本發(fā)明涉及一種機器人，特別是一種混聯(lián)機器人。

背景技術(shù)：

在工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域，五自由度機器人可應(yīng)用在噴涂、焊接、搬運、裝配、雕刻等領(lǐng)域，尤其在航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力。機器人技術(shù)的發(fā)展已成為現(xiàn)代工業(yè)制造的標志，其中基于平面并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)造出的五自由度混聯(lián)機器人，結(jié)合了平面并聯(lián)機構(gòu)和串聯(lián)機器人的優(yōu)點，既有平面并聯(lián)機構(gòu)承載能力大、結(jié)構(gòu)及運動學模型簡單的特點，又有串聯(lián)機構(gòu)工作空間大且靈活的特點，已成為機器人和機構(gòu)領(lǐng)域研究的熱點之一。

公開號為CN104057442B的專利公布的一種基于空間并聯(lián)機構(gòu)提出的混聯(lián)機器人，空間結(jié)構(gòu)模型相對復雜、制造成本高；公開號為CN103101050B的專利公布的一種新型兩自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)移動平臺、專利CN103101049B授權(quán)公布的一種具有新型冗余驅(qū)動支鏈的三自由度并聯(lián)機構(gòu)，因自由度數(shù)少、存在奇異點等缺點，使其無法完成復雜曲面的加工；公開號為CN204935636U的專利公布的一種基于平面并聯(lián)機構(gòu)具有冗余驅(qū)動的混聯(lián)機器人，雖然具有空間結(jié)構(gòu)簡單、模塊化程度高的特點，但是該混聯(lián)機構(gòu)串聯(lián)部分需要工作臺較大的擺角才能滿足機器人的靈活性，然而可擺動工作臺的這種設(shè)計方案不易于結(jié)構(gòu)剛度的提升，而且該機構(gòu)為驅(qū)動冗余，冗余驅(qū)動力的協(xié)調(diào)性問題是冗余驅(qū)動研究領(lǐng)域的一大難點，需要額外添加力傳感器才能較好的實現(xiàn)對該類混聯(lián)機器人的控制，使其在工業(yè)中的應(yīng)用受到限制。

公開號為CN104626103A的專利公布了一種多自由度并聯(lián)機構(gòu)式可控移動碼垛機器人、公開號為CN102720226B的專利公布了一種運動冗余正鏟挖掘工作裝置，其均涉及到運動冗余；運動冗余與驅(qū)動冗余相似，均能提高機器人的靈活性，但是上述含有運動冗余機器人的運動形式較單一，末端操作器的自由度和靈活性均受到限制，所以設(shè)計一款具有運動冗余特性的多自由度高靈活性的機器人有助于提高其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，然而目前具有運動冗余特性運的工業(yè)五自由度混聯(lián)機器人尚未見相關(guān)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、剛度大、響應(yīng)速度快、工作空間大、動態(tài)性能好的運動冗余五自由度混聯(lián)機器人。

本發(fā)明主要包括有固定平臺、可移動平臺座、可移動平臺、可回轉(zhuǎn)工作臺座、可回轉(zhuǎn)工作臺、立柱、連接橫梁、四條支鏈、中間連桿、動平臺和主軸頭以及支鏈驅(qū)動組件、可移動平臺驅(qū)動組件和可回轉(zhuǎn)工作臺組件，其中固定平臺上設(shè)有可移動平臺座，可移動平臺通過移動副與該可移動平臺座連接，在所述可移動平臺上設(shè)有可回轉(zhuǎn)工作臺座，可回轉(zhuǎn)工作臺通過軸線為鉛垂方向的轉(zhuǎn)動副與該可回轉(zhuǎn)工作臺座連接，在所述固定平臺兩側(cè)分別設(shè)有相對的立柱，兩立柱上端設(shè)有連接這兩個立柱的連接橫梁，兩立柱之間設(shè)有長度相同的四條支鏈，所述四條支鏈中左側(cè)的第一和第二支鏈的一端分別通過轉(zhuǎn)動副與設(shè)在左側(cè)上下圓柱導軌上的滑塊連接，其另一端通過同一轉(zhuǎn)動副與動平臺的一端連接，所述四條支鏈中右側(cè)的第三和第四支鏈的一端分別通過轉(zhuǎn)動副與設(shè)在右側(cè)上下圓柱導軌上的滑塊連接，其另一端通過同一轉(zhuǎn)動副與中間連桿的一端連接，該中間連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與所述動平臺的另一端連接，所述中間連桿的長度尺寸為動平臺長度尺寸的1/3；在所述的動平臺上設(shè)有主軸頭。

所述滑塊在圓柱導軌上沿鉛垂方向的輸入運動副，所述的四條支鏈中的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行，且垂直于滑塊和立柱所組成的移動副軸線，所述的左側(cè)第一和第二支鏈中與動平臺連接的轉(zhuǎn)動副軸線重合，第一支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動副軸線水平面的上方，第二支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動副軸線水平面的下方，所述的右側(cè)第三支鏈和第四支鏈中與中間連桿連接的轉(zhuǎn)動副軸線重合，第四支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動副軸線水平面的上方，第三支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動副軸線水平面的下方。

所述支鏈驅(qū)動組件包括直線單元底座、伺服電機、電機座、聯(lián)軸器、絲杠、絲杠螺母、絲杠上支撐座、滑塊、圓柱導軌及絲杠下支撐座，其中兩個直線單元底座分別豎直固定在相對的立柱壁上，在直線單元底座的上下分別設(shè)有一對絲杠上支撐座和絲杠下支撐座，在上部的絲杠上支撐座和下部絲杠下支撐座上均設(shè)有電機座，伺服電機分別固定在上下電機座上，伺服電機的輸出端均通過聯(lián)軸器與絲杠的一端連接，上下絲杠和圓柱導軌的一端通過絲杠上支撐座進行支撐，其另一端通過絲杠下支撐座進行支撐，在上下絲杠和上下圓柱導軌上分別設(shè)有滑塊，所述絲杠的有效行程部分與絲杠螺母連接，所述絲杠螺母固定在滑塊上。

所述可移動平臺驅(qū)動組件包括固定平臺、可移動平臺座、可移動平臺伺服電機、可移動平臺電機座、可移動平臺聯(lián)軸器、可移動平臺絲杠、可移動平臺絲杠螺母、可移動平臺絲杠上支撐座、可移動平臺滑塊、可移動平臺導軌、可移動平臺導軌槽以及可移動平臺絲杠下支撐座，其中設(shè)在固定平臺上的可移動平臺座的一端設(shè)有可移動平臺電機座，可移動平臺伺服電機固定在可移動平臺電機座上，伺服電機的輸出端通過可移動平臺聯(lián)軸器與可移動平臺絲杠的一端連接，該絲杠的一端通過固定在固定平臺上的可移動平臺絲杠上支撐座進行支撐，其另一端通過固定在所述固定平臺上的可移動平臺絲杠下支撐座進行支撐，可移動平臺絲杠上設(shè)有可移動平臺絲杠螺母，可移動平臺絲杠螺母固定在可移動平臺下方的可移動平臺絲杠螺母座上，用于控制可移動平臺的有效行程，所述可移動平臺底部兩側(cè)設(shè)有兩兩為一組的可移動平臺滑塊，該滑塊與固定在可移動平臺底座兩側(cè)的可移動平臺導軌相配合組成滑動連接。

所述可回轉(zhuǎn)工作臺組件包括可回轉(zhuǎn)工作臺座、可回轉(zhuǎn)工作臺伺服電機、90度轉(zhuǎn)角減速器及可回轉(zhuǎn)工作臺，其中固定在可移動平臺上的可回轉(zhuǎn)工作臺座下方設(shè)有凹槽，可回轉(zhuǎn)工作臺伺服電機固定在可回轉(zhuǎn)工作臺座凹槽內(nèi)，該可回轉(zhuǎn)工作臺伺服電機的輸出端與90度轉(zhuǎn)角減速器的輸入端連接，該90度轉(zhuǎn)角減速器的輸出端與可回轉(zhuǎn)工作臺連接，該90度轉(zhuǎn)角減速器的輸出端轉(zhuǎn)動軸線為鉛垂方向。

平面并聯(lián)機構(gòu)的中間連桿和動平臺平行時或動平臺和中間連桿之間的轉(zhuǎn)動副鎖死，該運動冗余五自由度混聯(lián)機器人即轉(zhuǎn)換為驅(qū)動冗余五自由度混聯(lián)機器人，只需控制中間連桿和動平臺之間的姿態(tài)即可消除機構(gòu)的內(nèi)部奇異。

本發(fā)明的工作過程大致如下：固定在設(shè)于立柱上的電機座上的伺服電機驅(qū)動絲杠和螺母配合運動，進而通過四條支鏈傳遞運動，控制中間連桿和動平臺的姿態(tài)，實現(xiàn)動平臺兩移一轉(zhuǎn)三自由度的運動：上下移動、左右移動、在豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動；可移動平臺通過其驅(qū)動組件可以實現(xiàn)平臺前后移動；通過可回轉(zhuǎn)工作臺伺服電機驅(qū)動90度轉(zhuǎn)角減速器，帶動可移動平臺上方的可回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)運動；結(jié)合上述平面并聯(lián)機構(gòu)的動平臺的三自由度、可移動平臺的移動自由度及可回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)自由度，可以實現(xiàn)空間五自由度運動，從而實現(xiàn)機器人在實際工作中所需完成的空間動作。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

1、具有運動冗余，克服了普通并聯(lián)機構(gòu)中存在的奇異點的問題，同時有效增大了并聯(lián)機器人的工作空間，提高了機構(gòu)的整體剛度；

2、驅(qū)動電機固定于立柱上不隨支鏈運動，有效的降低了機床的轉(zhuǎn)動慣量；

3、分支運動鏈短，響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單且緊湊，有良好的制造和裝配工藝性；

4、可回轉(zhuǎn)工作臺與所述固定平臺上的可移動平臺串聯(lián)，與并聯(lián)部分獨立，有效的避免了由于零部件加工誤差和裝配誤差引起的誤差積累；

5、可回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)軸方向為鉛垂方向，有利于增大工作臺剛度和承載能力；

6、運動冗余消除了驅(qū)動力不協(xié)調(diào)對機構(gòu)的影響，同時利用機構(gòu)本身特性，不僅可研究運動冗余五自由度混聯(lián)機器人的運動冗余控制策略，亦可研究其驅(qū)動冗余控制策略。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的立體示意簡圖。

圖2為圖1的支鏈和支鏈驅(qū)動組件的示意簡圖。

圖3為本發(fā)明可移動平臺驅(qū)動組件和可回轉(zhuǎn)工作臺組件的示意簡圖。

圖中：1.固定平臺、2.可移動平臺座、3.可移動平臺、4.可回轉(zhuǎn)工作臺座、5.可回轉(zhuǎn)工作臺、6.第二支鏈、7.中間連桿、8.第一支鏈、9.立柱(左)、10.連接橫梁、11.立柱(右)、12.第四支鏈、13.直線單元底座、14.第三支鏈、15.動平臺、16.主軸頭、17.上滑塊、18.絲杠上支撐座、19.聯(lián)軸器、20.電機座、21.伺服電機、22.圓柱導軌、23.絲杠螺母、24.絲杠、25.絲杠下支撐座、26.下滑塊、27.可移動平臺伺服電機、28.可移動平臺電機座、29.可移動平臺聯(lián)軸器 30.可移動平臺絲杠上支撐座、31.可移動平臺絲杠、32.可移動平臺絲杠螺母、33.可移動平臺絲杠螺母座、34.可移動平臺絲杠下支撐座、35.可回轉(zhuǎn)工作臺伺服電機、36.90度轉(zhuǎn)角減速器、37.可移動平臺滑塊、38.可移動平臺導軌。

具體實施方式

在圖1所示的五自由度混聯(lián)機器人示意圖中，固定平臺1上設(shè)有可移動平臺座2，可移動平臺3通過移動副與該可移動平臺座連接，在所述可移動平臺上設(shè)有可回轉(zhuǎn)工作臺座4，可回轉(zhuǎn)工作臺5通過軸線為鉛垂方向的轉(zhuǎn)動副與該可回轉(zhuǎn)工作臺座連接，在所述固定平臺兩側(cè)分別設(shè)有相對的立柱9、11，兩立柱上端設(shè)有連接這兩個立柱的連接橫梁10，兩立柱之間設(shè)有四條支鏈，上方兩支鏈結(jié)構(gòu)相同，下方兩支鏈結(jié)構(gòu)相同，所述四條支鏈中左側(cè)的第一支鏈8和第二支鏈6的一端分別通過轉(zhuǎn)動副與設(shè)在左側(cè)上下圓柱導軌22上的上滑塊17和下滑塊26連接，其另一端通過同一轉(zhuǎn)動副與動平臺15的一端連接，所述四條支鏈中右側(cè)的第三支鏈14和第四支鏈12的一端分別通過轉(zhuǎn)動副與設(shè)在右側(cè)上下圓柱導軌上的上下滑塊連接，其另一端通過同一轉(zhuǎn)動副與中間連桿7的一端連接，該中間連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與所述動平臺的另一端連接，所述中間連桿的長度尺寸為動平臺長度尺寸的1/3，在所述的動平臺上設(shè)有主軸頭16。

所述滑塊在圓柱導軌上沿鉛垂方向的輸入運動副，所述的四條支鏈中的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行，且垂直于滑塊和立柱所組成的移動副軸線，所述的左側(cè)第一和第二支鏈中與動平臺連接的轉(zhuǎn)動副軸線重合，第一支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動副軸線水平面的上方，第二支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動副軸線水平面的下方，所述的右側(cè)第三支鏈和第四支鏈中與中間連桿連接的轉(zhuǎn)動副軸線重合，第四支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動副軸線水平面的上方，第三支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動副軸線水平面的下方。

如圖2所示，支鏈驅(qū)動組件中的兩個直線單元底座13分別豎直固定在相對的立柱壁上，在直線單元底座的上下分別設(shè)有一對絲杠上支撐座18和絲杠下支撐座25，在上部的絲杠上支撐座上設(shè)有電機座20，伺服電機21固定在電機座上，伺服電機的輸出端通過聯(lián)軸器19與絲杠24的一端連接，上下絲杠和上下圓柱導軌的一端通過絲杠上支撐座進行支撐，其另一端通過絲杠下支撐座進行支撐，在上下絲杠和上下圓柱導軌上分別設(shè)有滑塊，所述絲杠的有效行程部分與絲杠螺母23連接，所述絲杠螺母固定在滑塊上。

如圖3所示，可移動平臺驅(qū)動組中設(shè)在固定平臺上的可移動平臺座的一端設(shè)有可移動平臺電機座28，可移動平臺伺服電機27固定在可移動平臺電機座上，伺服電機的輸出端通過可移動平臺聯(lián)軸器29與可移動平臺絲杠31的一端連接，該絲杠的一端通過固定在固定平臺上的可移動平臺絲杠上支撐座30進行支撐，其另一端通過固定在所述固定平臺上的可移動平臺絲杠下支撐座34進行支撐，可移動平臺絲杠上設(shè)有可移動平臺絲杠螺母32，可移動平臺絲杠螺母32固定在可移動平臺下方的可移動平臺絲杠螺母座33上，用于控制可移動平臺的有效行程，所述可移動平臺底部兩側(cè)設(shè)有兩兩為一組的可移動平臺滑塊37，該滑塊與固定在可移動平臺底座兩側(cè)的可移動平臺導軌38相配合組成滑動連接。可回轉(zhuǎn)工作臺組件中的固定在可移動平臺上的可回轉(zhuǎn)工作臺座下方設(shè)有凹槽，可回轉(zhuǎn)工作臺伺服電機35固定在可回轉(zhuǎn)工作臺座凹槽內(nèi)，該可回轉(zhuǎn)工作臺伺服電機的輸出端與90度轉(zhuǎn)角減速器36的輸入端連接，該90度轉(zhuǎn)角減速器的輸出端與可回轉(zhuǎn)工作臺連接，該90度轉(zhuǎn)角減速器的輸出端轉(zhuǎn)動軸線為鉛垂方向。