CN114378794A - 具有支链末端铰接结构的三平动高速并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有支链末端铰接结构的三平动高速并联机器人，包括静平台、末端执行器以及设置在静平台和末端执行器之间的三条支链，所述三条支链绕所述静平台周向彼此相间120度均匀分布，均包括主动臂、V型块和从动臂，所述主动臂上端与固定在静平台上的安装座转动连接，主动臂下端与V型块上端转动连接，V型块下端与从动臂前端转动连接，从动臂末端与末端执行器转动连接。该机构全由转动副组成，每条支链的主动臂均由两条杆件组成，且存在解析正解，具有驱动元件数目少、结构紧凑、刚度和承载力大、设计制造与控制成本低、控制方便等优点。

Description

具有支链末端铰接结构的三平动高速并联机器人

技术领域

本发明涉及并联机器人，具体涉及一种支链末端交接并联机器人。

背景技术

三自由度平动并联机器人是目前工业场景应用中较为常见的一种机器人，其主要通过三条结构相同的支链转动连接形成，具有三个平动自由度，配合机器视觉和抓取机构可进行对物料的抓取、分拣、包装等动作，具有广阔的市场应用场景。

三自由度平动并联机构凭借其驱动元件数目少、设计及制造成本低等优点，近年来得到了国内外众多学者广泛的关注和深入的研究。专利号为201410158835.X的中国专利公开了“一种仅含转动副的空间三平动并联机器人机构”，该机构三条支链的主动臂与从动臂均采用一条杆件组成，所以机构整体的承载力和刚度不大、稳定性较差，不适用于工业生产领域中对重物进行作业。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种驱动元件数目少、结构紧凑、刚度和承载力大、设计制造与控制成本低、控制方便的具有支链末端铰接结构的三平动高速并联机器人。

本发明的一种具有支链末端铰接结构的三平动高速并联机器人，包括静平台、设在静平台下方的末端执行器以及设置在静平台和末端执行器之间的三条支链，绕所述的静平台的外壁的周向彼此相间120度均匀分布连接有三个安装座，在每一个安装座上固定有一个驱动电机以及与驱动电机的输出轴固定相连的减速器，所述三条支链绕所述静平台周向彼此相间120度均匀分布，依次为第一支链、第二支链和第三支链,每一条支链均包括主动臂、V型块和从动臂，所述的主动臂包括第一主动臂以及第二主动臂，所述的第一主动臂的上端与沿水平方向固定在安装座外壁上的销轴转动相连，所述的第二主动臂上端与减速器的输出轴刚性连接，所述的V型块的上翼板为左右平行间隔设置的两块肋板，在所述的两块肋板之间的上部和下部分别连接有上部转轴和下部转轴，所述的第一主动臂的下部与上部转轴转动连接，所述的第二主动臂的下部与下部转轴转动连接；

所述的从动臂为一工型架，所述的工型架包括中间杆，所述的中间杆的两端分别通过u形端与沿水平方向设置的第一水平连杆、第二水平连杆转动相连，所述的中间杆的两端分别绕第一水平连杆、第二水平连杆的水平轴线转动，所述的第一水平连杆的末端与沿竖直方向固定在V型块的下翼板底壁上的竖杆通过转动副转动相连，所述的第一水平连杆能够绕竖杆的轴线转动，所述的第二水平连杆的末端与末端执行器通过沿竖直方向的转动副转动相连，所述的第二水平连杆能够绕末端执行器的竖直轴线转动，与末端执行器相连的第一支链的转动副、第二支链的转动副、第三支链的转动副在末端执行器上从上至下依次设置；所述上部转轴的轴线、下部转轴的轴线、驱动电机的输出轴的轴线以及销轴的轴线彼此平行设置。

本发明的优点在于：

本并联机器人具有三个移动自由度，可以实现对物料的抓取、分拣、包装等动作，因主动臂由两根连杆并联组成，具有驱动元件数目少、结构紧凑、刚度和承载力大、设计制造与控制成本低、控制方便等优点。

附图说明

图1是本发明具有支链末端铰接结构的三平动高速并联机器人的主视图；

图2是图1所示并联机器人的俯视图；

图3是图1所示并联机器人第一个角度的立体结构示意图；

图4是图1所示并联机器人第二个角度的立体结构示意；

图5是图1所示并联机器人的局部视图；

图6是图1所示并联机器人第三个角度的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明：

如附图所示本发明的一种具有支链末端铰接结构的三平动高速并联机器人，包括静平台1、设在静平台1下方的末端执行器8以及设置在静平台1和末端执行器8之间的三条支链。绕所述的静平台1的外壁的周向彼此相间120度均匀分布连接有三个安装座4，在每一个安装座4上固定有一个驱动电机3以及与驱动电机3的输出轴固定相连的减速器2，所述三条支链绕所述静平台1周向彼此相间120度均匀分布，依次为第一支链Ⅰ、第二支链Ⅱ和第三支链Ⅲ。

每一条支链均包括主动臂5、V型块6和从动臂7，所述的主动臂5包括第一主动臂5-1以及第二主动臂5-2，所述的第一主动臂5-1的上端与沿水平方向固定在安装座4外壁上的销轴转动相连，所述的第二主动臂5-2上端与减速器2的输出轴刚性连接，所述的V型块6的上翼板为左右平行间隔设置的两块肋板，在所述的两块肋板之间的上部和下部分别连接有上部转轴和下部转轴，所述的第一主动臂5-1的下部与上部转轴转动连接，所述的第二主动臂5-2的下部与下部转轴转动连接。

所述的从动臂7为一工型架，所述的工型架包括中间杆7-2，所述的中间杆7-2的两端分别通过u形端与沿水平方向设置的第一水平连杆7-1、第二水平连杆7-3转动相连，所述的中间杆7-2的两端分别绕第一水平连杆7-1、第二水平连杆7-3的水平轴线转动，所述的第一水平连杆7-1的末端与沿竖直方向固定在V型块6的下翼板底壁上的竖杆通过转动副转动相连，所述的第一水平连杆7-1能够绕竖杆的轴线转动，所述的第二水平连杆7-3的末端与末端执行器8通过沿竖直方向的转动副转动相连，所述的第二水平连杆7-3能够绕末端执行器8的竖直轴线转动，与末端执行器8相连的第一支链Ⅰ的转动副、第二支链Ⅱ的转动副、第三支链Ⅲ的转动副在末端执行器8上从上至下依次设置。

所述上部转轴的轴线、下部转轴的轴线、驱动电机3的输出轴的轴线以及销轴的轴线彼此平行设置。

所述的主动臂5包括第一主动臂5-1以及第二主动臂5-2，提高了机器人刚度。

支链的从动臂采用一种偏置设计，第一水平连杆7-1和第二水平连杆7-3的长度相等且平行。这样可保证机构支链运动时，V型块6的下翼板与末端执行器8的连线始终与中间杆7-2相等且平行，从而可简化运动学表达。本发明的机构简图类似于Delta并联机构，因此具有存在解析正解的优点，便于运动控制，而这亦是本发明在结构设计方面上的一个独特之处。

三个驱动电机3通过减速器2分别控制三条主动臂5绕静平台1转动，主动臂5运动带动V型块6运动，V型块运动带动从动臂7运动，从而带动并联机器人末端执行器8沿x、y、z方向做空间三维平动。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种具有支链末端铰接结构的三平动高速并联机器人，包括静平台、设在静平台下方的末端执行器以及设置在静平台和末端执行器之间的三条支链，绕所述的静平台的外壁的周向彼此相间120度均匀分布连接有三个安装座，在每一个安装座上固定有一个驱动电机以及与驱动电机的输出轴固定相连的减速器，所述三条支链绕所述静平台周向彼此相间120度均匀分布，依次为第一支链、第二支链和第三支链,其特征在于：每一条支链均包括主动臂、V型块和从动臂，所述的主动臂包括第一主动臂以及第二主动臂，所述的第一主动臂的上端与沿水平方向固定在安装座外壁上的销轴转动相连，所述的第二主动臂上端与减速器的输出轴刚性连接，所述的V型块的上翼板为左右平行间隔设置的两块肋板，在所述的两块肋板之间的上部和下部分别连接有上部转轴和下部转轴，所述的第一主动臂的下部与上部转轴转动连接，所述的第二主动臂的下部与下部转轴转动连接；

所述的从动臂为一工型架，所述的工型架包括中间杆，所述的中间杆的两端分别通过u形端与沿水平方向设置的第一水平连杆、第二水平连杆转动相连，所述的中间杆的两端分别绕第一水平连杆、第二水平连杆的水平轴线转动，所述的第一水平连杆的末端与沿竖直方向固定在V型块的下翼板底壁上的竖杆通过转动副转动相连，所述的第一水平连杆能够绕竖杆的轴线转动，所述的第二水平连杆的末端与末端执行器通过沿竖直方向的转动副转动相连，所述的第二水平连杆能够绕末端执行器的竖直轴线转动，与末端执行器相连的第一支链的转动副、第二支链的转动副、第三支链的转动副在末端执行器上从上至下依次设置；所述上部转轴的轴线、下部转轴的轴线、驱动电机的输出轴的轴线以及销轴的轴线彼此平行设置。

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