專(zhuān)利名稱(chēng)：具有二維移動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度工業(yè)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，特別是涉及一種具有二維移動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度機(jī)器人。
背景技術(shù)：
并聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人是近幾十年出現(xiàn)的新型機(jī)器人，這種機(jī)器人通常由基座、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和以并聯(lián)方式連接兩者的多條運(yùn)動(dòng)分支組成，其驅(qū)動(dòng)部件可以安裝在基座上或基座附近，使它與串聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人相比具有一些獨(dú)特的性能，如剛度大、對(duì)稱(chēng)性好、結(jié)構(gòu)緊湊和動(dòng)力學(xué)性能好等。斯帝瓦特(Stewart)平臺(tái)是最典型的六自由度并聯(lián)機(jī)器人，這種機(jī)器人由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和基座和連接兩者的六條可伸縮運(yùn)動(dòng)支鏈組成，通過(guò)六個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈的伸縮運(yùn)動(dòng)使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)任意位置與姿態(tài)的六維空間運(yùn)動(dòng)，該種機(jī)器人亦即具有六個(gè)自由度。但是，現(xiàn)代生產(chǎn)中的許多實(shí)際操作機(jī)器人只需要具有部分自由度，這類(lèi)并聯(lián)機(jī)器人相對(duì)六自由度并聯(lián)機(jī)器人稱(chēng)為少自由度并聯(lián)機(jī)器人，如分別具有二、三、四和五自由度的并聯(lián)機(jī)器人。在少自由度并聯(lián)機(jī)器人中，具有二維移動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)的且具有實(shí)用性的三自由度機(jī)器人并不多見(jiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)在垂直面內(nèi)的二維移動(dòng)和繞一水平軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度工業(yè)機(jī)器人。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在基座與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間由三條運(yùn)動(dòng)支鏈以并聯(lián)方式相聯(lián)。在所述三條運(yùn)動(dòng)支鏈中，第一運(yùn)動(dòng)支鏈中的第一對(duì)H形連桿的下端分別通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與基座相聯(lián)，所述第一對(duì)H形連桿結(jié)構(gòu)相同，所述第一對(duì)H形連桿的上端分別通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第一連桿的兩端相聯(lián)，同時(shí)，所述第一對(duì)H形連桿的上端通過(guò)所述兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和第二對(duì)H形連桿的下端相聯(lián)，所述第二對(duì)H形連桿的上端分別通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與連接座相聯(lián)；所述第二對(duì)H形連桿結(jié)構(gòu)相同，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行安裝，所述聯(lián)結(jié)第一對(duì)H形連桿的下端和基座的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離與所述聯(lián)結(jié)第一對(duì)H形連桿的上端和第二對(duì)H形連桿的下端的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離相等，所述聯(lián)結(jié)第二對(duì)H形連桿的上端和連接座的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離與聯(lián)結(jié)第一對(duì)H形連桿的下端和基座的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離相等；所述連接座通過(guò)一個(gè)水平安裝的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相聯(lián)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二對(duì)H形連桿的上端對(duì)應(yīng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直；所述第一運(yùn)動(dòng)支鏈中的第一伸縮桿的兩端分別與安裝在兩個(gè)H形連桿的中部的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸相聯(lián)，所述兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二對(duì)H形連桿的下端對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行安裝。在所述三條運(yùn)動(dòng)支鏈中，第二運(yùn)動(dòng)支鏈中的下連接座、第二連桿、第三連桿、 上連接座分別通過(guò)相互平行的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸相聯(lián)，所述下連接座通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與基座相聯(lián)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸與聯(lián)結(jié)下連接座和第二連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相垂直安裝；所述上連接座通過(guò)另一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相聯(lián)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第一運(yùn)動(dòng)支鏈中聯(lián)結(jié)連接座和運(yùn)動(dòng)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行安裝，與聯(lián)結(jié)上連接座和第三連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相垂直，與聯(lián)結(jié)下連接座和基座的轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行；第二伸縮桿的兩端分別通過(guò)一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二連桿和第三連桿的中部相聯(lián)，所述一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與聯(lián)結(jié)第二連桿和第三連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行安裝。在所述三條運(yùn)動(dòng)支鏈中，第三運(yùn)動(dòng)支鏈和第二運(yùn)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)相同。工件或夾具安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，通過(guò)三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈的三個(gè)伸縮桿的驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在垂直面內(nèi)的二維移動(dòng)和繞一水平軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明的三自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具有明確運(yùn)動(dòng)特性，即，在垂直面內(nèi)的二維移動(dòng)和繞一水平軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。2、本發(fā)明具有機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)算法簡(jiǎn)單、精度高、承載能力強(qiáng)和工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。3、本發(fā)明在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域需要垂直面內(nèi)的二維移動(dòng)和繞一水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)的作業(yè)中有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖。圖2為圖1中第一運(yùn)動(dòng)支鏈立體示意簡(jiǎn)圖。圖3為圖1中第二運(yùn)動(dòng)支鏈立體示意簡(jiǎn)圖。在圖1、圖2和圖3中，1.基座，2、4、5.運(yùn)動(dòng)支鏈，3.運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，6、6'.第一 H 形連桿，7、7'.第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸，8、8'.第二 H形連桿，9、9'.第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸，10.第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸， 11.連接座，12、12'.第四轉(zhuǎn)動(dòng)軸，13.第一伸縮桿，14.第一連桿，15、15'.第五轉(zhuǎn)動(dòng)軸， 16.第二伸縮桿，17.第六轉(zhuǎn)動(dòng)軸，18.上連接座，19.第七轉(zhuǎn)動(dòng)軸，20、20'.第八轉(zhuǎn)動(dòng)軸， 21.第三連桿，22.第九轉(zhuǎn)動(dòng)軸，23.第二連桿，24.下連接座，25.第十轉(zhuǎn)動(dòng)軸，26.第—^一轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例，這種具有二維移動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度工業(yè)機(jī)器人主要包括基座1、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3及以并聯(lián)方式聯(lián)于基座與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間的第一運(yùn)動(dòng)支鏈2、第二運(yùn)動(dòng)支鏈4和第三運(yùn)動(dòng)支鏈5等部分。在所述第一運(yùn)動(dòng)支鏈中，一對(duì)第一 H形連桿6、6'的下端分別通過(guò)一對(duì)第五轉(zhuǎn)動(dòng)軸15、15'與基座相聯(lián)，所述一對(duì)第一 H形連桿結(jié)構(gòu)相同，其上端分別通過(guò)一對(duì)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸7、7'與第一連桿14的兩端相聯(lián)，同時(shí)，所述一對(duì)第一 H形連桿的上端通過(guò)所述一對(duì)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與一對(duì)第二 H形連桿8、8 ‘的下端相聯(lián)，所述一對(duì)第二 H形連桿的上端分別通過(guò)一對(duì)第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸9、9'與連接座11相聯(lián)，所述一對(duì)第二 H形連桿結(jié)構(gòu)相同，所述一對(duì)第五轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離與所述一對(duì)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離相等，所述一對(duì)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離與一對(duì)第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離相等；所述連接座通過(guò)一個(gè)水平安裝的第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸10與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相聯(lián)，所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相垂直；所述第一運(yùn)動(dòng)支鏈中的第一伸縮桿13的兩端分別與安裝在兩個(gè)H形連桿中部的一對(duì)第四轉(zhuǎn)動(dòng)軸12、12'相聯(lián)，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸(7、7')、第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸(9、9')第四轉(zhuǎn)動(dòng)軸(12、12')和第五轉(zhuǎn)動(dòng)軸(15、15')互相平行安裝。在所述第二運(yùn)動(dòng)支鏈中，第二連桿23的下端通過(guò)第十轉(zhuǎn)動(dòng)軸25與下連接座對(duì)相聯(lián)，第二連桿的上端通過(guò)第九轉(zhuǎn)動(dòng)軸22與第三連桿21的下端相聯(lián)，第三連桿的上端通過(guò)第七轉(zhuǎn)動(dòng)軸19與上連接座18相聯(lián)，第二運(yùn)動(dòng)支鏈中的第二伸縮桿16的兩端分別通過(guò)一對(duì)第八轉(zhuǎn)動(dòng)軸(20、20')與第三連桿21和第二連桿23的中部相聯(lián)，所述一對(duì)第八轉(zhuǎn)動(dòng)軸、第十轉(zhuǎn)動(dòng)軸、第九轉(zhuǎn)動(dòng)軸和第七轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行安裝；所述下連接座通過(guò)第十一轉(zhuǎn)動(dòng)軸26與基座相聯(lián)，所述上連接座通過(guò)第六轉(zhuǎn)動(dòng)軸17與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相聯(lián)，所述第六轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行安裝，第十一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第六轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行安裝，第十轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第十一轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相垂直安裝。 在所述三條運(yùn)動(dòng)支鏈中，第三運(yùn)動(dòng)支鏈和第二運(yùn)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)相同，所述第三運(yùn)動(dòng)支鏈中對(duì)應(yīng)的連接上連接座和運(yùn)動(dòng)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與所述第二運(yùn)動(dòng)支鏈中對(duì)應(yīng)的連接上連接座和運(yùn)動(dòng)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行安裝；工件或夾具安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上。
權(quán)利要求
1.一種具有二維移動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度工業(yè)機(jī)器人，主要包括基座(1)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(3)及以并聯(lián)方式聯(lián)于兩者之間的三條運(yùn)動(dòng)支鏈(2，4，5)，其中在第一運(yùn)動(dòng)支鏈中，一對(duì)第一 H形連桿(6，6')的下端分別通過(guò)一對(duì)第五轉(zhuǎn)動(dòng)軸(15、15')與基座相聯(lián)，所述一對(duì)第一 H形連桿結(jié)構(gòu)相同，該第一 H形連桿的上端分別通過(guò)一對(duì)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸(7、7')與第一連桿(14)的兩端相聯(lián)，同時(shí)，第一 H形連桿的上端通過(guò)一對(duì)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與一對(duì)第二 H形連桿(8、8')的下端相聯(lián)，該第二 H形連桿的上端分別通過(guò)一對(duì)第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸(9、9')與連接座(11)相聯(lián)，所述一對(duì)第二 H形連桿結(jié)構(gòu)相同，所述一對(duì)第五轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離與所述一對(duì)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離相等，所述一對(duì)第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離與一對(duì)第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離相等；第三運(yùn)動(dòng)支鏈(5)和第二運(yùn)動(dòng)支鏈(4)結(jié)構(gòu)相同，在第二和第三運(yùn)動(dòng)支鏈中，第二連桿(23 )的下端通過(guò)第十轉(zhuǎn)動(dòng)軸(25 )與下連接座(24)相聯(lián)，上述第二連桿的上端通過(guò)第九轉(zhuǎn)動(dòng)軸(22)與第三連桿(21)的下端相聯(lián)，該第三連桿的上端通過(guò)第七轉(zhuǎn)動(dòng)軸(19)與上連接座(18)相聯(lián)；其特征在于第一伸縮桿(13)的兩端分別與安裝在兩個(gè)H形連桿中部的一對(duì)第四轉(zhuǎn)動(dòng)軸(12、12')相聯(lián)，第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸(7、7')、第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸(9、9')第四轉(zhuǎn)動(dòng)軸 (12、12')和第五轉(zhuǎn)動(dòng)軸(15、15')互相平行安裝；連接座通過(guò)一個(gè)水平安裝的第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸(10)與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相聯(lián)，所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相垂直，第二和第三運(yùn)動(dòng)支鏈中的第二伸縮桿(16)的兩端分別通過(guò)一對(duì)第八轉(zhuǎn)動(dòng)軸(20、20')與第三連桿和第二連桿的中部相聯(lián)，第八轉(zhuǎn)動(dòng)軸、第十轉(zhuǎn)動(dòng)軸、第九轉(zhuǎn)動(dòng)軸和第七轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行安裝；下連接座通過(guò)第十一轉(zhuǎn)動(dòng)軸(26)與基座相聯(lián)，上連接座通過(guò)第六轉(zhuǎn)動(dòng)軸(17)與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相聯(lián)，第六轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行，第十一轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第六轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行，第十轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第十一轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有二維移動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度工業(yè)機(jī)器人，其特征在于第三運(yùn)動(dòng)支鏈中對(duì)應(yīng)的連接上連接座和運(yùn)動(dòng)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與所述第二運(yùn)動(dòng)支鏈中對(duì)應(yīng)的連接上連接座和運(yùn)動(dòng)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相平行。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有二維移動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度工業(yè)機(jī)器人，主要包括基座、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及以并聯(lián)方式聯(lián)于基座與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間的第一運(yùn)動(dòng)支鏈、第二運(yùn)動(dòng)支鏈和第三運(yùn)動(dòng)支鏈等部分。在所述三條運(yùn)動(dòng)支鏈中，第三運(yùn)動(dòng)支鏈和第二運(yùn)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)相同，其特征是所述第一連接座通過(guò)一個(gè)水平安裝的第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸與運(yùn)動(dòng)臺(tái)相聯(lián)，所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸互相垂直。通過(guò)三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈的三個(gè)伸縮桿的驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在垂直面內(nèi)的二維移動(dòng)和繞一水平軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。該工業(yè)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、承載能力強(qiáng)和工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于汽車(chē)、電子、核工業(yè)、航空航天等現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B25J9/08GK102441891SQ201110307330
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者張典范, 榮譽(yù), 金振林 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)