專利名稱：三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)的制作方法
三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)。背景技術(shù)：
少自由度并聯(lián)機器人是指自由度數(shù)為2、 3、 4或5的并聯(lián)機器人，其適用于自由度的要求 少于6個的工業(yè)場合。相較于6自由度并聯(lián)機器人，少自由度并聯(lián)機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本 低廉和控制容易等特點，因此其具有很好的應用前景，是當前國際上的研究熱點。
通常情況下，在輕工、食品、藥品的包裝以及電子封裝行業(yè)里，要完成在空間內(nèi)的抓放 操作(Pick-and-Place)時需要4個自由度，即三個平動自由度和一個轉(zhuǎn)動自由度。
US5000653、 US6212968均涉及了一種名為SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)的串聯(lián)機器人。該機器人通過四個運動副R-R-R-P或者P-R-R-R串聯(lián)而成，四個運 動副的軸線相互平行，可實現(xiàn)在空間內(nèi)大范圍的移動，并且可以實現(xiàn)整周的回轉(zhuǎn)。但是，由 于采用開環(huán)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，各驅(qū)動裝置直接安裝于主動臂和從動臂的關(guān)節(jié)上，移動部分質(zhì)量較大 ，使得其速度、剛度和精度都受到一定的限制。
US4976582發(fā)明了一種名為Delta的并聯(lián)機器人，適合于搬運輕質(zhì)物體，其運行速度可達 10m/s，加速度可達10g。 Delta機構(gòu)由定平臺、動平臺以及連接定平臺和動平臺的呈對稱分 布的三條支鏈。每條支鏈分別由主動臂和從動臂組成，主動臂通過轉(zhuǎn)動副與定平臺相連，從 動臂是一個由四個球關(guān)節(jié)首尾相連形成的平行四邊形四連桿機構(gòu)，其一端與主動臂相連，另 一端與動平臺相連接。通過控制三個主動臂的擺動即可實現(xiàn)動平臺在空間內(nèi)的高速三維平動 。此外，可在定平臺與動平臺之間添加一R-U-P-U-R支鏈，驅(qū)動末端執(zhí)行器的回轉(zhuǎn)運動，支 鏈中的移動副是通過一條伸縮桿運動實現(xiàn)的，影響該桿件的使用壽命以及機器人的工作空間
US20090019960Al涉及了一種名為Par4的并聯(lián)機器人，該專利已經(jīng)在Ad印t公司進行產(chǎn)業(yè) 化，其運行速度可達10m/s，最大加速度可達15g。這種機器人機構(gòu)在定平臺與動平臺之間連 接有四條與Delta機構(gòu)中運動支鏈結(jié)構(gòu)相同的運動鏈，這四條運動鏈并不是直接連接在末端 執(zhí)行機構(gòu)上，而是每兩條運動支鏈連接到一個運動桿，通過兩條運動桿的相對運動驅(qū)動末端 執(zhí)行機構(gòu)的運動，還可以利用齒輪或者皮帶增大末端執(zhí)行機構(gòu)的回轉(zhuǎn)角度。該Par4機構(gòu)的末端執(zhí)行器有沿三個方向上的平動與繞垂直于靜平臺平面轉(zhuǎn)動軸的旋轉(zhuǎn)運動。但是，該機構(gòu)的 動平臺部分設(shè)計復雜，不利于安裝維護。
在本發(fā)明申請技術(shù)描述中，運動副將用如下符號表示P代表移動副，R代表轉(zhuǎn)動副，U 代表萬向關(guān)節(jié)，C代表圓柱副，H代表螺旋副，S代表球面副，下劃線代表此關(guān)節(jié)為驅(qū)動關(guān)節(jié)

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其提高動平 臺的速度和精度的同時，簡化了動平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低控制的難度和維護的成本。 本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題，提供一種三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其包括基座、動
平臺及分別連接所述基座與所述動平臺的支鏈；所述支鏈包括主動臂及與該主動臂相連的從 動臂，所述主動臂為一擺桿，所述從動臂為一平行四邊形機構(gòu)；所述支鏈的數(shù)量為四，其分 別是第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈；所述第一至第四支鏈均以轉(zhuǎn)動副與所述基 座相連，該四轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動中心線相互平行，同時，該四轉(zhuǎn)動副共處第一平面呈四邊形分布 ;所述平行四邊形機構(gòu)與所述主動臂相連的邊及所述平行四邊形機構(gòu)與所述動平臺相連的邊 均垂直于所述第一平面，所述第一至第四支鏈與所述動平臺相接觸的四邊呈六面體形分布。 本發(fā)明更進一步的改進是
所述平行四邊形機構(gòu)為首尾依次以球面副相連的四連桿機構(gòu)，該平行四邊形機構(gòu)相對的 兩邊分別固定連接于所述主動臂和所述動平臺。
所述平行四邊形機構(gòu)為首尾依次以轉(zhuǎn)動副相連的四連桿機構(gòu)，該平行四邊形機構(gòu)相對的 兩邊分別以轉(zhuǎn)動副連接于所述主動臂和所述動平臺。
所述平行四邊形機構(gòu)所處平面垂直于所述第一平面。
所述四邊形分布為矩形分布。
所述轉(zhuǎn)動中心線垂直于所述第一平面。
所述動平臺平行于所述第一平面的中心平面為第二平面，所述平行四邊形機構(gòu)與所述動 平臺相連的邊垂直于所述第二平面。
所述第一支鏈、所述第二支鏈、所述第三支鏈和所述第四支鏈均相同。 所述主動臂包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置固定在所述基座上。 在所述動平臺上設(shè)置手抓或吸盤。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是采用純并聯(lián)結(jié)構(gòu)，降低運動部件質(zhì)量，從而提
5高動平臺的速度和精度；其次，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)易于控制；再次，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)使動平臺的工作空 間大，分布對稱；最后，動平臺設(shè)計簡單、安裝和維護都非常方便。


圖l為本發(fā)明三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為圖1的正面示意圖3為圖1的仰視示意圖4為一支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。
基座ll支鏈12
動平臺13第一平面lll
第一支鏈121第二支鏈122
第三支鏈123第四支鏈124
主動臂125從動臂126
第二平面13具體實施方式
下面結(jié)合

及具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明。
如圖1至圖4所示， 一種三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其包括基座ll、支鏈12和動平臺 13 ，支鏈l2分別連接所述基座11與所述動平臺13 ，支鏈l2移動帶動動平臺13作相應的位姿變 化；所述支鏈12包括第一支鏈121、第二支鏈122、第三支鏈123和第四支鏈124;所述第一至 第四支鏈(即第一支鏈121、第二支鏈122、第三支鏈123和第四支鏈124)其均以一轉(zhuǎn)動副與 所述基座ll相連，所述多個轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動中心線相互平行，即該四個轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動中心線相 互平行。所述第一至第四支鏈其與所述基座ll相連的四轉(zhuǎn)動副共處第一平面lll并呈四邊形 分布，所述第一至第四支鏈其與所述動平臺13相連的四接觸位置亦呈四邊形分布；所述第一 至第四支鏈均包括主動臂125和從動臂126，所述主動臂125與所述從動臂126相連；所述主動 臂的旋轉(zhuǎn)平面平行于或位于所述第一平面，當主動臂為直桿時，其旋轉(zhuǎn)平面與第一平面lll 共面，但是，若根據(jù)需要將主動臂設(shè)計成彎桿，此時要求主動臂自由端的旋轉(zhuǎn)平面須與第一 平面lll相平行，同時，保證所述從動臂126為平行四邊形機構(gòu)。
在本發(fā)明中，平行四邊形機構(gòu)有兩種
具體實施例方式第一種所述平行四邊形機構(gòu)為首尾依次以球面副相連的四連桿機構(gòu)，該平行四邊形機 構(gòu)相對的兩邊分別固定連接于所述主動臂和所述動平臺，該兩邊優(yōu)選為短邊。由于是球面副 相連，所以該平行四邊形機構(gòu)與主動臂相連后，平行四邊形機構(gòu)所處平面相較于主動臂可實 現(xiàn)轉(zhuǎn)動，該平行四邊形機構(gòu)本身亦可實現(xiàn)形變。
第二種所述平行四邊形機構(gòu)為首尾依次以轉(zhuǎn)動副相連的四連桿機構(gòu)，該平行四邊形機 構(gòu)相對的兩邊分別以轉(zhuǎn)動副連接于所述主動臂和所述動平臺，該兩邊優(yōu)選為短邊。由于是轉(zhuǎn) 動副相連，所以該平行四邊形機構(gòu)經(jīng)轉(zhuǎn)動副與主動臂相連，實現(xiàn)平行四邊形機構(gòu)所處平面相 較主動臂的轉(zhuǎn)動，同時，該平行四邊形機構(gòu)本身亦經(jīng)轉(zhuǎn)動副實現(xiàn)形變。
在本發(fā)明申請中，基座ll可為多種形狀，動平臺13亦可為多種形狀，但需保證支鏈12與 基座11或動平臺13相連后的構(gòu)造關(guān)系。所述平行四邊形機構(gòu)所處平面垂直于所述第一平面。 平行于所述第一平面的所述動平臺中心平面為第二平面131，所述平行四邊形機構(gòu)與所述動 平臺相連的邊垂直于所述第二平面131 。
為了便于各主動臂的驅(qū)動控制，將各支鏈12與基座11相連的轉(zhuǎn)動副其分布設(shè)置成矩形分 布，其轉(zhuǎn)動中心線垂直于所述第一平面，更進一步，為了簡化控制，將所述第一支鏈121、 所述第二支鏈122、所述第三支鏈123或所述第四支鏈124設(shè)置成兩兩相同，或直接將所述第 一支鏈121、所述第二支鏈122、所述第三支鏈123和所述第四支鏈124設(shè)計成完全一樣。各主 動臂、從動臂及動平臺安裝配合完成以后，根據(jù)并聯(lián)機構(gòu)運動學與動力學的計算，實現(xiàn)調(diào)節(jié) 主動臂的運動狀態(tài)，即可經(jīng)支鏈改變動平臺的位姿，實現(xiàn)所需的機器人搬運等操作。
在本發(fā)明中，所述主動臂包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(本技術(shù)領(lǐng)域已知技術(shù)特征，未圖示出)， 該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置固定在所述基座上，由于固定在基座上，所以降低了關(guān)聯(lián)機構(gòu)的質(zhì)量，使其 可進一步提高運動速度和精度。
在本發(fā)明中，優(yōu)選將所述主動臂125的旋轉(zhuǎn)平面與所述第一平面111共面設(shè)計，此時，即 從動臂的延伸方向與第一平面相交，使動平臺在垂直于第一平面的方向上來回移動和平行于 第一平面的方向自由移動，實現(xiàn)三平動，另外，由從動臂的帶動，其在繞垂直于第一平面的 軸線方向還可自由轉(zhuǎn)動，整體來看，即實現(xiàn)了三平動一轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明中，其末端執(zhí)行機構(gòu)的手抓或吸盤，直接固定于動平臺上，設(shè)計簡單，由動平臺 的移動，帶著執(zhí)行機構(gòu)至所需的位置，實施預定的操作。
7本發(fā)明采用純并聯(lián)結(jié)構(gòu)，降低運動部件質(zhì)量，從而提高動平臺的速度和精度；其次，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)易于控制；再次，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)使動平臺的工作空間大，分布對稱；最后，動平臺設(shè)計簡單、安裝和維護都非常方便。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其包括基座、動平臺及分別連接所述基座與所述動平臺的支鏈；其特征在于所述支鏈包括主動臂及與該主動臂相連的從動臂，所述主動臂為一擺桿，所述從動臂為一平行四邊形機構(gòu)；所述支鏈的數(shù)量為四，其分別是第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈；所述第一至第四支鏈均以轉(zhuǎn)動副與所述基座相連，該四轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動中心線相互平行，同時，該四轉(zhuǎn)動副共處第一平面呈四邊形分布；所述平行四邊形機構(gòu)與所述主動臂相連的邊及所述平行四邊形機構(gòu)與所述動平臺相連的邊均垂直于所述第一平面，所述第一至第四支鏈與所述動平臺相接觸的四邊呈六面體形分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于 :所述平行四邊形機構(gòu)為首尾依次以球面副相連的四連桿機構(gòu)，該平行四邊形機構(gòu)相對的兩 邊分別固定連接于所述主動臂和所述動平臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于 :所述平行四邊形機構(gòu)為首尾依次以轉(zhuǎn)動副相連的四連桿機構(gòu)，該平行四邊形機構(gòu)相對的兩 邊分別以轉(zhuǎn)動副連接于所述主動臂和所述動平臺。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征 在于所述平行四邊形機構(gòu)所處平面垂直于所述第一平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于 :所述四邊形分布為矩形分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于 :所述轉(zhuǎn)動中心線垂直于所述第一平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于 :所述動平臺的中心平面為第二平面，所述第二平面平行于所述第一平面，所述平行四邊形機構(gòu)與所述動平臺相連的邊垂直于所述第二平面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:所述第一支鏈、所述第二支鏈、所述第三支鏈和所述第四支鏈均相同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:所述主動臂包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置固定在所述基座上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在 于在所述動平臺上設(shè)置手抓或吸盤。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三平動一轉(zhuǎn)動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其包括基座、動平臺及分別連接基座與動平臺的支鏈；支鏈包括主動臂及與該主動臂相連的從動臂，主動臂為一擺桿，從動臂為一平行四邊形機構(gòu)；支鏈的數(shù)量為四，其分別是第一至第四支鏈；該第一至第四支鏈均以轉(zhuǎn)動副與基座相連，該四轉(zhuǎn)動副共處第一平面呈四邊形分布同時其轉(zhuǎn)動中心線相互平行；平行四邊形機構(gòu)與主動臂、動平臺相連的邊均垂直于第一平面，第一至第四支鏈與動平臺相接觸的四邊呈六面體形分布。有益效果是采用純并聯(lián)結(jié)構(gòu)，降低運動部件質(zhì)量，從而提高動平臺的速度和精度；該并聯(lián)結(jié)構(gòu)易于控制；再次，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)使動平臺的工作空間大，分布對稱；動平臺設(shè)計簡單、安裝和維護都非常方便。
文檔編號B25J17/02GK101659059SQ20091030774
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者吳志敏, 江 常, 李志斌, 樓云江, 鐘江生, 陳鐵牛 申請人:深圳職業(yè)技術(shù)學院