三自由度機械腕和新型六自由度delta機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種三自由度機械腕,涉及機器人領(lǐng)域,包括機械腕基座和機械腕頭部,所述機械腕基座上設(shè)有第一傳動軸和兩個第二傳動軸,所述機械腕頭部內(nèi)設(shè)有末端轉(zhuǎn)軸,所述末端轉(zhuǎn)軸同軸連接有一第三傳動軸,所述第三傳動軸上端通過萬向節(jié)與所述第一傳動軸下端連接,所述第二傳動軸下端通過換向傳動裝置與所述機械腕基座外的第一主驅(qū)動臂連接,所述第一主驅(qū)動臂依次通過中間連桿和從動臂連接到所述機械腕頭部側(cè)壁,本發(fā)明還提供一種具有該機械腕的新型六自由度DELTA機器人,所述機械腕連接在所述DELTA機器人末端;本發(fā)明的DELTA機器人靈活、速度快、制造生產(chǎn)成本低、負載大。
【專利說明】三自由度機械腕和新型六自由度DELTA機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人,尤其涉及三自由度機械腕和新型六自由度DELTA機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機器人具有剛度大,承載能力強,精度高,末端件慣性小等優(yōu)點,在高速,大承載能力的場合,與串聯(lián)機器人相比具有明顯優(yōu)勢。成功的運用案例如Delta機器人。目前市場上的delta機器人多為3個或4個自由度,能實現(xiàn)的動作有限,在一些特殊動作需要的作業(yè)場合,例如需要將物件豎立擺放時,傳統(tǒng)的Delta機器人無法實現(xiàn)該動作,限制了機器人的運用,通過6自由度Delta機器人可以打破該限制。
[0003]現(xiàn)有的六自由度Delta機器人,如發(fā)那科公司的Delta機器人,采用了在傳統(tǒng)delta機器人末端加裝3自由度的串聯(lián)機械碗實現(xiàn)了六自由度的結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)存在承重力小,控制精度低,動平臺重量過重等問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷,提供了一種靈活、速度快、制造生產(chǎn)成本低、負載大的三自由度機械腕和新型六自由度DELTA機器人。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種三自由度機械腕,包括機械腕基座和機械腕頭部,所述機械腕基座上設(shè)有第一傳動軸和兩個第二傳動軸,所述機械腕頭部內(nèi)設(shè)有末端轉(zhuǎn)軸,所述末端轉(zhuǎn)軸同軸連接有一第三傳動軸,所述第三傳動軸上端通過萬向節(jié)與所述第一傳動軸下端連接,所述第二傳動軸下端通過換向傳動裝置與所述機械腕基座外的第一主驅(qū)動臂連接,所述第一主驅(qū)動臂依次通過中間連桿和從動臂連接到所述機械腕頭部側(cè)壁。
[0006]進一步地,所述第一主驅(qū)動臂為繞所述機械腕基座的弧形結(jié)構(gòu),所述從動臂為繞所述機械腕頭部的弧形結(jié)構(gòu),所述中間連桿為V型。
[0007]進一步地,所述換向傳動裝置為蝸輪蝸桿傳動裝置。
[0008]進一步地,所述換向傳動裝置為傘齒輪傳動裝置。
[0009]進一步地,所述萬向節(jié)為十字萬向節(jié)。
[0010]本發(fā)明還提供一種具有上述三自由度機械腕的新型六自由度DELTA機器人,包括本體基座、動平臺以及連接所述本體基座和所述動平臺的三個結(jié)構(gòu)相同的第一運動支鏈,所述三個第一運動支鏈使得所述動平臺具有XYZ軸向自由度,所述動平臺下端與機械腕固定連接,所述機械腕由固定在所述本體基座上的三個結(jié)構(gòu)相同的第一驅(qū)動電機及分別與所述第一驅(qū)動電機連接的滾珠花鍵副驅(qū)動,所述滾珠花鍵副分別與第一傳動軸和兩個第二傳動軸連接。
[0011]進一步地,所述第一運動支鏈包括固定在所述本體基座上的第二驅(qū)動電機、與所述第二驅(qū)動電機驅(qū)動軸連接的第二主驅(qū)動臂以及連接所述第二主驅(qū)動臂另一端和所述動平臺的兩根從動桿,所述第二主驅(qū)動臂由所述第二驅(qū)動電機驅(qū)動在垂直所述第二驅(qū)動電機驅(qū)動軸的平面運動,所述第二主驅(qū)動臂另一端和所述動平臺上分別設(shè)有連接軸,所述兩根從動桿兩端分別與所述第二主驅(qū)動臂和動平臺上的連接軸球鉸接。
[0012]進一步地,所述第二主驅(qū)動臂上設(shè)有減重結(jié)構(gòu)。
[0013]進一步地,所述減重結(jié)構(gòu)為通孔。
[0014]進一步地,所述機械腕基座上還設(shè)有一備用傳動軸,所述備用傳動軸連接到所述機械腕頭部的傳動結(jié)構(gòu)與所述第二傳動軸連接到所述機械腕頭部的傳動結(jié)構(gòu)相同。
[0015]本發(fā)明提供一種三自由度機械腕和具有三自由度機械腕的新型六自由度DELTA機器人,新型六自由度DELTA機器人相比傳統(tǒng)DELTA機器人具有更多自由度,可以實現(xiàn)更復(fù)雜的抓取和放置動作;相比串聯(lián)六軸機器人其速度更快,制造和生產(chǎn)成本也更低,在輕載荷包裝零件具有更多優(yōu)勢;本發(fā)明中所有動力部件都放置于本體基座上,并沒有隨著活動部件而運動,大大減小了末端部件的重量,使得機器人具有更優(yōu)的動力特性;本發(fā)明中的機械碗采用并聯(lián)機構(gòu),相對于現(xiàn)有的串聯(lián)機械碗具有重量輕,速度更快,負載大,控制精度高以及結(jié)構(gòu)對稱等諸多優(yōu)點,對稱性結(jié)構(gòu)更有利于該機器人的實際加工生產(chǎn)及裝配過程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為本發(fā)明實施例提供的三自由度機械腕結(jié)構(gòu)示意圖;
[0018]圖2為本發(fā)明實施例提供的三自由度機械腕結(jié)構(gòu)示意圖剖視圖;
[0019]圖3為本發(fā)明實施例提供的三自由度機械腕結(jié)構(gòu)示意圖剖視圖;
[0020]圖4為本發(fā)明實施例提供的新型六自由度DELTA機器人結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0022]如圖1-圖3,本發(fā)明實施例提供一種三自由度機械腕,包括機械腕基座I和機械腕頭部9,所述機械腕基座I上設(shè)有第一傳動軸2和兩個第二傳動軸3,所述機械腕頭部9內(nèi)設(shè)有末端轉(zhuǎn)軸10,所述末端轉(zhuǎn)軸10可在所述機械腕頭部9內(nèi)轉(zhuǎn)動,所述末端轉(zhuǎn)軸10上端同軸連接有一第三傳動軸8,所述第三傳動軸8上端通過萬向節(jié)11與所述第一傳動軸2下端連接,第一傳動軸2通過萬向節(jié)11和第三傳動軸8可驅(qū)動所述末端轉(zhuǎn)軸10變換自轉(zhuǎn)角度,所述第二傳動軸3下端通過換向傳動裝置與所述機械腕基座I外的第一主驅(qū)動臂5連接,所述第一主驅(qū)動臂5依次通過中間連桿6和從動臂7連接到所述機械腕頭部9側(cè)壁,以驅(qū)動所述機械腕頭部9做俯仰運動,進而帶動所述機械腕頭部9內(nèi)的末端轉(zhuǎn)軸10做俯仰運動;所述機械腕頭部9內(nèi)的末端轉(zhuǎn)軸10通過所述第一傳動軸2和第二傳動軸3傳來的驅(qū)動力而具有變換俯仰角及自轉(zhuǎn)角度的三個自由度。
[0023]在本發(fā)明一種三自由度機械腕的實施例中,為方便傳動,所述第一主驅(qū)動臂5為繞所述機械腕基座I的弧形結(jié)構(gòu),所述從動臂7為繞所述機械腕頭部9的弧形結(jié)構(gòu),所述中間連桿6為V型。
[0024]進一步地,如圖2,所述換向傳動裝置為蝸輪蝸桿傳動裝置12,在本發(fā)明的其他實施例中,如圖3,所述換向傳動裝置也可為傘齒輪傳動裝置13 ;所述萬向節(jié)11為十字萬向節(jié)11,在其他實施例中,也可用其他萬向節(jié)11,皆在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
[0025]在本發(fā)明一種三自由度機械腕的實施例中,所述機械腕基座I上還設(shè)有一備用傳動軸4,所述備用傳動軸4連接到所述機械腕頭部9的傳動結(jié)構(gòu)與所述第二傳動軸3連接到所述機械腕頭部9的傳動結(jié)構(gòu)相同,當(dāng)有一個第二傳動軸3出現(xiàn)故障時,可馬上換到備用傳動軸4,提高生產(chǎn)效率,減少維修時耗。
[0026]如圖4,本發(fā)明實施例還提供一種具有上述三自由度機械腕的新型六自由度DELTA機器人,包括固定的本體基座14、動平臺20以及連接所述本體基座14和所述動平臺20的三個結(jié)構(gòu)相同的第一運動支鏈,所述三個第一運動支鏈使得所述動平臺20具有XYZ軸向自由度,所述動平臺20優(yōu)選地為環(huán)形,所述動平臺20下端與機械腕邊緣固定連接,所述機械腕由固定在所述本體基座14上的三個結(jié)構(gòu)相同的第一驅(qū)動電機15及分別與所述第一驅(qū)動電機15驅(qū)動軸連接的滾珠花鍵副18驅(qū)動,所述滾珠花鍵副18分別與第一傳動軸2和兩個第二傳動軸3連接。本發(fā)明提供的一種新型六自由度DELTA機器人相比傳統(tǒng)DELTA機器人具有更多自由度,可以實現(xiàn)更復(fù)雜的抓取和放置動作;相比串聯(lián)六軸機器人其速度更快,制造和生產(chǎn)成本也更低,在輕載荷包裝零件具有更多優(yōu)勢;本發(fā)明中所有動力部件都放置于本體基座14上,并沒有隨著活動部件而運動,大大減小了末端部件的重量,使得機器人具有更優(yōu)的動力特性;本發(fā)明中的機械碗采用并聯(lián)機構(gòu),相對于現(xiàn)有的串聯(lián)機械碗具有重量輕,速度更快,負載大,控制精度高以及結(jié)構(gòu)對稱等諸多優(yōu)點,對稱性結(jié)構(gòu)更有利于該機器人的實際加工生產(chǎn)及裝配過程。
[0027]在本發(fā)明一種新型六自由度DELTA機器人的實施例中,第一運動支鏈包括固定在所述本體基座14上的第二驅(qū)動電機16、與所述第二驅(qū)動電機16驅(qū)動軸連接的第二主驅(qū)動臂17以及連接所述第二主驅(qū)動臂17另一端和所述動平臺20的兩根從動桿19,所述第二主驅(qū)動臂17由所述第二驅(qū)動電機16驅(qū)動在垂直所述第二驅(qū)動電機16驅(qū)動軸的平面運動,即所述第二主驅(qū)動臂17垂直地固定在所述第二驅(qū)動電機16的驅(qū)動軸上,所述第二主驅(qū)動臂17另一端和所述動平臺20上分別設(shè)有連接軸,所述兩根從動桿19兩端分別與所述第二主驅(qū)動臂17和動平臺20上的連接軸球鉸接,使所述兩根從動桿19、第二主驅(qū)動臂17端部的連接軸以及動平臺20上的連接軸之間形成一個平行四邊形;通過這樣的三個第一運動支鏈可以使得所述動平臺20具有XYZ軸三個方向的自由度。
[0028]進一步地,所述第二主驅(qū)動臂17上設(shè)有減重結(jié)構(gòu),在保證所述第二主驅(qū)動臂17強度的情況下,這樣可以減少主驅(qū)動臂的自動,提高整個機構(gòu)的靈活性,減少功耗,優(yōu)選地,所述減重結(jié)構(gòu)為通孔,進一步地,所述通孔為由所述第二主驅(qū)動臂17的上端貫通至所述第二主驅(qū)動臂17的下端,這樣更有利于在減輕所述第二主驅(qū)動臂17自重的情況下保證所述第二主驅(qū)動臂17的強度,當(dāng)然,在保證強度的前提下,所述第二主驅(qū)動臂17采用其他的減重結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi),比如在第二主驅(qū)動臂17中間設(shè)置若干孔洞,或采用更為輕質(zhì)的高強度材料。
[0029]進一步地,所述機械腕基座I上還設(shè)有一備用傳動軸4,所述備用傳動軸4連接到所述機械腕頭部9的傳動結(jié)構(gòu)與所述第二傳動軸3連接到所述機械腕頭部9的傳動結(jié)構(gòu)相同,當(dāng)有一個第二傳動軸3出現(xiàn)故障時,可馬上換到備用傳動軸4,提高生產(chǎn)效率,減少維修時耗。
[0030]本發(fā)明的機械腕安裝在所述新型六自由度DELTA機器人的末端,由三個第一支鏈驅(qū)動可以得到XYZ三個方向的自由度,再通過滾珠花鍵副18將所述三個第一驅(qū)動電機15的動力傳到機械腕上,機械腕再通過機械腕基座I內(nèi)的傳動機構(gòu)及整個機械腕的并聯(lián)作用,使得機械腕頭部9上的末端轉(zhuǎn)軸10具有變換俯仰角及自轉(zhuǎn)角度的三個自由度,最終實現(xiàn)了末端夾具六個自由度的位置及姿態(tài)變換。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三自由度機械腕,其特征在于,包括機械腕基座和機械腕頭部,所述機械腕基座上設(shè)有第一傳動軸和兩個第二傳動軸,所述機械腕頭部內(nèi)設(shè)有末端轉(zhuǎn)軸,所述末端轉(zhuǎn)軸同軸連接有一第三傳動軸,所述第三傳動軸上端通過萬向節(jié)與所述第一傳動軸下端連接,所述第二傳動軸下端通過換向傳動裝置與所述機械腕基座外的第一主驅(qū)動臂連接,所述第一主驅(qū)動臂依次通過中間連桿和從動臂連接到所述機械腕頭部側(cè)壁。
2.如權(quán)利要求1所述的三自由度機械腕,其特征在于:所述第一主驅(qū)動臂為繞所述機械腕基座的弧形結(jié)構(gòu),所述從動臂為繞所述機械腕頭部的弧形結(jié)構(gòu),所述中間連桿為V型。
3.如權(quán)利要求1所述的三自由度機械腕,其特征在于:所述換向傳動裝置為蝸輪蝸桿傳動裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的三自由度機械腕,其特征在于:所述換向傳動裝置為傘齒輪傳動裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的三自由度機械腕,其特征在于:所述萬向節(jié)為十字萬向節(jié)。
6.一種具有權(quán)利要求1-5任意一項所述的三自由度機械腕的新型六自由度DELTA機器人,其特征在于,包括本體基座、動平臺以及連接所述本體基座和所述動平臺的三個結(jié)構(gòu)相同的第一運動支鏈,所述三個第一運動支鏈使得所述動平臺具有XYZ軸向自由度,所述動平臺下端與機械腕固定連接,所述機械腕由固定在所述本體基座上的三個結(jié)構(gòu)相同的第一驅(qū)動電機及分別與所述第一驅(qū)動電機連接的滾珠花鍵副驅(qū)動,所述滾珠花鍵副分別與第一傳動軸和兩個第二傳動軸連接。
7.如權(quán)利要求6所述的新型六自由度DELTA機器人,其特征在于:所述第一運動支鏈包括固定在所述本體基座上的第二驅(qū)動電機、與所述第二驅(qū)動電機驅(qū)動軸連接的第二主驅(qū)動臂以及連接所述第二主驅(qū)動臂另一端和所述動平臺的兩根從動桿,所述第二主驅(qū)動臂由所述第二驅(qū)動電機驅(qū)動在垂直所述第二驅(qū)動電機驅(qū)動軸的平面運動,所述第二主驅(qū)動臂另一端和所述動平臺上分別設(shè)有連接軸,所述兩根從動桿兩端分別與所述第二主驅(qū)動臂和動平臺上的連接軸球鉸接。
8.如權(quán)利要求7所述的新型六自由度DELTA機器人,其特征在于:所述第二主驅(qū)動臂上設(shè)有減重結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的新型六自由度DELTA機器人,其特征在于:所述減重結(jié)構(gòu)為通孔。
10.如權(quán)利要求6任意一項所述的新型六自由度DELTA機器人,其特征在于:所述機械腕基座上還設(shè)有一備用傳動軸,所述備用傳動軸連接到所述機械腕頭部的傳動結(jié)構(gòu)與所述第二傳動軸連接到所述機械腕頭部的傳動結(jié)構(gòu)相同。
【文檔編號】B25J9/00GK103640011SQ201310611125
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】李澤湘, 俞春華, 普成龍, 石金博 申請人:東莞華中科技大學(xué)制造工程研究院