專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于Par4并聯(lián)機(jī)器人的工作機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于Par4并聯(lián)機(jī)器人的工作機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)器人從20世紀(jì)80年代以來(lái)，成為機(jī)器人領(lǐng)域中的幾個(gè)研究熱點(diǎn)之一。并聯(lián)機(jī)器人是指由固定平臺(tái)到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)用兩個(gè)或者兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)鏈相連，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或者兩個(gè)以上自由度，且驅(qū)動(dòng)至少分布在兩個(gè)或者兩個(gè)以上分支運(yùn)動(dòng)鏈上的機(jī)器人。它具有剛度大、承載能力強(qiáng)、累積誤差小、運(yùn)動(dòng)精度高、動(dòng)力性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)。并聯(lián)機(jī)器人在很多工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如噴漆、焊接、搬運(yùn)、裝配等場(chǎng)合。其中成功應(yīng)用的并聯(lián)機(jī)器人有Delta機(jī)器人及其衍生產(chǎn)品。 Delta機(jī)器人是一個(gè)平動(dòng)3自由度高速并聯(lián)機(jī)器人，由于其基座平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)都是呈三角狀而得名。Delta機(jī)器人由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、3根主動(dòng)桿、3個(gè)平行四邊形從動(dòng)支鏈組成?；脚_(tái)的三邊通過(guò)三條相同的運(yùn)動(dòng)鏈分別連接到動(dòng)平臺(tái)的三邊上。每條運(yùn)動(dòng)鏈中有一個(gè)由四個(gè)球鉸與桿件組成的平行四邊形閉環(huán)，此閉環(huán)再與一個(gè)帶轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)臂相串聯(lián)，驅(qū)動(dòng)臂的一端固定在靜平臺(tái)上，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下作一定角度的擺動(dòng)。這三條運(yùn)動(dòng)鏈決定了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特性。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)不能繞任何軸線旋轉(zhuǎn)，你可以在直角坐標(biāo)空間沿X，1，z三個(gè)方向平移運(yùn)動(dòng)，即具有三個(gè)自由度。在實(shí)際的應(yīng)用中只有這三個(gè)自由度往往是不夠的，因此人們對(duì)Delta機(jī)器人做了一些改進(jìn)，例如Par4機(jī)器人，它使用4個(gè)對(duì)稱(chēng)傳動(dòng)鏈，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為平行四邊形機(jī)構(gòu)，利用四邊形轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)一個(gè)帶輪或齒輪增速達(dá)到一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。同時(shí)這樣的設(shè)計(jì)也存在一些問(wèn)題，例如增速機(jī)構(gòu)無(wú)法根據(jù)平臺(tái)中心對(duì)稱(chēng)，也就是工作機(jī)構(gòu)的重心始終偏置。另外連桿之間為懸臂式的連接，這樣使得轉(zhuǎn)軸的受力情況不好，以及其所使用的橡膠帶輪也會(huì)影響平臺(tái)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于Par4并聯(lián)機(jī)器人的工作機(jī)構(gòu)，具有精度高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案如下一種用于Par4并聯(lián)機(jī)器人的工作機(jī)構(gòu)，包括第一連接臂1_1，球鉸頭2粘接在第一連接臂1-1上，第一連接板3-1 —端通過(guò)小轉(zhuǎn)軸5與第一連接臂1-1的一端鉸接，第一連接板3-1另一端鉸接第二連接臂1-2的一端，第二連接臂1-2的另一端端鉸接第二連接板
3-2的一端，第二連接板3-2的另一端再鉸接第一連接臂1-1的另一端，第一轉(zhuǎn)軸支臂4-1和第二轉(zhuǎn)軸支臂4-2的一端與第一連接板3-1通過(guò)第一大轉(zhuǎn)軸6-1鉸接，第一轉(zhuǎn)軸支臂4-1和第二轉(zhuǎn)軸支臂4-2的另一端與第二連接板3-2通過(guò)第二大轉(zhuǎn)軸6-2鉸接,第一扇形齒輪7-1套在第一大轉(zhuǎn)軸6-1中間并與第一連接板3-1固定，第二扇形齒輪7-2套在第二大轉(zhuǎn)軸6-2中間并于第二連接板3-2固定，第一扇形齒輪7-1與第二扇形齒輪7-2都與齒輪軸8的齒輪嚙合，齒輪軸8的上端與第一轉(zhuǎn)軸支臂4-1連接，齒輪軸8的下端與第二轉(zhuǎn)軸支臂4-2連接，螺母11將第一套筒9固定在齒輪軸8的下部，第二套筒10連接第一套筒9，執(zhí)行元件12被夾緊盤(pán)13和第二套筒10固定。所述的第一扇形齒輪7-1與第二扇形齒輪7-2對(duì)稱(chēng)配置。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明中所采用的增速方式為齒輪，使用壽命更長(zhǎng)。2、本發(fā)明中的增速機(jī)構(gòu)為對(duì)稱(chēng)雙扇形大齒輪傳動(dòng)齒輪軸，載荷根據(jù)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中心對(duì)稱(chēng)，載荷受力更均勻。3、連桿的鉸接結(jié)構(gòu)上下對(duì)稱(chēng)，避免懸臂式安裝對(duì)結(jié)構(gòu)受力造成的不利影響。4、該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度高，穩(wěn)定性好，承載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡(jiǎn)單。


圖I為本發(fā)明的主視圖。圖2為圖I的B截面視圖。圖3為圖I的A截面視圖。圖4為本發(fā)明的三維視圖。圖5為本發(fā)明安裝執(zhí)行元件后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明所適用的并聯(lián)機(jī)器人的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。參照?qǐng)D1，一種用于Par4并聯(lián)機(jī)器人的工作機(jī)構(gòu)，包括第一連接臂1_1，球鉸頭2粘接在第一連接臂1-1上，如圖3所示，第一連接板3-1的一端通過(guò)小轉(zhuǎn)軸5與第一連接臂
1-1的一端鉸接，如圖I所示，第一連接板3-1的另一端鉸接第二連接臂1-2的一端，第二連 接臂1-2的另一端鉸接第二連接板3-2的一端，第二連接板3-2的另一端再鉸接第一連接臂i-ι的另一端，這樣構(gòu)成一個(gè)正方形四桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)鉸接的方式連接，使得這個(gè)四桿機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行一定程度的變形，如圖2所示，第一轉(zhuǎn)軸支臂4-1和第二轉(zhuǎn)軸支臂4-2的一端與第一連接板3-1通過(guò)第一大轉(zhuǎn)軸6-1鉸接，第一轉(zhuǎn)軸支臂4-1和第二轉(zhuǎn)軸支臂4-2的另一端與第二連接板3-2通過(guò)第二大轉(zhuǎn)軸6-2鉸接，以上的鉸接結(jié)構(gòu)都使用軸承完成，這樣可以確保鉸接的零件可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，第一扇形齒輪7-1套在第一大轉(zhuǎn)軸6-1中間并使用銷(xiāo)與第一連接板3-1固定，第二扇形齒輪7-2套在第二大轉(zhuǎn)軸6-2中間并使用銷(xiāo)與第二連接板3-2固定，第一扇形齒輪7-1與第二扇形齒輪7-2都與齒輪軸8的齒輪嚙合，這樣當(dāng)四邊形變形時(shí)第一扇形齒輪7-1和第二扇形齒輪7-2都隨著各自連接的零件擺動(dòng)，并同時(shí)帶動(dòng)與其所嚙合的齒輪軸8轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)槭谴簖X輪帶動(dòng)小齒輪，因此起到增速作用，在四邊形的擺動(dòng)角度有一定限制的情況下，使得齒輪軸8完成一周的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪軸8的上端使用軸承和卡圈與第一轉(zhuǎn)軸支臂4-1連接，齒輪軸8的下端使用軸承和卡圈與第二轉(zhuǎn)軸支臂4-2連接，這樣兩個(gè)軸承支臂就對(duì)齒輪軸8起到支撐作用，螺母11將第一套筒9固定在齒輪軸8的下部，第一套筒9的下部有法蘭盤(pán)與第二套筒10的法蘭盤(pán)連接，執(zhí)行元件12被夾緊盤(pán)13和第二套筒夾緊固定，這里的執(zhí)行元件12可以為氬弧焊槍、噴漆頭等元件，可以根據(jù)實(shí)際用途進(jìn)行調(diào)整。所述的第一扇形齒輪7-1與第二扇形齒輪7-2對(duì)稱(chēng)配置。
本發(fā)明的工作原理為如圖4所示，本發(fā)明中的第一連接臂1-1、第一連接板3-1、第二連接臂1-2和第二連接板3-2構(gòu)成的四邊形機(jī)構(gòu)在四個(gè)角處的八個(gè)球頭被牽引運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生工作機(jī)構(gòu)整體的空間移動(dòng)和四邊形自身連桿間的相對(duì)擺動(dòng)。第一扇形齒輪7-1隨其所連接的第一連接板3-1相對(duì)于第一轉(zhuǎn)軸支臂4-1的旋轉(zhuǎn)，第二扇形齒輪7-2隨其所連接的第二連接板3-2相對(duì)于第一轉(zhuǎn)軸支臂4-1的旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)扇形齒輪的旋轉(zhuǎn)就可帶動(dòng)與其嚙合的齒輪軸8轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣執(zhí)行機(jī)構(gòu)四邊形的變形就轉(zhuǎn)化成為了齒輪軸8的 轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，加上執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身空間平動(dòng)的3個(gè)自由度，該執(zhí)行結(jié)構(gòu)就具有的4個(gè)自由度。在實(shí)際應(yīng)用中，如圖5所示，本發(fā)明的第二套筒10的法蘭盤(pán)與夾緊盤(pán)13將執(zhí)行元件12 (如焊槍等)夾緊。如圖6所示，本發(fā)明19被安裝在Par4并聯(lián)機(jī)器人上，Par4機(jī)器人是一個(gè)4自由度并聯(lián)機(jī)器人。它包含靜平臺(tái)14、工作機(jī)構(gòu)19及4個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈。靜平臺(tái)14上安裝有擺桿驅(qū)動(dòng)裝置15，這部分的功能是交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)連接件及減速器帶動(dòng)擺桿擺動(dòng)，擺桿通過(guò)球鉸17連接傳動(dòng)桿18，傳動(dòng)桿18通過(guò)球鉸將運(yùn)動(dòng)傳遞到工作機(jī)構(gòu)19，也就是本發(fā)明上，通過(guò)4個(gè)交流伺服電機(jī)的位置精確控制，4個(gè)擺桿的共同運(yùn)動(dòng)將工作機(jī)構(gòu)19的4個(gè)連接處也就是本發(fā)明的四邊形外形的四個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行牽引，將工作機(jī)構(gòu)移動(dòng)到工作位置，并將工作機(jī)構(gòu)上安裝的執(zhí)行元件調(diào)整到合適的角度。之后4個(gè)電機(jī)的協(xié)同運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)連接在齒輪軸下方的執(zhí)行元件12也可以完成其在空間中的工作。
權(quán)利要求
1.一種用于Par4并聯(lián)機(jī)器人的工作機(jī)構(gòu)，包括第一連接臂(1-1)，其特征在于球鉸頭(2)粘接在第一連接臂(1-1)上，第一連接板(3-1)的一端通過(guò)小轉(zhuǎn)軸(5)與第一連接臂(1-1)的一端鉸接，第一連接板(3-1)的另一端鉸接第二連接臂(1-2)的一端，第二連接臂(1-2)的另一端鉸接第二連接板(3-2)的一端，第二連接板(3-2)的另一端再鉸接第一連接臂(1-1)的另一端，第一轉(zhuǎn)軸支臂(4-1)和第二轉(zhuǎn)軸支臂(4-2)的一端與第一連接板(3-1)通過(guò)第一大轉(zhuǎn)軸(6-1)鉸接，第一轉(zhuǎn)軸支臂(4-1)和第二轉(zhuǎn)軸支臂(4-2)的另一端與第二連接板(3-2)通過(guò)第二大轉(zhuǎn)軸(6-2)鉸接，第一扇形齒輪(7-1)套在第一大轉(zhuǎn)軸(6-1)中間并與第一連接板(3-1)固定，第二扇形齒輪(7-2)套在第二大轉(zhuǎn)軸(6-2)中間并于第二連接板(3-2)固定，第一扇形齒輪(7-1)與第二扇形齒輪(7-2)都與齒輪軸(8)的齒輪嚙合，齒輪軸(8)的上端與第一轉(zhuǎn)軸支臂(4-1)連接，齒輪軸(8)的下端與第二轉(zhuǎn)軸支臂(4-2)連接，螺母(11)將第一套筒(9)固定在齒輪軸(8)的下部，第二套筒(10)連接第一套筒(9)，執(zhí)行元件(12)被夾緊盤(pán)(13)和第二套筒固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于Par4并聯(lián)機(jī)器人的工作機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的第一扇形齒輪(7-1)與第二扇形齒輪(7-2)對(duì)稱(chēng)配置。
全文摘要
一種用于Par4并聯(lián)機(jī)器人的工作機(jī)構(gòu)，包括工作臺(tái)大連接臂，球鉸頭粘接在工作臺(tái)大連接臂上，工作臺(tái)小連接臂通過(guò)轉(zhuǎn)軸、軸套以及軸承與工作臺(tái)大連接臂鉸接，4個(gè)鉸接的連接臂構(gòu)成四桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，軸將扇形大齒輪連接在工作臺(tái)小連接臂上，并通過(guò)銷(xiāo)將扇形大齒輪與小連接臂定位，軸承、卡圈將工作軸定位橫梁鉸接于工作臺(tái)小連接臂上，小齒輪軸鉸接于工作軸定位橫梁上，并且與兩個(gè)固定在小連接臂上的扇形大齒輪嚙合，采用四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性將運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的自由度擴(kuò)展至4個(gè)，該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、穩(wěn)定性好，承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J9/08GK102632499SQ20121008410
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者劉辰, 張琦, 范淑琴, 趙升噸 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)