專利名稱：一種非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，尤其是一種非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
由現(xiàn)有專利文獻(xiàn)CN102120205A和CN102133560A可知，現(xiàn)有一類帶定位頭的混聯(lián)機(jī)器人，包括三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、一對(duì)橫向平行直線機(jī)構(gòu)和一對(duì)縱向平行直線機(jī)構(gòu)，這類機(jī)器人具有工作空間與機(jī)構(gòu)體積之比小、剛度低和精度低的缺點(diǎn)。由現(xiàn)有專利文獻(xiàn) GB2173472 (或 EP0200369、US4790718)、SE8502327 (或US4732525)、CN1524662、CN1709657A和CN1439492A可知，現(xiàn)有一類帶定位頭的空間混聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)，包括幾個(gè)可沿軸向伸長(zhǎng)或縮短的調(diào)節(jié)裝置；所述調(diào)節(jié)裝置的一端通過虎克鉸連接在固定架上，所述調(diào)節(jié)裝置的另一端通過三轉(zhuǎn)動(dòng)自由度鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)相連；有的專利中還附加了被動(dòng)支鏈與動(dòng)平臺(tái)剛性連接，并通過虎克鉸與固定架相連接，以限制定位頭的某幾個(gè)自由度。在這類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)中，存在以下幾點(diǎn)不足:調(diào)節(jié)裝置末端連接的鉸鏈為三轉(zhuǎn)動(dòng)自由度鉸鏈，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的整體剛度較低，負(fù)載能力較差；被動(dòng)支鏈不僅使機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜，而且運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)量多，使其在運(yùn)動(dòng)過程中容易發(fā)生干涉，減小了工作空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人，該機(jī)器人具有較高整機(jī)剛度、精度以及負(fù)載能力。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人，包括固定架、動(dòng)平臺(tái)、圓形導(dǎo)軌、定位頭、第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈；所述第一支鏈包括一支鏈虎克鉸、一支鏈托架和一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置，所述一支鏈托架通過所述一支鏈虎克鉸與 所述固定架相連接，所述一支鏈托架的下端與所述動(dòng)平臺(tái)剛性連接，所述一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端與所述一支鏈托架連接；所述第二支鏈和所述第三支鏈設(shè)置在所述第一支鏈的兩側(cè)；所述第二支鏈包括二支鏈虎克鉸、二支鏈托架、二支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置和二支鏈圓弧滑塊，所述二支鏈托架通過所述二支鏈虎克鉸與所述固定架相連接，所述二支鏈托架的下端與所述二支鏈圓弧滑塊通過二支鏈鉸鏈連接；所述第三支鏈包括三支鏈虎克鉸、三支鏈托架、三支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置和三支鏈鉸鏈座，所述三支鏈托架通過所述三支鏈虎克鉸與所述固定架相連接，所述三支鏈托架的下端與所述三支鏈鉸鏈座通過三支鏈鉸鏈連接；所述二支鏈圓弧滑塊通過滑動(dòng)副連接在所述圓形導(dǎo)軌上，所述三支鏈鉸鏈座固接在所述圓形導(dǎo)軌上，所述圓形導(dǎo)軌固定在所述動(dòng)平臺(tái)的周圍，所述圓形導(dǎo)軌的幾何中心線與所述二支鏈鉸鏈和所述三支鏈鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線空間垂直；所述一支鏈虎克鉸設(shè)置在所述固定架的中部，所述一支鏈虎克鉸和所述三支鏈虎克鉸的外環(huán)旋轉(zhuǎn)軸線共線；所述定位頭具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直。所述一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置包括伺服電機(jī)、絲杠、螺母、螺母支座、軸承座和直線導(dǎo)軌；所述伺服電機(jī)固定在所述一支鏈虎克鉸的內(nèi)環(huán)上；所述螺母通過螺紋連接在所述絲杠上，所述螺母固接在所述螺母支座上；所述螺母支座固接在所述一支鏈托架上；所述直線導(dǎo)軌沿所述第一支鏈的軸向固定在所述一支鏈托架上；所述絲杠通過所述螺母支座和所述軸承座支撐在所述一支鏈托架上，由所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述軸承座滑動(dòng)連接在所述直線導(dǎo)軌上。所述二支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和所述三支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)均與所述一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)相同。所述一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置、所述二支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置和所述三支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置為直線電機(jī)、液壓缸和氣缸中的任意一種。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:一)由于只有三條主動(dòng)支鏈，減少了被動(dòng)支鏈，因而減少了運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)量，降低了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，降低了成本；二)由于與動(dòng)平臺(tái)連接的鉸鏈自由度數(shù)非常少，因而使整機(jī)具有較高的剛度；三)以最少的鉸鏈數(shù)實(shí)現(xiàn)了五自由度混聯(lián)機(jī)器人，因而有利于提高整機(jī)精度；四)由于第一支鏈與動(dòng)平臺(tái)剛性連接，可以實(shí)現(xiàn)直接測(cè)量，因而使整機(jī)具有高精度的特點(diǎn)；五)具有高剛度、高精度、五自由度的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工；六)模塊化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)即插即用，即可單臺(tái)單獨(dú)使用，又可以多臺(tái)聯(lián)合作業(yè)，形成生產(chǎn)線。


圖1是本發(fā)明的機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的固定架上虎克鉸分布圖；圖4是本發(fā)明中第一支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明中第二、三支鏈結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明的機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，有三條支鏈，第一條支鏈有一個(gè)虎克鉸Ul和一個(gè)移動(dòng)副Pl ;第二條支鏈有一個(gè)虎克鉸U2、一個(gè)移動(dòng)副P2和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R2、Rl ;第三條支鏈有一個(gè)虎克鉸U3、一個(gè)移動(dòng)副P3和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R3。其中，虎克鉸U2、U3分布在虎克鉸Ul兩側(cè)，虎克鉸U1、U3接地端的鉸鏈旋轉(zhuǎn)軸線共線；再在第一支鏈末端串聯(lián)一個(gè)兩旋轉(zhuǎn)自由度的機(jī)構(gòu)，其轉(zhuǎn)動(dòng)副為R4、R5，它們的旋轉(zhuǎn)軸相互垂直；由三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和兩自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)形成五自由度機(jī)構(gòu)。 請(qǐng)參閱圖2 圖5，本發(fā)明一種非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人包括固定架1、動(dòng)平臺(tái)
5、圓形導(dǎo)軌29、定位頭6、第一支鏈2、第二支鏈3和第三支鏈4 ；所述第一支鏈包括一支鏈虎克鉸11、一支鏈托架28和一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置，所述一支鏈托架28通過所述一支鏈虎克鉸11與所述固定架I相連接，所述一支鏈托架28的下端與所述動(dòng)平臺(tái)5剛性連接，所述一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端與所述一支鏈托架28連接。所述第二支鏈3和所述第三支鏈4設(shè)置在所述第一支鏈2的兩側(cè)；所述第二支鏈3包括二支鏈虎克鉸12、二支鏈托架、二支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置和二支鏈圓弧滑塊30，所述二支鏈托架通過所述二支鏈虎克鉸12與所述固定架I相連接，所述二支鏈托架的下端與所述二支鏈圓弧滑塊30通過二支鏈鉸鏈連接，二支鏈圓弧滑塊30通過滑動(dòng)副連接在所述圓形導(dǎo)軌29上。與所述第二支鏈3相同，所述第三支鏈4包括三支鏈虎克鉸13、三支鏈托架和三支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置，所述三支鏈托架通過所述三支鏈虎克鉸13與所述固定架I相連接。與所述第二支鏈3不同的是:所述三支鏈托架的下端與三支鏈鉸鏈座31通過三支鏈鉸鏈連接，三支鏈鉸鏈座31固接在所述圓形導(dǎo)軌29上。所述圓形導(dǎo)軌29固定在所述動(dòng)平臺(tái)5的周圍，所述圓形導(dǎo)軌29的幾何中心線與所述二支鏈鉸鏈和所述三支鏈鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線空間垂直。所述二支鏈圓弧滑塊30繞動(dòng)平臺(tái)5做圓周運(yùn)動(dòng)。采用橡膠軸承代替圓弧滑塊和圓形導(dǎo)軌也可實(shí)現(xiàn)上述圓周運(yùn)動(dòng)。上述三個(gè)虎克鉸均是由外環(huán)11a、12a、13a和內(nèi)環(huán)lib、12b、13b組成的，其中外環(huán)繞aa軸旋轉(zhuǎn)，內(nèi)環(huán)繞bb軸旋轉(zhuǎn)，所述一支鏈虎克鉸11設(shè)置在所述固定架I的中部，二支鏈虎克鉸12和三支鏈虎克鉸13設(shè)置在一支鏈虎克鉸11的兩側(cè)，且一支鏈虎克鉸11和三支鏈虎克鉸13的外環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸線laa、3aa共線。所述固定架I通常是左右對(duì)稱的，所述二支鏈虎克鉸和所述三支鏈虎克鉸對(duì)稱布置在所述固定架的對(duì)稱面的兩側(cè)。在本實(shí)施例中，上述所有鉸鏈均是由銷軸和軸承形成的。所述定位頭6具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直。上述一支鏈直線驅(qū)動(dòng) 裝置包括伺服電機(jī)21、絲杠25、螺母24、螺母支座23、軸承座27和直線導(dǎo)軌26 ;所述伺服電機(jī)21通過法蘭盤22固定在所述一支鏈虎克鉸內(nèi)環(huán)Ilb上；所述螺母24通過螺紋連接在所述絲杠25上，所述螺母24固接在所述螺母支座23上；所述螺母支座23固接在所述一支鏈托架28上；所述直線導(dǎo)軌26沿所述第一支鏈2的軸向固定在所述一支鏈托架28上；所述絲杠25通過所述螺母支座23和所述軸承座27支撐在所述一支鏈托架28上，由所述伺服電機(jī)21驅(qū)動(dòng)，所述軸承座27滑動(dòng)連接在所述直線導(dǎo)軌26上。所述伺服電機(jī)21帶動(dòng)所述絲杠25轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)所述螺母24和所述螺母支座23移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)所述一支鏈托架28進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)。所述二支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和所述三支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)均與所述一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)相同。所述一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置、所述二支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置和所述三支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置為直線電機(jī)、液壓缸和氣缸中的任意一種。在該機(jī)器人中，第一、二、三支鏈2、3、4可以沿軸向做伸縮運(yùn)動(dòng)，并且第一、二、三支鏈2、3、4分別至少具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，以使支鏈可以相對(duì)于固定架I繞各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；動(dòng)平臺(tái)5與第一支鏈2下端剛性連接，使得動(dòng)平臺(tái)5發(fā)生空間位移時(shí)，機(jī)構(gòu)的空間姿態(tài)也同時(shí)發(fā)生變化；安裝在動(dòng)平臺(tái)5下方的定位頭6，具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，可在運(yùn)動(dòng)過程中隨時(shí)調(diào)整末端姿態(tài)，從而構(gòu)成非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人。定位頭6末端可安裝各種執(zhí)行器，比如，夾持裝置、焊槍、刀具等。本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，可以通過固定架I上的機(jī)械接口與機(jī)架、龍門結(jié)構(gòu)以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)連接使用，還可以將多臺(tái)本發(fā)明的機(jī)器人組網(wǎng)放在生產(chǎn)線上聯(lián)合作業(yè)，以提高生產(chǎn)效率。以上對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式的描述是示意性的，不是限制性的，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其他形式的固定架、直線驅(qū)動(dòng)裝置、鉸鏈連接以及定位頭，不經(jīng)過創(chuàng)造性設(shè)計(jì)所做出的與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施方式，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這 些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，包括固定架、動(dòng)平臺(tái)、圓形導(dǎo)軌、定位頭、第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈； 所述第一支鏈包括一支鏈虎克鉸、一支鏈托架和一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置，所述一支鏈托架通過所述一支鏈虎克鉸與所述固定架相連接，所述一支鏈托架的下端與所述動(dòng)平臺(tái)剛性連接，所述一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端與所述一支鏈托架連接； 所述第二支鏈和所述第三支鏈設(shè)置在所述第一支鏈的兩側(cè)； 所述第二支鏈包括二支鏈虎克鉸、二支鏈托架、二支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置和二支鏈圓弧滑塊，所述二支鏈托架通過所述二支鏈虎克鉸與所述固定架相連接，所述二支鏈托架的下端與所述二支鏈圓弧滑塊通過二支鏈鉸鏈連接； 所述第三支鏈包括三支鏈虎克鉸、三支鏈托架、三支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置和三支鏈鉸鏈座，所述三支鏈托架通過所述三支鏈虎克鉸與所述固定架相連接，所述三支鏈托架的下端與所述三支鏈鉸鏈座通過三支鏈鉸鏈連接； 所述二支鏈圓弧滑塊通過滑動(dòng)副連接在所述圓形導(dǎo)軌上，所述三支鏈鉸鏈座固接在所述圓形導(dǎo)軌上，所述圓形導(dǎo)軌固定在所述動(dòng)平臺(tái)的周圍，所述圓形導(dǎo)軌的幾何中心線與所述二支鏈鉸鏈和所述三支鏈鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線空間垂直； 所述一支鏈虎克鉸設(shè)置在所述固定架的中部，所述一支鏈虎克鉸和所述三支鏈虎克鉸的外環(huán)旋轉(zhuǎn)軸線共線； 所述定位頭具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置包括伺服電機(jī)、絲杠、螺母、螺母支座、軸承座和直線導(dǎo)軌； 所述伺服電機(jī)固定在所述一支鏈虎克鉸的內(nèi)環(huán)上； 所述螺母通過螺紋連接在所述絲杠上，所述螺母固接在所述螺母支座上；所述螺母支座固接在所述一支鏈托架上； 所述直線導(dǎo)軌沿所述第一支鏈的軸向固定在所述一支鏈托架上；所述絲杠通過所述螺母支座和所述軸承座支撐在所述一支鏈托架上，由所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述軸承座滑動(dòng)連接在所述直線導(dǎo)軌上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述二支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和所述三支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)均與所述一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述一支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置、所述二支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置和所述三支鏈直線驅(qū)動(dòng)裝置為直線電機(jī)、液壓缸和氣缸中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人，包括固定架、動(dòng)平臺(tái)、圓形導(dǎo)軌、定位頭、第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈；第一、二、三支鏈可以沿軸向做伸縮運(yùn)動(dòng)，并且第一、二、三支鏈分別至少具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，以使支鏈可以相對(duì)于固定架繞各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；動(dòng)平臺(tái)與第一支鏈下端剛性連接，使得動(dòng)平臺(tái)發(fā)生空間位移時(shí)，機(jī)構(gòu)的空間姿態(tài)也同時(shí)發(fā)生變化；安裝在動(dòng)平臺(tái)下方的定位頭，具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，可在運(yùn)動(dòng)過程中隨時(shí)調(diào)整末端姿態(tài)，從而構(gòu)成非對(duì)稱五自由度混聯(lián)機(jī)器人。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，具有較高的剛度和具有較高的精度。
文檔編號(hào)B25J9/00GK103252771SQ20131016549
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者羅振軍, 黃田, 田永利, 陳落根, 李建民, 馬躍 申請(qǐng)人:天津大學(xué)