CN211193871U

CN211193871U - 一种具有三移一转的三分支非过约束高速并联机器人

Info

Publication number: CN211193871U
Application number: CN201921614306.0U
Authority: CN
Inventors: 曹文熬; 景自强; 丁华锋; 张德
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2029-09-25

Abstract

本实用新型公开一种具有三移一转的三分支非过约束高速并联机器人，包括机架、动平台以及连接在机架与动平台之间的第一分支、第二分支和第三分支，第二分支与第三分支的结构和连接方式完全相同；所述第一分支从机架到动平台依次为平行四边形耦合驱动组件、第四转动副、第三从动杆、第五转动副、万向铰组件；所述第二分支、第三分支从机架到动平台依次为驱动电机三、第三胀紧套部件、第三驱动臂、4S平行四边形组件、第六转动副。本实用新型的优点在于：通过三分支实现四自由度运动，没有过约束，降低了机构的惯性，分支结构简单，工作空间大，装配简单，动平台可实现正反180度旋转，且工作空间内没有奇异位。

Description

一种具有三移一转的三分支非过约束高速并联机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种具有三移一转的三分支非过约束高速并联机器人。

背景技术

并联机器人发展的时间不长，但其独特的优势越来越明显，运动速度快，无累计误差，精度较高，结构紧凑，刚度大。近年来，这种机构越来越受到人们的重视，随着工业制造要求的提高，对于并联机器人的运动空间、运动灵活性以及分支结构等都有了更高的要求。

现有的三转一移并联机器人主要基于四分支结构的过约束并联机构。公开号为CN106002936A的发明专利提出一种三平移一转动并联机器人平台操作手，采用四条支链，两条相对支链为无约束SSP或者SPS支链，另外两条相对支链采用复杂的双平行四边形连杆结构，结构复杂，装配困难。公开号为CN1772442A的发明专利提出了一种三维平动一维转动的四自由度并联机器人机构，该机器人同样采用四条分支实现四自由度运动，每条分支包括一个移动副、两个虎克铰和一根分支杆，分支结构简单，存在杆件交叉的问题，并且移动副的实现比较困难。公开号为CN102922511A的发明专利提出了一种三移一转四分支对称并联结构，该机器人由动平台、定平台以及连接动平台和定平台的具有相同结构的四条支链组成，支链采用电机驱动主动连杆，主动连杆与内含四个转动副的平行四边形机构上端通过转动副连接，平行四边形机构下端与连接件上端通过转动副连接，连接件下端与动平台通过转动副连接。公开号为CN207710785U的实用新型专利提出了一种具有整回转能力的三转一移转动并联分拣机器人，该机器人相对于公开号为CN102922511A的发明专利做了改进，将下连接杆与工形连杆通过转动副连接，工形连杆与末端执行器件通过螺旋副连接，相对的两条分支共用一个螺旋副和工形连杆，另外两条分支使用另一组工形连杆和旋向相反的螺旋副。上述机器人均采用了四分支的过约束机构，分支数目较多，容易出现运动过程中的干涉，导致工作空间小，装配复杂。

公开号为CN108393871A的发明专利提出了高速高负载并联机器人，该机器人包括动平台、运动平台以及连接定平台和动平台三个相同分支，分支采用电机驱动通过转动副连接的平行四边形第二运动杆件，中间连杆通过两个U副两端分别连接平行四边形第二运动杆件和动平台。公开号为CN108544479A的发明专利提出了一种具有三维移动和一维转动的三分支四自由度机器人，该机器人其包括基座、运动平台及三个并联的分支，其每条分支均由上部两个相互平行的H形杆件及下部两个相互平行的H形杆件构成，其每个分支上均并联有一个伸缩杆，伸缩杆的两端分别与分支底座第二端和靠近分支底座第二端的第一H形杆的中下部转动连接。上述两者均采用三分支来实现四自由度，前者三分支通过三电机驱动只能实现三维移动，不能实现一维转动，若需要实现四自由度运动需要在已有机构上进行改进，需要在两平台中间加上一根转动连杆，连杆结构要求十分严格，并且会限制机构的工作空间；后者可以通过三分支实现四自由度运动，但是该机构采用了复杂了连杆结构，增加了整体重量，导致负载降低，不利于生产效率的提高，伸缩杆活动范围较为局限，降低了机器人的工作空间。

本实用新型的机构涉及四自由度并联机构，针对现有的四自由度并联机器人存在的一些问题进行了改善，将四自由度并联机器人的优势进一步体现。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对已有的技术现状，提供一种具有三移一转的三分支非过约束高速并联机器人，其分支结构简单，工作空间大，动平台可实现正反180度旋转，且工作空间内没有奇异位。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种具有三移一转的三分支非过约束高速并联机器人，包括机架、动平台以及连接在机架与动平台之间的第一分支、第二分支和第三分支，第二分支与第三分支的结构和连接方式完全相同；所述第一分支从机架到动平台依次为平行四边形耦合驱动组件、第四转动副、第三从动杆、第五转动副、万向铰组件；所述平行四边形耦合驱动组件包括驱动电机一、第一胀紧套部件、第一驱动臂、驱动电机二、第二胀紧套部件、第二驱动臂、第一转动副、第二转动副、第一从动臂、第三转动副和第二从动臂；所述第一驱动臂与驱动电机一通过第一胀紧套部件固连，第二驱动臂与驱动电机二通过第二胀紧套部件固连，第一从动臂与第一驱动臂通过第一转动副相连，第二从动臂与第二驱动臂通过第二转动副相连，第一从动臂与第二从动臂通过第三转动副相连；所述第二从动臂与第三从动杆通过第四转动副相连，所述第三从动杆与万向铰组件通过第五转动副相连；所述驱动电机一的轴线、驱动电机二的轴线、第一转动副的轴线、第二转动副的轴线和第三转动副的轴线互相平行；所述第四转动副的轴线与平行四边形耦合驱动组件各关节的转动轴线以及第三从动杆的中心线均垂直；所述第五转动副的轴线与第三从动杆的中心线重合且经过万向铰组件的几何中心；所述万向铰组件靠近动平台的转动副的轴线与动平台所在平面垂直、平行或斜交；所述第二分支、第三分支从机架到动平台依次为驱动电机三、第三胀紧套部件、第三驱动臂、4S平行四边形组件、第六转动副；所述4S平行四边形组件包括球副连接杆、左连杆、右连杆、T型连接杆和四个球副组件；所述第三驱动臂的一端与驱动电机三通过第三胀紧套部件固连，第三驱动臂的另一端与球副连接杆固连，球副连接杆的两侧分别与左连杆的一端和右连杆的一端通过球副组件相连；所述T型连接杆上端两侧分别与左连杆另一端和右连杆另一端通过球副组件连接，所述T型连接杆下端与动平台通过第六转动副相连；所述第六转动副的轴线与动平台所在平面垂直。

本实用新型的优点在于：通过三分支实现四自由度运动，没有过约束，降低了机构的惯性，分支结构简单，工作空间大，装配简单，动平台可实现正反180度旋转，且工作空间内没有奇异位。

附图说明

附图1为本实用新型高速并联机器人的立体图；

附图2为本实用新型第一分支的立体图；

附图3为本实用新型第二分支、第三分支的立体图。

标注说明：1、机架，2、动平台，3、平行四边形耦合驱动组件，M1、驱动电机一，M2、驱动电机二，M3、驱动电机三，Z1、第一胀紧套部件，Z2、第二胀紧套部件，Z3、第三胀紧套部件，31、第一驱动臂，32、第二驱动臂，33、第一从动臂，34、第二从动臂，4、第三从动杆，5、第三驱动臂，6、4S平行四边形组件，61、球副连接杆，62、左连杆，63、右连杆，64、T型连接杆，Ⅰ、第一分支，Ⅱ、第二分支，Ⅲ、第三分支，R1、第一转动副，R2、第二转动副，R3、第三转动副，R4、第四转动副，R5、第五转动副，R6、第六转动副，U1、万向铰组件，S、球副组件。

具体实施方式

请参阅图1-3所示，一种具有三移一转的三分支非过约束高速并联机器人，包括机架1、动平台2以及连接在机架1与动平台2之间的第一分支Ⅰ、第二分支Ⅱ和第三分支Ⅲ，第二分支Ⅱ与第三分支Ⅲ的结构和连接方式完全相同；所述第一分支Ⅰ从机架1到动平台2依次为平行四边形耦合驱动组件3、第四转动副R4、第三从动杆4、第五转动副R5、万向铰组件U1；所述平行四边形耦合驱动组件3包括驱动电机一M1、第一胀紧套部件Z1、第一驱动臂31、驱动电机二M2、第二胀紧套部件Z2、第二驱动臂32、第一转动副R1、第二转动副R2、第一从动臂33、第三转动副R3和第二从动臂34；所述第一驱动臂31与驱动电机一M1通过第一胀紧套部件Z1固连，第二驱动臂32与驱动电机二M2通过第二胀紧套部件Z2固连，第一从动臂33与第一驱动臂31通过第一转动副R1相连，第二从动臂34与第二驱动臂32通过第二转动副R2相连，第一从动臂33与第二从动臂34通过第三转动副R3相连；所述第二从动臂34与第三从动杆4通过第四转动副R4相连，所述第三从动杆4与万向铰组件U1通过第五转动副R5相连；所述驱动电机一M1的轴线、驱动电机二M2的轴线、第一转动副R1的轴线、第二转动副R2的轴线和第三转动副R3的轴线互相平行；所述第四转动副R4的轴线与平行四边形耦合驱动组件3各关节的转动轴线以及第三从动杆4的中心线均垂直；所述第五转动副R5的轴线与第三从动杆4的中心线重合且经过万向铰组件U1的几何中心；所述万向铰组件U1靠近动平台2的转动副的轴线与动平台2所在平面垂直、平行或斜交，图1所示万向铰组件U1靠近动平台2的转动副的轴线与动平台2所在平面垂直；所述第二分支Ⅱ、第三分支Ⅲ从机架1到动平台2依次为驱动电机三M3、第三胀紧套部件Z3、第三驱动臂5、4S平行四边形组件6、第六转动副R6；所述4S平行四边形组件6包括球副连接杆61、左连杆62、右连杆63、T型连接杆64和四个球副组件S；所述第三驱动臂5的一端与驱动电机三M3通过第三胀紧套部件Z3固连，第三驱动臂5的另一端与球副连接杆61固连，球副连接杆61的两侧分别与左连杆62的一端和右连杆63的一端通过球副组件S相连；所述T型连接杆64上端两侧分别与左连杆62另一端和右连杆63另一端通过球副组件S连接，所述T型连接杆64下端与动平台2通过第六转动副R6相连；所述第六转动副R6的轴线与动平台2所在平面垂直。

当然，以上仅为本实用新型较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的使用范围，故，凡是在本实用新型原理上做等效改变均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种具有三移一转的三分支非过约束高速并联机器人，其特征在于：包括机架、动平台以及连接在机架与动平台之间的第一分支、第二分支和第三分支，第二分支与第三分支的结构和连接方式完全相同；所述第一分支从机架到动平台依次为平行四边形耦合驱动组件、第四转动副、第三从动杆、第五转动副、万向铰组件；所述平行四边形耦合驱动组件包括驱动电机一、第一胀紧套部件、第一驱动臂、驱动电机二、第二胀紧套部件、第二驱动臂、第一转动副、第二转动副、第一从动臂、第三转动副和第二从动臂；所述第一驱动臂与驱动电机一通过第一胀紧套部件固连，第二驱动臂与驱动电机二通过第二胀紧套部件固连，第一从动臂与第一驱动臂通过第一转动副相连，第二从动臂与第二驱动臂通过第二转动副相连，第一从动臂与第二从动臂通过第三转动副相连；所述第二从动臂与第三从动杆通过第四转动副相连，所述第三从动杆与万向铰组件通过第五转动副相连；所述驱动电机一的轴线、驱动电机二的轴线、第一转动副的轴线、第二转动副的轴线和第三转动副的轴线互相平行；所述第四转动副的轴线与平行四边形耦合驱动组件各关节的转动轴线以及第三从动杆的中心线均垂直；所述第五转动副的轴线与第三从动杆的中心线重合且经过万向铰组件的几何中心；所述万向铰组件靠近动平台的转动副的轴线与动平台所在平面垂直、平行或斜交；所述第二分支、第三分支从机架到动平台依次为驱动电机三、第三胀紧套部件、第三驱动臂、4S平行四边形组件、第六转动副；所述4S平行四边形组件包括球副连接杆、左连杆、右连杆、T型连接杆和四个球副组件；所述第三驱动臂的一端与驱动电机三通过第三胀紧套部件固连，第三驱动臂的另一端与球副连接杆固连，球副连接杆的两侧分别与左连杆的一端和右连杆的一端通过球副组件相连；所述T型连接杆上端两侧分别与左连杆另一端和右连杆另一端通过球副组件连接，所述T型连接杆下端与动平台通过第六转动副相连；所述第六转动副的轴线与动平台所在平面垂直。