一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機器人，包括靜平臺、動平臺以及四組結(jié)構(gòu)相同的支鏈；動平臺包括相對的子平臺I和子平臺II，兩子平臺分別與兩組相鄰支鏈的下連接軸連接；在兩子平臺之間設(shè)有導(dǎo)向機構(gòu)和角度轉(zhuǎn)換機構(gòu)，導(dǎo)向機構(gòu)包括兩個導(dǎo)向架和兩根導(dǎo)向軸，兩根導(dǎo)向軸相互平行，分別固定在子平臺II的上下兩側(cè)；兩個導(dǎo)向架分別固定在子平臺I的上下兩側(cè)，每個導(dǎo)向架與對應(yīng)的導(dǎo)向軸滑動連接；角度轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括齒條和齒輪，齒條固定在子平臺II上，齒輪安裝在齒輪軸上，齒輪與齒條嚙合，齒輪軸的末端固接有執(zhí)行器，齒輪軸與子平臺I轉(zhuǎn)動連接。本發(fā)明的動平臺結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計輕巧，傳動精度高且力傳遞效果好，滿足高速抓放操作的要求。
【專利說明】一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人，特別是涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)空間三維平動一維轉(zhuǎn)動的高速并聯(lián)機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有專利US6516681、US7735390和JP3931296所公開的可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)機器人，包括四條主動支鏈和一個動平臺，每條主動支鏈的一端由安裝在靜平臺上的電機驅(qū)動，相對于靜平臺僅具有一個轉(zhuǎn)動或移動自由度；另一端與動平臺連接，保證機構(gòu)的三維平動。其轉(zhuǎn)動自由度是通過不同形式的動平臺傳動機構(gòu)實現(xiàn)的。
[0003]專利US6516681所公開的并聯(lián)機器人兩相鄰支鏈與一子平臺連接，兩子平臺通過一根連桿鉸接，并利用增速齒輪機構(gòu)將兩者的相對平動轉(zhuǎn)換為末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動。其局限性在于，這種平臺結(jié)構(gòu)要求連架副軸線以特定方式布局從而避免奇異，導(dǎo)致運動學(xué)性能在工作空間中非軸對稱。
[0004]專利US7735390所公開的并聯(lián)機器人兩相鄰支鏈與一子平臺連接，兩子平臺間通過兩根等長連桿鉸接構(gòu)成平行四邊形，并利用角度放大機構(gòu)將平行四邊形兩對邊的相對錯動轉(zhuǎn)換為末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動。其局限性在于，角度放大機構(gòu)降低了動平臺的傳動精度，同時增加了動平臺的重量，不利于提高機構(gòu)效率。
[0005]專利JP3931296所公開的并聯(lián)機器人兩相鄰支鏈與一子平臺連接，兩子平臺間通過導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)相連，保證其平行錯動。其角度轉(zhuǎn)換方式有兩種:第一種為利用滑輪和鋼絲繩的組合傳動，其局限性在于，當負載的轉(zhuǎn)動慣量較大時會出現(xiàn)傳動不可靠的情況；第二種為齒輪和雙齒條嚙合傳動，其局限性在于，雙導(dǎo)軌滑塊的使用增加了動平臺的尺寸和重量，不利于實現(xiàn)高速運動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機器人，該機器人的動平臺結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計輕巧，傳動精度高且力傳遞效果好，滿足高速抓放操作的要求。
[0007]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:一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機器人，包括靜平臺、動平臺以及軸正交布置在所述靜平臺與動平臺之間的四組結(jié)構(gòu)相同的支鏈；每組所述支鏈包括一驅(qū)動裝置、一主動臂和一從動臂，所述從動臂包括上連接軸、下連接軸和兩根平行且等長的從動桿，兩根所述從動桿的上端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸連接，下端分別通過球鉸鏈與所述下連接軸連接，兩根所述從動桿、所述上連接軸和所述下連接軸構(gòu)成平行四邊形，所述下連接軸固接在所述動平臺上，所述上連接軸固接在所述主動臂的外端上，所述主動臂的內(nèi)端與驅(qū)動裝置連接，所述驅(qū)動裝置安裝在所述靜平臺上；
[0008]所述動平臺包括相對的子平臺I和子平臺II,所述子平臺I和所述子平臺II分別與兩組相鄰支鏈的下連接軸固接；在所述子平臺I和所述子平臺II之間設(shè)有導(dǎo)向機構(gòu)和角度轉(zhuǎn)換機構(gòu)，所述導(dǎo)向機構(gòu)包括兩個導(dǎo)向架和與其對應(yīng)的兩根導(dǎo)向軸，兩根所述導(dǎo)向軸相互平行，分別固定在所述子平臺II的上下兩側(cè)；兩個所述導(dǎo)向架分別固定在所述子平臺I的上下兩側(cè)，每個所述導(dǎo)向架與對應(yīng)的所述導(dǎo)向軸滑動連接；所述角度轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括齒條和齒輪，所述齒條固定在所述子平臺II上，所述齒輪安裝在齒輪軸上，所述齒輪與所述齒條嚙合，所述齒輪軸的末端固接有執(zhí)行器，所述齒輪軸與所述子平臺I轉(zhuǎn)動連接。
[0009]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:采用齒輪齒條傳動，消除了角度放大機構(gòu)所帶來的誤差放大，提高了傳動精度，同時降低了動平臺的質(zhì)量；兩個子平臺間采用導(dǎo)向軸的連接方式，使其整體結(jié)構(gòu)緊湊，有利于減小動平臺尺寸，并且具有導(dǎo)向性好、剛度高、傳動可靠等優(yōu)點，有利于實現(xiàn)高速運動，滿足復(fù)雜抓放操作的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明的動平臺結(jié)構(gòu)示意圖之一；
[0012]圖3為本發(fā)明的動平臺結(jié)構(gòu)示意圖之二。
[0013]圖中:1、靜平臺，2、伺服電機，3、減速器，4、主動臂，5、上連接軸，6a、6b、從動桿，7、下連接軸，8、動平臺；11、子平臺I，12、子平臺II，13、導(dǎo)向軸，14、導(dǎo)向架，15、滑動軸承，16、齒條，17、齒輪，18、齒輪軸，19、執(zhí)行器。
【具體實施方式】
[0014]為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0015]請參閱圖1，一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機器人，包括靜平臺1、伺服電機
2、減速器3、動平臺8以及軸正交布置在所述靜平臺I與動平臺8之間的四組結(jié)構(gòu)相同的支鏈；每組支鏈由主動臂4、上連接軸5、平行且等長的從動桿6a、6b和下鏈接軸7組成；所述主動臂4的內(nèi)端與固定在靜平臺I上的減速器3的輸出端固接，所述減速器3的輸入端與所述伺服電機2的輸出端固接，主動臂4的外端與上連接軸5固接；所述兩根從動桿6a、6b的上端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸5連接，下端分別通過球鉸鏈與固接在所述動平臺8上的下連接軸7連接；每組所述支鏈上兩根平行的從動桿6a、6b、上連接軸5和下連接軸7構(gòu)成平行四邊形從動臂。所述伺服電機2和減速器3為主動臂4提供一個轉(zhuǎn)動自由度。
[0016]請參閱圖2和圖3，所述動平臺8包括相對的子平臺111和子平臺II12，所述子平臺Ill和子平臺1112分別與兩組相鄰支鏈的下連接軸7固接。在所述子平臺Ill和所述子平臺1112之間設(shè)有導(dǎo)向機構(gòu)和角度轉(zhuǎn)換機構(gòu)，所述導(dǎo)向機構(gòu)包括兩個導(dǎo)向架14和與其對應(yīng)的兩根導(dǎo)向軸13，兩根所述導(dǎo)向軸13相互平行，分別固定在所述子平臺1112的上下兩偵牝兩個所述導(dǎo)向架14分別固定在所述子平臺Ill的上下兩側(cè)，每個所述導(dǎo)向架14與對應(yīng)的所述導(dǎo)向軸13通過滑動軸承15連接。兩根所述導(dǎo)向軸13和兩個所述導(dǎo)向架14構(gòu)成一組導(dǎo)向機構(gòu)，保證子平臺Π12相對于子平臺Ill只能沿導(dǎo)向軸13的軸向移動。所述角度轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括齒條16和齒輪17，所述齒條16固定在子平臺1112上，可隨子平臺1112移動；所述齒輪17安裝在齒輪軸18上，與所述齒條16嚙合。所述齒輪軸18末端固接有執(zhí)行器19，并通過軸承與子平臺Ill轉(zhuǎn)動連接。上述角度轉(zhuǎn)換機構(gòu)可以將子平臺1112沿導(dǎo)向軸13的移動轉(zhuǎn)換為齒輪17的轉(zhuǎn)動，從而帶動齒輪軸18和吸盤19轉(zhuǎn)動，進而實現(xiàn)執(zhí)行器19繞垂直于動平臺8所在平面軸線的轉(zhuǎn)動。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其不同點在于:
[0018](I)齒輪齒條傳動不產(chǎn)生放大誤差，具有較高的傳動精度；
[0019](2)使用導(dǎo)向軸連接兩個子平臺，可以減小動平臺的尺寸和質(zhì)量，使其整體結(jié)構(gòu)剛性、導(dǎo)向性和穩(wěn)定性好。
[0020]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】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)利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機器人，包括靜平臺、動平臺以及軸正交布置在所述靜平臺與動平臺之間的四組結(jié)構(gòu)相同的支鏈；每組所述支鏈包括一驅(qū)動裝置、一主動臂和一從動臂，所述從動臂包括上連接軸、下連接軸和兩根平行且等長的從動桿，兩根所述從動桿的上端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸連接，下端分別通過球鉸鏈與所述下連接軸連接，兩根所述從動桿、所述上連接軸和所述下連接軸構(gòu)成平行四邊形，所述下連接軸固接在所述動平臺上，所述上連接軸固接在所述主動臂的外端上，所述主動臂的內(nèi)端與驅(qū)動裝置連接，所述驅(qū)動裝置安裝在所述靜平臺上；其特征在于， 所述動平臺包括相對的子平臺I和子平臺II，所述子平臺I和所述子平臺II分別與兩組相鄰支鏈的下連接軸固接；在所述子平臺I和所述子平臺II之間設(shè)有導(dǎo)向機構(gòu)和角度轉(zhuǎn)換機構(gòu)，所述導(dǎo)向機構(gòu)包括兩個導(dǎo)向架和與其對應(yīng)的兩根導(dǎo)向軸，兩根所述導(dǎo)向軸相互平行，分別固定在所述子平臺II的上下兩側(cè)；兩個所述導(dǎo)向架分別固定在所述子平臺I的上下兩側(cè)，每個所述導(dǎo)向架與對應(yīng)的所述導(dǎo)向軸滑動連接；所述角度轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括齒條和齒輪，所述齒條固定在所述子平臺II上，所述齒輪安裝在齒輪軸上，所述齒輪與所述齒條嚙合，所述齒輪軸的末端固接有執(zhí)行器，所述齒輪軸與所述子平臺I轉(zhuǎn)動連接。
【文檔編號】B25J9/08GK103753521SQ201410022926
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】黃田, 李玉航, 梅江平, 劉松濤 申請人:天津大學(xué)