WO2019090474A1 - 一种部分解耦的 scara 高速并联机械手 - Google Patents
一种部分解耦的 scara 高速并联机械手 Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention is in the field of parallel robots and relates to a partially decoupled SCARA high speed parallel manipulator, especially for packaging, assembly, etc., as well as material picking applications.
- the high-speed parallel manipulator with patent number US4976582, US20090019960A EP2436511B1 adopts a full-symmetric parallel structure, with a large number of branches, nonlinear coupling of motion height, and complicated structure and control. From the point of view of manufacturing and application, high-speed parallel manipulator equipment with simple and compact configuration and motion decoupling characteristics is economical for reducing manufacturing costs and simplifying control modes and algorithms.
- the object of the present invention is to make a manipulator structure simple and compact, easy to manufacture, control, and reduce production cost, and provide a partially decoupled high-speed parallel manipulator applied to a production line.
- a partially decoupled SCARA high speed parallel manipulator the main body is a motion branch
- the motion branch has two, which are a first motion branch and a second motion branch;
- the first motion branch includes a first active link, a first passive link, and an end coupling device, and the end coupling device further includes a first drive link end drive device, first The active link and the first passive link share an elbow connection device and a first passive link end execution device;
- the first driving link end driving device includes a screw driving motor, a timing pulley, a first chain motor, a rolling axis b, a connecting rod pulley shaft and a coupling, a first chain motor,
- the rolling shaft b, the coupling, the timing pulley and the screw drive motor are connected from the bottom to the top through the connecting rod pulley shaft, and the first chain motor drives
- the timing belt wheel rotates;
- the screw drive motor is externally provided with a motor protection shell, and the first chain motor 18 is located inside the fixed base;
- the first driving link and the first passive link sharing end driving device comprise a rolling bearing a, a timing pulley and a connecting rod pulley shaft; the plurality of rolling bearings a are arranged by the synchronous pulley, and two synchronizations are set a pulley, a rolling bearing a and a timing pulley are connected by a connecting rod pulley shaft;
- the timing belt is located in the cavity of the first driving link and the first passive link, and is disposed on the timing pulley of the first driving link end driving device, the first driving link and the first passive link A synchronous pulley on the upper end of the common end drive device; a synchronous belt, a synchronous pulley and a first passive link, and a first active link form a rotary pair through a bearing, and the synchronous pulley drives the synchronous belt to rotate;
- the first passive link end implementing device comprises a ball screw, a timing pulley and a screw nut, and the ball screw and the screw nut fixed on the timing pulley form a spiral pair;
- the first motion branch and the second motion branch have the same structure, the first active link end driving device in the first motion branch and the second active link in the second motion branch
- the end drive unit shares a fixed base;
- the second passive link end effector in the second motion branch is based on the first passive link end effector in the first motion branch, and the spline is added
- the guide rail and the spline shaft, the spline guide rail and the first passive link and the second passive link end are connected by the rotary pair and fixed on the synchronous pulley;
- the lower end of the lead screw in the first motion branch is fixed on the actuator link, and the lower end of the spline shaft on the second passive link and the actuator link constitute a rotary pair, which drives the holder to rotate.
- a partially decoupled SCARA high-speed parallel manipulator of the present invention adopts a simple planar five-bar mechanism to reduce manufacturing cost, and a continuous rotation output can be generated at the end of the motion branch, which has partial motion decoupling characteristics and simplified control. .
- FIG. 1 is a schematic view showing the external mechanical structure of the mechanism of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic view showing the internal transmission structure of the mechanism of the present invention.
- a partially decoupled SCARA high speed parallel manipulator the main body is a motion branch
- a total of two movement branches which are a first motion branch and a second motion branch;
- the first motion branch includes a first active link 12, a first passive link 11 and an end coupling device, and the end coupling device further includes a first driving link 12 end driving device
- the first active link 12 and the first passive link 11 share an elbow connection device, and the first passive link 11 end execution device;
- the first driving link 12 end driving device comprises a screw driving motor 1, a timing pulley 16, a first chain motor 18, a rolling bearing b 21, a connecting rod pulley shaft 20 and a coupling 22,
- the first chain motor 18, the rolling bearing b 21, the coupling 22, the timing pulley 16 and the screw drive motor 1 are connected by a connecting rod pulley shaft 20, and the first chain motor 18 drives the timing pulley 16 to rotate;
- the bar drive motor 1 is externally provided with a motor protective case 2, and the first chain motor 18 is located inside the fixed base 13;
- the first driving link 12 and the first passive link 11 share an end driving device including a rolling bearing a 15 , a timing pulley 16 and a link pulley shaft 20 ; and a plurality of rolling bearings a 15 pass through the timing pulley 16 Interval, a total of two timing pulleys 16, the rolling bearing a 15 and the timing pulley 16 are connected by the connecting rod pulley shaft 20;
- the timing belt 14 is located in the cavity of the first driving link 12 and the first passive link 11, and is disposed on the timing pulley 16 of the end driving device of the first driving link 12, and the first driving link 12
- the first passive link 11 is shared with the synchronous pulley 16 at the upper end of the end drive device; the timing belt 14 and the synchronous pulley 16 are coupled to the first passive link 11 and the first drive link 12 to form a rotary pair.
- the timing pulley 16 drives the timing belt 14 to rotate;
- the first passive link 11 end performing device includes a ball screw 10, a timing pulley 16 and a screw nut
- the first motion branch and the second motion branch have the same structure, and the first initiative in the first motion branch
- the end drive of the connecting rod 12 and the end drive of the second drive link 4 in the second motion branch share a fixed base 13;
- the end of the second passive link 5 in the second motion branch is On the basis of the end of the first passive link 11 in the first motion branch, a spline rail 6 and a spline shaft 7 are added, and the spline rail 6 is coupled to the first passive link 11 and the second passive link.
- the end of the rod 5 is connected to the timing pulley 16 by a rotary pair;
- the planar five-bar mechanism formed by the two motion branches of the mechanism of the present invention determines the movement of the end of the motion branch in a plane; the first and second motion branches are coupled together to limit the free rotation of the screw, A motion branch converts the motor rotation into a vertical movement of the ball screw through the transmission of the timing belt system, so that the end of the motion branch is independently moved in the vertical direction; the second motion branch drives the rotation of the motor through the timing belt system To the spline shaft, independent rotation of the gripper in the vertical direction is achieved.
- the robot can produce movement in three directions and rotation in the vertical direction to form a SCARA motion, wherein the movement and rotation in the vertical direction are independent of the movement in the plane, respectively, which is a partially decoupled motion.
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Abstract
一种部分解耦的SCARA高速并联机械手，应用于工业中的抓放拾取，属于并联机器人技术领域。SCARA高速并联机械手的主体是两条运动支链，包括隐藏在固定基座内的电机、回转副、主动连杆、被动连杆，构成平面五杆机构；决定运动支链末端沿竖直方向移动和绕竖直方向转动的运动支链包括固定在主动连杆上的电机和隐藏在连杆内的同步带***。该机械手基于平面五杆机构，结构简单，降低制造成本；除平面内的平动外，运动支链末端可产生独立的沿竖直方向的移动和绕竖直方向的转动，即运动学部分解耦，利于控制。
Description
一种部分解耦的 SCARA高速并联机械手 技术领域
[0001] 本发明属于并联机器人领域， 涉及一种部分解耦的 SCARA高速并联机械手， 尤其是面向包装、 装配等以及材料拾取应用。
背景技术
[0002] 可实现空间内三移动和竖直方向一个转动 SACRA运动的四自由度并联机构， 具有较大的工作空间和结构刚度， 适用于快速的拾取工作， 展现出了较大的工 业应用潜力， 并且越来越广泛地被应用于轻工业生产线的高速拾取应用。 专利 号为 US4976582、 US20090019960A EP2436511B1的高速并联机械手采用全对 称的并联结构， 支链数量多、 运动高度非线性耦合， 结构和控制复杂。 从制造 和应用的角度出发， 幵发结构简单紧凑、 具有运动解耦特性的高速并联机械手 装备对于降低制造成本、 简化控制模式和算法具有经济意义。
技术问题
[0003] 本发明的目的是为了使机械手结构简单紧凑， 易于制造、 控制， 降低生产成本 ， 提供一种应用于生产线上的部分解耦高速并联机械手。
问题的解决方案
技术解决方案
[0004] 本发明的技术方案：
[0005] 一种部分解耦的 SCARA高速并联机械手， 主体为运动支链；
[0006] 所述的运动支链共两条， 为第一运动支链和第二运动支链；
[0007] 所述的第一运动支链包括第一主动连杆、 第一被动连杆和端部结合装置， 所述 的端部结合装置进一步包括第一主动连杆端部驱动装置、 第一主动连杆和第一 被动连杆共用肘部连接装置、 第一被动连杆端部执行装置；
[0008] 所述的第一主动连杆端部驱动装置包括丝杠驱动电机、 同步带轮、 第一支链电 机、 滚动轴 b、 连杆带轮轴和联轴器， 第一支链电机、 滚动轴 b、 联轴器、 同步带轮和丝杠驱动电机从下到上， 通过连杆带轮轴连接， 第一支链电机带动
同步带轮转动； 丝杠驱动电机外部套装有电机保护壳， 第一支链电机 18位于固 定基座的内部；
[0009] 所述的第一主动连杆和第一被动连杆共用端部驱动装置包括滚动轴承 a、 同步 带轮和连杆带轮轴； 多个滚动轴承 a通过同步带轮间隔， 共设置两个同步带轮， 滚动轴承 a和同步带轮间通过连杆带轮轴连接；
[0010] 同步带位于第一主动连杆和第一被动连杆的空腔内， 套装于第一主动连杆端部 驱动装置的同步带轮上、 第一主动连杆和第一被动连杆共用端部驱动装置上端 的同步带轮上； 同步带、 同步带轮与第一被动连杆、 第一主动连杆之间通过轴 承构成回转副， 同步带轮带动同步带转动；
[0011] 所述的第一被动连杆端部执行装置包括滚珠丝杠、 同步带轮和丝杠螺母， 滚珠 丝杠与固定在同步带轮上的丝杠螺母构成螺旋副；
[0012] 所述的第一运动支链和第二运动支链的结构相同， 第一运动支链中的第一主动 连杆端部驱动装置和第二运动支链中的第二主动连杆端部驱动装置共用一个固 定基座； 第二运动支链中的第二被动连杆端部执行装置在第一运动支链中的第 一被动连杆端部执行装置的基础上， 增设花键导轨和花键轴， 花键导轨同吋与 第一被动连杆和第二被动连杆末端通过回转副连接、 固定于同步带轮上；
[0013] 第一运动支链中的丝杠下端固定于执行器连杆上， 第二被动连杆上花键轴下端 与执行器连杆构成回转副， 带动夹持器转动。
发明的有益效果
有益效果
[0014] 本发明的一种部分解耦的 SCARA高速并联机械手， 采用结构简单的平面五杆 机构， 降低制造成本， 运动支链末端可产生连续转动输出， 具有部分运动解耦 的特性， 简化控制。
对附图的简要说明
附图说明
[0015] 图 1为本发明所述机构的外部机械结构示意图。
[0016] 图 2为本发明所述机构的内部传动结构示意图。
[0017] 图中： 1丝杠驱动电机； 2电机保护壳； 3花键轴驱动电机；
[0018] 4第二主动连杆； 5第二被动连杆； 6花键导轨； 7花键轴； 8夹持器；
[0019] 9执行器连杆； 10滚珠丝杠； 11第一被动连杆； 12第一主动连杆；
[0020] 13固定基座； 14同步带； 15滚动轴承 a; 16同步带轮；
[0021] 17第二支链电机； 18第一支链电机； 19丝杠螺母； 20连杆带轮轴；
[0022] 21滚动轴承15 ; 22联轴器。
本发明的实施方式
[0023] 以下结合附图和技术方案， 进一步说明本发明的具体实施方式。
[0024] 一种部分解耦的 SCARA高速并联机械手， 主体为运动支链；
[0025] 所述的运动支链共两条， 为第一运动支链和第二运动支链；
[0026] 所述的第一运动支链包括第一主动连杆 12、 第一被动连杆 11和端部结合装置， 所述的端部结合装置进一步包括第一主动连杆 12端部驱动装置、 第一主动连杆 1 2和第一被动连杆 11共用肘部连接装置、 第一被动连杆 11端部执行装置；
[0027] 所述的第一主动连杆 12端部驱动装置包括丝杠驱动电机 1、 同步带轮 16、 第一 支链电机 18、 滚动轴承 b 21、 连杆带轮轴 20和联轴器 22， 第一支链电机 18、 滚动 轴承 b 21、 联轴器 22、 同步带轮 16和丝杠驱动电机 1之间通过连杆带轮轴 20连接 ， 第一支链电机 18带动同步带轮 16转动； 丝杠驱动电机 1外部套装有电机保护壳 2， 第一支链电机 18位于固定基座 13的内部；
[0028] 所述的第一主动连杆 12和第一被动连杆 11共用端部驱动装置包括滚动轴承 a 15 、 同步带轮 16和连杆带轮轴 20; 多个滚动轴承 a 15通过同步带轮 16间隔， 共两个 同步带轮 16， 滚动轴承 a 15和同步带轮 16间通过连杆带轮轴 20连接；
[0029] 同步带 14位于第一主动连杆 12和第一被动连杆 11的空腔内， 套装于第一主动连 杆 12端部驱动装置的同步带轮 16上、 第一主动连杆 12和第一被动连杆 11共用端 部驱动装置上端的同步带轮 16上； 同步带 14、 同步带轮 16与第一被动连杆 11、 第一主动连杆 12之间通过轴承构成回转副， 同步带轮 16带动同步带 14转动； [0030] 所述的第一被动连杆 11端部执行装置包括滚珠丝杠 10、 同步带轮 16和丝杠螺母
19， 滚珠丝杠 10与固定在同步带轮 16上的丝杠螺母 19构成螺旋副；
[0031] 所述的第一运动支链和第二运动支链的结构相同， 第一运动支链中的第一主动
连杆 12端部驱动装置和第二运动支链中的第二主动连杆 4端部驱动装置共用一个 固定基座 13; 第二运动支链中的第二被动连杆 5端部执行装置在第一运动支链中 的第一被动连杆 11端部执行装置的基础上， 增设花键导轨 6和花键轴 7， 花键导 轨 6同吋与第一被动连杆 11和第二被动连杆 5末端通过回转副连接、 固定于同步 带轮 16上；
[0032] 第一运动支链中的丝杠 10下端固定于执行器连杆 9上， 第二被动连杆 5上花键轴 7下端与执行器连杆 9构成回转副， 带动夹持器 8转动。
[0033] 本发明机构的两条运动支链构成的平面五杆机构， 决定运动支链末端在平面内 的移动； 第一和第二运动支链耦合在一起， 限制丝杠的自由转动， 第一运动支 链通过同步带***的传动将电机转动转化为滚珠丝杠的竖直移动， 使运动支链 末端产生独立的竖直方向移动； 第二运动支链将电机的转动通过同步带***传 动到花键轴， 实现夹持器绕竖直方向的独立转动。
[0034] 机械手可产生三个方向的移动和竖直方向的转动构成 SCARA运动， 其中竖直 方向的移动和转动分别独立于平面内的移动， 为部分解耦的运动。
Claims
权利要求书
[权利要求 1] 一种部分解耦的 SCARA高速并联机械手， 其特征在于， 所述的机械 手的主体为运动支链；
所述的运动支链共两条， 为第一运动支链和第二运动支链； 所述的第一运动支链包括第一主动连杆 （12) 、 第一被动连杆 （11) 和端部结合装置， 所述的端部结合装置进一步包括第一主动连杆 （12 ) 端部驱动装置、 第一主动连杆 （12) 和第一被动连杆 （11) 共用肘 部连接装置、 第一被动连杆 （11) 端部执行装置； 所述的第一主动连杆 （12) 端部驱动装置包括丝杠驱动电机 （1) 、 同步带轮 （16) 、 第一支链电机 （18) 、 滚动轴承 b (21) 、 连杆带 轮轴 （20) 和联轴器 （22) ， 第一支链电机 （18) 、 滚动轴承 b (21 ) 、 联轴器 （22) 、 同步带轮 （16) 和丝杠驱动电机 （1) 从下到上 ， 通过连杆带轮轴 （20) 连接， 第一支链电机 （18) 带动同步带轮 （ 16) 转动； 丝杠驱动电机 （1) 外部套装有电机保护壳 （2) ， 第一支 链电机 （18) 位于固定基座 （13) 的内部；
所述的第一主动连杆 （12) 和第一被动连杆 （11) 共用肘部连接装置 包括滚动轴承 a (15) 、 同步带轮 （16) 和连杆带轮轴 （20) ； 多个 滚动轴承 a (15) 通过同步带轮 （16) 间隔， 共设置两个同步带轮 （1 6) ， 滚动轴承 a (15) 和同步带轮 （16) 间通过连杆带轮轴 （20) 连 接；
同步带 （14) 位于第一主动连杆 （12) 和第一被动连杆 （11) 的空腔 内， 套装于第一主动连杆 （12) 端部驱动装置的同步带轮 （16) 上、 第一主动连杆 （12) 和第一被动连杆 （11) 共用肘部连接装置上端的 同步带轮 （16) 上； 同步带 （14) 、 同步带轮 （16) 与第一被动连杆 (11) 、 第一主动连杆 （12) 之间通过轴承构成回转副， 同步带轮 ( 16) 带动同步带 (14) 转动；
所述的第一被动连杆 （11) 端部执行装置包括滚珠丝杠 （10) 、 同步 带轮 （16) 和丝杠螺母 （19) ， 滚珠丝杠 （10) 与固定在同步带轮 （
16) 上的丝杠螺母 （19) 构成螺旋副；
所述的第一运动支链和第二运动支链的结构相同， 第一运动支链中的 第一主动连杆 （12) 端部驱动装置和第二运动支链中的第二主动连杆
(4) 端部驱动装置共用一个固定基座 （13) ； 第二运动支链中的第 二被动连杆 （5) 端部执行装置在第一运动支链中的第一被动连杆 （1 1) 端部执行装置的基础上， 增设花键导轨 （6) 和花键轴 （7) ， 花 键导轨 （6) 同吋与第一被动连杆 （11) 和第二被动连杆 （5) 末端通 过回转副连接、 固定于同步带轮 （16) 上；
第一运动支链中的丝杠 （10) 下端固定于执行器连杆 （9) 上， 第二 被动连杆 （5) 上花键轴 （7) 下端与执行器连杆 （9) 构成回转副， 带动夹持器 （8) 转动。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| PCT/CN2017/109720 WO2019090474A1 (zh) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | 一种部分解耦的 scara 高速并联机械手 |
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| PCT/CN2017/109720 WO2019090474A1 (zh) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | 一种部分解耦的 scara 高速并联机械手 |
Publications (1)
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|---|---|
| WO2019090474A1 true WO2019090474A1 (zh) | 2019-05-16 |
Family
ID=66437476
Family Applications (1)
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| WO (1) | WO2019090474A1 (zh) |
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2017
- 2017-11-07 WO PCT/CN2017/109720 patent/WO2019090474A1/zh active Application Filing
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