專利名稱：一種可實(shí)現(xiàn)scara運(yùn)動(dòng)的四自由度單動(dòng)平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于包裝、制造、裝配以及材料拾取等生產(chǎn)線的能夠?qū)崿F(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的四自由度單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)意為具有選擇順應(yīng)性的裝配機(jī)器人手臂，這種機(jī)器人手臂最早通過串聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)搬運(yùn)、噴涂、焊接以及裝配等工業(yè)領(lǐng)域。并聯(lián)機(jī)構(gòu)是與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相對(duì)的由多個(gè)支鏈構(gòu)成的閉環(huán)機(jī)構(gòu)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得該類機(jī)構(gòu)具有更高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，更容易實(shí)現(xiàn)高速高加速度運(yùn)動(dòng)。在該領(lǐng)域內(nèi)，Clavel提出了由三條對(duì)稱支鏈構(gòu)成的可實(shí)現(xiàn)三維平動(dòng)的Delta并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有高速運(yùn)動(dòng)特性，后被ABB公司推廣并應(yīng)用于食品包裝等生產(chǎn)線中代替人工完成食品等的快速分揀操作。為了進(jìn)一步增加拾取動(dòng)作的柔性并提高效率，同時(shí)解決分揀生產(chǎn)線輸送產(chǎn)品的雜亂無章排列對(duì)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性的需求，Pierrot等提出了具有四支鏈、雙動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)特征的可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的H4型并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并將其成功商業(yè)化,典型的代表產(chǎn)品如Adept Quattro S650H等。H4型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出運(yùn)動(dòng)是由其雙動(dòng)平臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，滿足了分揀生產(chǎn)線對(duì)于機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)能力的需求。H4型并聯(lián)機(jī)構(gòu)滿足了生產(chǎn)線上對(duì)于機(jī)械手實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用需求，但是該類機(jī)構(gòu)的雙動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)增加了其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，進(jìn)而導(dǎo)致了復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，對(duì)聞速聞動(dòng)態(tài)響應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特性廣生不利影響，不利于生廣效率的提聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了簡(jiǎn)化H4型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性并克服其雙動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)械手高速高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的不利影響，提出一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單動(dòng)平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有相對(duì)簡(jiǎn)潔的運(yùn)動(dòng)學(xué)以及更好的高速高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。本發(fā)明提出的一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括一個(gè)安裝執(zhí)行器的動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)，連接所述動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間的四個(gè)支鏈；第一、第二、第三和第四支鏈均包括驅(qū)動(dòng)臂、左連桿、右連桿、支撐桿、連接件以及運(yùn)動(dòng)副；所述運(yùn)動(dòng)副有八個(gè)，一個(gè)是連接于定平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)臂之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，一個(gè)是連接于驅(qū)動(dòng)臂和左連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于驅(qū)動(dòng)臂和右連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于支撐桿和左連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，一個(gè)是連接于支撐桿和右連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，一個(gè)是連接于連接件和左連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于連接件和右連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于連接件與動(dòng)平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R);其中，連接于定平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)臂之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的；所述第一、第二、第三和第四支鏈分別與定平臺(tái)以及動(dòng)平臺(tái)連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，該空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過四個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)平動(dòng)自由度和Iv轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。本發(fā)明還提出另一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括一個(gè)安裝執(zhí)行器的動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)，連接所述動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間的四個(gè)支鏈；第一、第二、第三和第四支鏈均包括滑塊、左連桿、右連桿、支撐桿、連接件以及運(yùn)動(dòng)副；所述運(yùn)動(dòng)副有八個(gè)，一個(gè)是連接于定平臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副(P)，一個(gè)是連接于滑塊和左連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于滑塊和右連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于支撐桿和左連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，一個(gè)是連接于支撐桿和右連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，一個(gè)是連接于連接件和左連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于連接件和右連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于連接件與動(dòng)平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R);其中，連接于定平臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副(P)是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的；所述第一、第二、第三和第四支鏈分別與定平臺(tái)以及動(dòng)平臺(tái)連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，該空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過四個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。本發(fā)明的特點(diǎn)及技術(shù)效果本發(fā)明提出一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有三個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。本發(fā)明的一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)通過四個(gè)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的三維平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和一維旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、運(yùn)動(dòng)學(xué)相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，其單平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征有利于實(shí)現(xiàn)高速高加速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，應(yīng)用于分揀生產(chǎn)線時(shí)易于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而可有效提高生產(chǎn)效率。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下本發(fā)明提出的一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)安裝執(zhí)行器的動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)，連接所述動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間的具有相同結(jié)構(gòu)的第一、第二、第三和第四支鏈，該第一、第二、第三和第四支鏈均含有一個(gè)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副；其特征在于所述第一、第二、第三和第四支鏈分別與定平臺(tái)以及動(dòng)平臺(tái)連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，該空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過四個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。本發(fā)明的一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，第一、第二、第三和第四支鏈結(jié)構(gòu)相同。具體說明如下第一、第二、第三和第四支鏈均包括驅(qū)動(dòng)臂、左連桿、右連桿、支撐桿、連接件以及運(yùn)動(dòng)副。所述運(yùn)動(dòng)副有八個(gè)，一個(gè)是連接于定平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)臂之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于驅(qū)動(dòng)臂和左連桿之間的球鉸S，一個(gè)是連接于驅(qū)動(dòng)臂和右連桿之間的球鉸S，一個(gè)是連接于支撐桿和左連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于支撐桿和右連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于連接件和左連桿之間的球鉸S，一個(gè)是連接于連接件和右連桿之間的球鉸S，一個(gè)是連接于連接件與動(dòng)平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R。其中，連接于定平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)臂之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的。
第一、第二、第三和第四支鏈還可包括滑塊、左連桿、右連桿、支撐桿、連接件以及運(yùn)動(dòng)副。所述運(yùn)動(dòng)副有八個(gè)，一個(gè)是連接于定平臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副P，一個(gè)是連接于滑塊和左連桿之間的球鉸S，一個(gè)是連接于滑塊和右連桿之間的球鉸S，一個(gè)是連接于支撐桿和左連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于支撐桿和右連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于連接件和左連桿之間的球鉸S，一個(gè)是連接于連接件和右連桿之間的球鉸S，一個(gè)是連接于連接件與動(dòng)平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R。其中，連接于定平臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副P是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的。實(shí)施例一本實(shí)施例的一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括定平臺(tái)17、動(dòng)平臺(tái)11以及第一支鏈I、第二支鏈II、第三支鏈III和第四支鏈IV，所述四條支鏈分別連接于定平臺(tái)17和動(dòng)平臺(tái)11之間，并與定平臺(tái)17和動(dòng)平臺(tái)11構(gòu)成空間閉環(huán)機(jī)構(gòu)。所述第一支鏈I、第二支鏈II、第三支鏈III和第四支鏈IV結(jié)構(gòu)完全相同，圖中以第四支鏈IV為例，包括驅(qū)動(dòng)臂16、左連桿14、右連桿15、支撐桿13、連接件12以及運(yùn)動(dòng)副。所述運(yùn)動(dòng)副有七個(gè)，一個(gè)是連接于定平臺(tái)17和驅(qū)動(dòng)臂16之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于驅(qū)動(dòng)臂16和左連桿14之間的球鉸S，一個(gè)是連接于驅(qū)動(dòng)臂16和右連桿15之間的球鉸S，一個(gè)是連接于支撐桿13和左連桿14之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于支撐桿13和右連桿15之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)是連接于連接件12和左連桿14之間的球鉸S，一個(gè)是連接于連接件12和右連桿15之間的球鉸S，一個(gè)是連接于連接件12與動(dòng)平臺(tái)11之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R。其中，連接于定平臺(tái)17和驅(qū)動(dòng)臂16之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副R是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的。連接于所述動(dòng)平臺(tái)11與所述第一支鏈I、第二支鏈II、第三支鏈III和第四支鏈IV之間的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相互平行且在所述動(dòng)平臺(tái)11上呈非正方形布置，當(dāng)呈正方形布置時(shí)機(jī)構(gòu)發(fā)生奇異，此時(shí)機(jī)構(gòu)無效。因此，所有呈非正方形布置情形均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。實(shí)施例二 本實(shí)施例的一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，與實(shí)施例一類似，同樣包括結(jié)構(gòu)完全相同的第一支鏈I、第二支鏈II、第三支鏈III和第四支鏈IV。本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是所述第一支鏈I、第二支鏈II、第三支鏈III和第四支鏈IV均采用了移動(dòng)副主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)形式。體現(xiàn)在具體結(jié)構(gòu)上為其第四支鏈IV的滑塊23與所述左連桿21通過球鉸連接，滑塊23與所述右連桿22通過球鉸連接，滑塊23與定平臺(tái)24通過移動(dòng)副連接且該移動(dòng)副是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的。本實(shí)施例中，定平臺(tái)由四塊分離的固定平板(24、25、26和27)所組成，該四塊分離的固定平板均豎直放置且在圓周上呈均勻?qū)ΨQ布置。
權(quán)利要求
1.一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括一個(gè)安裝執(zhí)行器的動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)，連接所述動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間的四個(gè)支鏈；第一、第二、第三和第四支鏈均包括驅(qū)動(dòng)臂、左連桿、右連桿、支撐桿、連接件以及運(yùn)動(dòng)副；所述運(yùn)動(dòng)副有八個(gè)，一個(gè)是連接于定平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)臂之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，一個(gè)是連接于驅(qū)動(dòng)臂和左連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于驅(qū)動(dòng)臂和右連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于支撐桿和左連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，一個(gè)是連接于支撐桿和右連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，一個(gè)是連接于連接件和左連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于連接件和右連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于連接件與動(dòng)平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R);其中，連接于定平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)臂之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的；所述第一、第二、第三和第四支鏈分別與定平臺(tái)以及動(dòng)平臺(tái)連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，該空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過四個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
2.如權(quán)利要求I所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于，連接于所述動(dòng)平臺(tái)與所述第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈之間的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相互平行且在所述動(dòng)平臺(tái)上呈非正方形布置。
3.一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括一個(gè)安裝執(zhí)行器的動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)，連接所述動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間的四個(gè)支鏈；第一、第二、第三和第四支鏈均包括滑塊、左連桿、右連桿、支撐桿、連接件以及運(yùn)動(dòng)副；所述運(yùn)動(dòng)副有八個(gè)，一個(gè)是連接于定平臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副(P)，一個(gè)是連接于滑塊和左連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于滑塊和右連桿之間的球鉸(S)，一個(gè)是連接于支撐桿和左連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副CR), 一個(gè)是連接于支撐桿和右連桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，一個(gè)是連接于連接件和左連桿之間的球鉸(S), —個(gè)是連接于連接件和右連桿之間的球鉸(S), —個(gè)是連接于連接件與動(dòng)平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R);其中，連接于定平臺(tái)和滑塊之間的移動(dòng)副(P)是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的；所述第一、第二、第三和第四支鏈分別與定平臺(tái)以及動(dòng)平臺(tái)連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，該空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過四個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
4.如權(quán)利要求3所述的機(jī)構(gòu)，其特征在于，定平臺(tái)由分離的四塊固定平板所組成，該四塊分離的固定平板均豎直放置且在圓周上呈均勻?qū)ΨQ布置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，屬于并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。包括一個(gè)安裝執(zhí)行器的動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)，連接所述動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)之間的具有相同結(jié)構(gòu)的第一、第二、第三和第四支鏈，該第一、第二、第三和第四支鏈均含有一個(gè)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副；所述第一、第二、第三和第四支鏈分別與定平臺(tái)以及動(dòng)平臺(tái)連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，該空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)通過四個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的三維平動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。該并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、運(yùn)動(dòng)學(xué)相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，其單平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征有利于實(shí)現(xiàn)高速高加速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
文檔編號(hào)B25J9/00GK102922513SQ20121043537
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者劉辛軍, 謝福貴, 王立平, 尤政 申請(qǐng)人:清華大學(xué)