卡头凸起与第一导轨的滑槽的滑动连接，使得驱动滑块与第一导轨之间的配合更加紧密，且不易脱落，同时保证了滑动连接的平稳性。

如上所述的一种并联机器人，所述动平台呈长方体形状，所述动平台的顶端中部开设有矩形穿孔，矩形穿孔可以减轻动平台的质量，从而减小动平台的转动惯量，所述动平台的后侧与两侧均固定安装有“凹”形连接头，“凹”形连接头，便于更好的固定转动铰链的两端，使得动平台的受力更加平衡。

本发明作业工具相对现有技术具有两个转动自由度、两个移动自由度和一个局部转动自由度，因此本发明的作业工具在加工曲面工件时，相对现有技术更加灵活，且工作范围也更大。例如在加工圆柱形曲面时，在圆柱形曲面的中心线不与动平台绕导轨方向的转动自由度的转轴重合时，现有技术的作业工具，就不能够垂直的指向圆柱形曲面，导致加工质量不好；因此现有技术在加工圆柱形曲面时，需要先将圆柱形曲面的中心线与动平台绕第一导轨的转动自由度的转轴相重合，也使得现有的加工操作较为复杂。但是，本发明的作业工具具有一个局部转动自由度，在加工时无需将圆柱形曲面的中心线与动平台绕第一导轨的转动自由度的转轴相重合，简化了工作步骤，在工作时伸缩连接装置中的驱动伸长杆推动动平台绕第一导轨转动，然后转动驱动(连接作业工具和动平台底端的转动驱动副)调整作业工具的角度产生局部转动自由度，对作业工具的加工角度进行补偿，进而使得作业工具能够始终垂直指向圆柱形曲面，保证加工质量的同时，也使得加工操作更为便捷。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由螺旋理论可以分析得出，该并联机器的动平台相对于第一导轨与第二导轨，具有一个绕第一驱动滑块移动方向的转动自由度，一个绕垂直于第一驱动滑块移动方向的转动自由度，一个竖直方向的移动自由度，一个沿第一驱动滑块移动方向的移动自由度，总共有两个转动两个移动自由度，因为作业工具通过转动驱动安装在动平台底端，所以作业工具具有两个转动自由度、两个移动自由度和一个局部转动自由度，使得作业工具的转动姿态更加灵活，同时由于作业工具可以沿第一导轨与第二导轨移动，使得该装置的工作范围较大，适合对大型曲面进行涂胶作业；

(2)由于该装置是并联机器人，而并联机器人相对于现有的串联机器人具有响应速度快、精度高、便于控制等优点，所以该并联机器人相对现有的串联涂胶机器人具有更高的涂胶效率。

附图说明

图1为本发明的三维立体结构示意图；

图2为本发明的正视结构示意图；

图3为本发明的斜仰视结构示意图；

图中：1、第一导轨；2、第一驱动滑块；3、第一支撑杆；4、动平台；5、转动驱动；6、作业工具；7、第二支撑杆；8、第二驱动滑块；9、第三驱动滑块；10、驱动伸长杆；11、第二导轨。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的一种并联机器人如图1～3所示，包括第一导轨1、第二导轨11和动平台4，第一导轨1与动平台4通过两套相同的连接机构连接；第二导轨11和动平台4之间连接有伸缩连接装置；

所述连接机构包括驱动滑块、支撑杆、虎克铰链和转动铰链，虎克铰链连接支撑杆的一端和驱动滑块，支撑杆的另一端安装转动铰链；

所述驱动滑块沿所述第一导轨1直线滑动；

所述转动铰链与所述动平台4位于连接机构的一侧固定连接；

两套相同的连接机构分列在动平台4的两侧，两套相同的连接机构共面且不发生触碰；

两套相同的连接机构分别为：

所述第一导轨1的一端滑动连接有第一驱动滑块2，所述第一驱动滑块2底端通过虎克铰链转动连接有第一支撑杆3，所述第一支撑杆3底端通过转动铰链转动连接有动平台4。

所述第一导轨1的另一端滑动连接有第二驱动滑块8，所述第二驱动滑块8底端通过虎克铰链转动连接有第二支撑杆7，所述第二支撑杆7底端通过转动铰链与动平台4转动连接。

所述伸缩连接装置包括驱动伸长杆10和第三驱动滑块9，所述驱动伸长杆10的一端与第三驱动滑块9以球副连接；

所述驱动伸长杆10的另一端与所述动平台4的后侧以转动副连接；

所述第三驱动滑块9与所述第二导轨11以滑动副连接；

所述动平台4上安装作业工具6；

所述作业工具6固定安装在转动驱动5的输出端，转动驱动5的顶端固定安装于所述动平台4的底端。

第一导轨1与第二导轨11相互平行，且处于同一水平面上。

第一导轨1与第二导轨11之间的距离等于驱动伸长杆10最长杆长的二分之一，支撑杆的长度等于驱动伸长杆10最长杆长的二分之一。

第一驱动滑块2、第二驱动滑块8、第三驱动滑块9与驱动伸长杆10为移动驱动副，转动驱动5为转动驱动副。

所述驱动滑块的顶端沿平行于第一导轨1的方向开设有“凹”形槽，所述“凹”形槽内部的两侧顶端均固定安装有卡头凸起；所述第一导轨1的前侧与后侧中部沿第一导轨1的方向均开设有滑槽，所述卡头凸起与第一导轨1前侧与后侧中部的滑槽滑动连接。。

所述动平台4呈长方体形状，所述动平台4的顶端中部开设有矩形穿孔，所述动平台4的后侧与两侧均固定安装有“凹”形连接头，所述“凹”形连接头内侧固定安装有转动铰链。

下面，以涂胶为例：在该发明装置对圆柱形曲面进行涂胶作业时，首先将圆柱形曲面放置在该装置的下方，然后第一驱动滑块2与第二驱动滑块8在第一导轨1上相向运动，进而使得第一支撑杆3与第二支撑杆7的夹角变小，同时驱动伸长杆10也同步伸长，推动动平台4使得作业工具6到达圆柱形曲面的加工区域，然后作业工具6对圆柱形曲面进行涂胶作业，在作业时，若需要动平台4加大绕垂直于第一驱动滑块2移动方向的转动角度，则第三驱动滑块9移动，同时驱动伸长杆10也同步伸长，第三驱动滑块9进而通过伸缩连接装置调大动平台4绕垂直于第一驱动滑块2移动方向的转动角度，也使得作业工具6的工作角度得到调整，满足涂胶作业的角度要求；在需要动平台4加大绕第一导轨1的角度时，只需驱动伸长杆10伸长，推动动平台4绕第一导轨转动，然后转动驱动5调整作业工具6的角度产生局部转动自由度，对作业工具的加工角度进行补偿，满足涂胶作业的角度要求；在本块区域的涂胶作业完成后，第一驱动滑块2与第二驱动滑块8在第一导轨1上，第三驱动滑块9在第二导轨11上同步移动，将动平台4送达到下一个工作区域进行工作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种并联机器人，包括第一导轨(1)、第二导轨(11)和动平台(4)，其特征是：第一导轨(1)与动平台(4)通过两套相同的连接机构连接；第二导轨(11)和动平台(4)之间连接有伸缩连接装置；

所述连接机构包括驱动滑块、支撑杆、虎克铰链和转动铰链，虎克铰链连接支撑杆的一端和驱动滑块，支撑杆的另一端安装转动铰链；

所述驱动滑块沿所述第一导轨(1)直线滑动；

所述转动铰链与所述动平台(4)位于连接机构的一侧固定连接；

两套相同的连接机构分列在动平台(4)的两侧，两套相同的连接机构共面；

所述伸缩连接装置包括驱动伸长杆(10)和第三驱动滑块(9)，所述驱动伸长杆(10)的一端与第三驱动滑块(9)以球副连接；

所述驱动伸长杆(10)的另一端与所述动平台(4)的后侧以转动副连接；

所述第三驱动滑块(9)与所述第二导轨(11)以滑动副连接；

所述动平台(4)上安装作业工具(6)；

所述作业工具(6)固定安装在转动驱动(5)的输出端，转动驱动(5)的顶端固定安装于所述动平台(4)的底端。

2.根据权利要求1所述的一种并联机器人，其特征在于，第一导轨(1)与第二导轨(11)相互平行，且处于同一水平面上。

3.根据权利要求1所述的一种并联机器人，其特征在于，第一导轨(1)与第二导轨(11)之间的距离等于驱动伸长杆(10)最长杆长的二分之一，支撑杆的长度等于驱动伸长杆(10)最长杆长的二分之一。

4.根据权利要求1所述的一种并联机器人，其特征在于，第一驱动滑块(2)、第二驱动滑块(8)、第三驱动滑块(9)与驱动伸长杆(10)为移动驱动副，转动驱动(5)为转动驱动副。

5.根据权利要求1所述的一种并联机器人，其特征在于，所述驱动滑块的顶端沿平行于第一导轨(1)的方向开设有“凹”形槽，所述“凹”形槽内部的两侧顶端均固定安装有卡头凸起；所述第一导轨(1)的前侧与后侧中部沿第一导轨(1)的方向均开设有滑槽，所述卡头凸起与第一导轨(1)前侧与后侧中部的滑槽滑动连接。

6.根据权利要求1所述的一种并联机器人，其特征在于，所述动平台(4)呈长方体形状，所述动平台(4)的顶端中部开设有矩形穿孔，所述动平台(4)的后侧与两侧均固定安装有“凹”形连接头，所述“凹”形连接头内侧固定安装有转动铰链。

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