專利名稱：一種用于高速搬運作業(yè)的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于工業(yè)機器人機構(gòu)學領域，特別涉及一種用于高速搬運作業(yè)的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)。
背景技術：
在食品、電子、輕工、醫(yī)藥等行業(yè)的自動化生產(chǎn)流水線，經(jīng)常會涉及到一些諸如餅干、樹脂鏡片等體積小、質(zhì)量輕產(chǎn)品在兩點之間的搬運作業(yè)，這種搬運作業(yè)一般需要極高的速度，以符合生產(chǎn)流水線的節(jié)拍。目前，工業(yè)上應用在此場合較為成熟的工業(yè)機器人為瑞士clavel教授發(fā)明的delta機器人,delta機器人末端執(zhí)行器一般具有三平移或三平移、一轉(zhuǎn)動自由度。Delta機器人具有較高的搬運效率，但機構(gòu)較為復雜，其中含有球鉸、胡克鉸、移動副等運動副，制造成本和維護成本較高。在點對點高速搬運作業(yè)場合，不要求并聯(lián)機器人末端執(zhí)行器具有三個或三個以上自由度，一種結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)更為適且。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造和維護成本低、易于控制、適用于高速搬運作業(yè)的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)。一種用于高速搬運作業(yè)的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)，由機架、動平臺和三條支鏈組成，第一和第二條支鏈完全相同，由三個軸線平行的轉(zhuǎn)動副組成，其中與機架直接連接的兩個轉(zhuǎn)動副設為主動副，安裝驅(qū)動電機，第一和第二條支鏈布置于機架兩側(cè)，并于機架中心對稱；連桿1、111和連桿I1、IV組成連接機架和動平臺組成第一和第二條支鏈；連桿V、VI連接機架和動平臺形成平行四邊形機構(gòu)，構(gòu)成第三條支鏈，其特征在于:所述的第三條支鏈為從動支鏈，平行四邊形機構(gòu)約束動平臺作平動，第一和第二條支鏈為從動支鏈，約束動平臺的轉(zhuǎn)動自由度。所述的機架和連桿之間、連桿和連桿連接、連桿和動平臺之間均用轉(zhuǎn)動鉸鏈連接。所述的機架和動平臺之間還設有第四條支鏈，安裝在機架上的驅(qū)動電機通過轉(zhuǎn)軸帶動動平臺上的末端執(zhí)行器轉(zhuǎn)動，約束動平臺的二自由度平動和一自由度轉(zhuǎn)動。所述的連桿V、V1、轉(zhuǎn)軸和機架組成第三條支鏈的第一個平行四邊形機構(gòu)，連桿VL連桿珊、轉(zhuǎn)軸和動平臺組成第三條支鏈的第二個平行四邊形機構(gòu)，兩個平行四邊形機構(gòu)的公共邊為轉(zhuǎn)軸，兩個平行四邊形機構(gòu)約束動平臺作平動。所述的連桿V，VI，VL VDI和機架、動平臺形成平行四邊機構(gòu)構(gòu)成第三條支鏈，連桿V和連桿Vn之間形成移動副，連桿VI和連桿VDI之間形成移動副，彈性元件可以均勻地伸長或壓縮，連接在連桿V、Vn和連桿V1、VDI形成的移動副之間，使連桿V、Vn和連桿V1、VDI移動副位移相等，平行四邊形的一邊可以變化，擴大動平臺的工作空間。本發(fā)明，三條支鏈中有兩條完全相同，對稱布置于機架兩側(cè)，用一條由平行四邊形機構(gòu)組成的支鏈約束了動平臺的轉(zhuǎn)動自由度，使動平臺在另外兩條支鏈的約束下僅可作二自由度平動運動。機構(gòu)中只含轉(zhuǎn)動鉸鏈，不含球鉸、胡克鉸等其它運動副，具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造維護成本低、動平臺可承受加速度大、易于控制等優(yōu)點，特別適合用于僅需二自由度平動的高速搬運作業(yè)。


圖1是本發(fā)明并聯(lián)機器人機構(gòu)的基本構(gòu)型。圖2是本發(fā)明并聯(lián)機器人機構(gòu)的延伸構(gòu)型一。圖3是本發(fā)明并聯(lián)機器人機構(gòu)的延伸構(gòu)型二。圖4是本發(fā)明并聯(lián)機器人機構(gòu)的延伸構(gòu)型三。圖中:1機架，2動平臺，3連桿1、4連桿11，5連桿111，6連桿IV，7連桿V，8連桿VI，9轉(zhuǎn)軸，9-1彈性元件，10連桿VL 11連桿VIL
具體實施例方式一種用于高速搬運作業(yè)的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)，由機架1、動平臺2和三條支鏈組成，第一和第二條支鏈完全相同，由三個軸線平行的轉(zhuǎn)動副組成，其中與機架直接連接的兩個轉(zhuǎn)動副設為主動副，安裝驅(qū)動電機，第一和第二條支鏈布置于機架兩側(cè)，并于機架中心對稱；連桿I 3、連桿III 5和連桿II 4、連桿IV 6組成連接機架和動平臺2組成第一和第二條支鏈；連桿V 7、連桿VI 8連接機架I和動平臺2形平行四邊形機構(gòu)，構(gòu)成第三條支鏈，第三條支鏈為從動支鏈，平行四邊形機構(gòu)約束動平臺2作平動，第一和第二條支鏈為從動支鏈，約束動平臺2的轉(zhuǎn)動自由度。實施例1:
如圖1所示，是本發(fā)明并聯(lián)機器人機構(gòu)的基本構(gòu)型。機架I保持不動，動平臺2，可作二自由度平動。連桿I 3、連桿III 5和連桿II 4、連桿IV 6組成連接機架和動平臺2組成第一和第二條支鏈。連桿V 7，連桿VI 8連接機架I和動平臺2形平行四邊形機構(gòu)，構(gòu)成第三條支鏈。第三條支鏈為從動支鏈，平行四邊形機構(gòu)約束動平臺2作平動。實施例2:
如圖2示，是本發(fā)明并聯(lián)機器人機構(gòu)的延伸構(gòu)型一。機架I保持不動，動平臺2可作二自由度平動。連桿I 3、連桿III 5和連桿II 4、連桿IV 6組成連接機架和動平臺2組成第一和第二條支鏈。連桿V 7、連桿VI 8連接機架I和動平臺2形成平行四邊形機構(gòu)，構(gòu)成第三條支鏈。第三條支鏈為從動支鏈，平行四邊形機構(gòu)約束動平臺2作平動。在此基礎上，引入第四條支鏈，安裝在機架上的驅(qū)動電機通過轉(zhuǎn)軸9帶動動平臺2上的末端執(zhí)行器10轉(zhuǎn)動。該機構(gòu)能實現(xiàn)二自由度平動和一自由度轉(zhuǎn)動。實施例3:
如圖3示，是本發(fā)明并聯(lián)機器人機構(gòu)的延伸構(gòu)型二。機架I保持不動，動平臺2可作二自由度平動。連桿I 3、111 5和連桿II 4,IV 6組成連接機架I和動平臺2組成第一和第二條支鏈。連桿V 7、連桿VI 8、連桿VII 10，連桿VDI 11和機架I組成第三條支鏈的第一個平行四邊形機構(gòu)，連桿V 7、連桿VI8、連桿VII10,連桿VDI11和動平臺2組成第三條支鏈的第二個平行四邊形機構(gòu)，兩個平行四邊形機構(gòu)的公共邊為轉(zhuǎn)軸9。兩個平行四邊形機構(gòu)約束動平臺2作平動。實施例4:
如圖4示，是本發(fā)明并聯(lián)機器人機構(gòu)的延伸構(gòu)型三。I為機架，保持不動，2為動平臺，可作二自由度平動。連桿I 3 JII 5和連桿II 4、IV 6組成連接機架I和動平臺2組成第一和第二條支鏈。連桿V 7、連桿VI 8、連桿VII 10，連桿VDI 11和機架I和動平臺2形成平行四邊機構(gòu)構(gòu)成第三條支鏈。連桿V 7和連桿YD 10之間形成移動副，連桿VI 8和連桿VDI11之間形成移動副。為彈性元件9-1，可以均勻地伸長或壓縮，連接在連桿V 7、連桿VI 8、連桿W 10、連桿VDI11形成的移動副之間，以保證。連桿V 7、連桿VI 8、連桿VII 10，連桿VDI 11移動副位移相等，維持平行四邊形機構(gòu)。第三條支鏈在維持平行四邊形機構(gòu)的基礎上，平行四邊形的一邊允許變化，這樣可以擴大動平臺的工作空間。由于驅(qū)動電機安裝在機架上，且對稱布置于機架兩側(cè)，該機構(gòu)在結(jié)構(gòu)上具有良好的對稱性，機構(gòu)在運動過程中，驅(qū)動電機的慣量對動力學性能影響小，連桿質(zhì)量小，動平臺可以承受較大的加速度，有助于高速搬運作業(yè)。該機構(gòu)只含轉(zhuǎn)動副，不含球副、胡克鉸、移動副等制造和維護成本較高的運動副，該機構(gòu)只需兩個驅(qū)動電機就可驅(qū)動機構(gòu)運動，由該機構(gòu)制造的高速搬運并聯(lián)機器人成本低，結(jié)構(gòu)簡單可靠，易于控制。
權利要求
1.一種用于高速搬運作業(yè)的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)，由機架(I)、動平臺(2)和三條支鏈組成，第一和第二條支鏈完全相同，由三個軸線平行的轉(zhuǎn)動副組成，其中與機架(1)直接連接的兩個轉(zhuǎn)動副設為主動副，安裝驅(qū)動電機，第一和第二條支鏈布置于機架兩偵牝并于機架中心對稱；連桿1、111(3、5)和連桿11、1￥(4、6)組成連接機架和動平臺(2)組成第一和第二條支鏈；連桿V、VI(7、8)連接機架(I)和動平臺(2)形成平行四邊形機構(gòu)，構(gòu)成第三條支鏈，其特征在于:所述的第三條支鏈為從動支鏈，平行四邊形機構(gòu)約束動平臺(2)作平動，第一和第二條支鏈為從動支鏈，約束動平臺的轉(zhuǎn)動自由度。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于高速搬運作業(yè)的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:所述的機架(I)和連桿之間、連桿和連桿連接、連桿和動平臺之間均用轉(zhuǎn)動鉸鏈連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于高速搬運作業(yè)的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:所述的機架(I)和動平臺(2)之間還設有第四條支鏈，安裝在機架上的驅(qū)動電機通過轉(zhuǎn)軸(9)帶動動平臺(2)上的末端執(zhí)行器(10)轉(zhuǎn)動，約束動平臺的二自由度平動和一自由度轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于高速搬運作業(yè)的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:所述的連桿V、VI(7、8)、轉(zhuǎn)軸(9)和機架(I)組成第三條支鏈的第一個平行四邊形機構(gòu)，連桿訓、珊(10、11)、轉(zhuǎn)軸(9)和動平臺(2)組成第三條支鏈的第二個平行四邊形機構(gòu)，兩個平行四邊形機構(gòu)的公共邊為轉(zhuǎn)軸(9)，兩個平行四邊形機構(gòu)約束動平臺(2)作平動。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于高速搬運作業(yè)的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:所述的連桿V、V1、Vn、VDI(7、8、10、ll)和機架(I)、動平臺(2)形成平行四邊機構(gòu)構(gòu)成第三條支鏈，連桿 V (7)和連桿VD(IO)之間形成移動副，連桿VI (8)和連桿VDI (11)之間形成移動副，彈性元件(9-1)可以均勻地伸長或壓縮，連接在連桿V、VD(7、10)和連桿V1、VDI (8、11)形成的移動副之間，使連桿V、VII (7、10)和連桿V1、VDI (8、11)移動副位移相等，平行四邊形的一邊可以變化，擴大動平臺的工作空間。
全文摘要
一種用于高速搬運作業(yè)的二自由度平動并聯(lián)機器人機構(gòu)，由機架(1)、動平臺(2)和三條支鏈組成，第一和第二條支鏈完全相同，由三個軸線平行的轉(zhuǎn)動副組成，其中與機架(1)直接連接的兩個轉(zhuǎn)動副設為主動副，安裝驅(qū)動電機，其特征在于所述的第三條支鏈為從動支鏈，平行四邊形機構(gòu)約束動平臺(2)作平動，第一和第二條支鏈為從動支鏈，約束動平臺的轉(zhuǎn)動自由度。本發(fā)明用一條由平行四邊形機構(gòu)組成的支鏈約束了動平臺的轉(zhuǎn)動自由度，使動平臺在另外兩條支鏈的約束下僅可作二自由度平動運動。具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造維護成本低、動平臺可承受加速度大、易于控制等優(yōu)點，特別適合用于僅需二自由度平動的高速搬運作業(yè)。
文檔編號B25J9/00GK103112000SQ20131008575
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月18日 優(yōu)先權日2013年3月18日
發(fā)明者楊尹, 郭林, 周培壟, 劉元琦, 李良灣, 馬桂殿, 許生炎 申請人:萬新光學集團有限公司