三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，包括靜平臺、動平臺、第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈以及驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中，所述第一支鏈、所述第二支鏈和所述第三支鏈處于同一平面并內(nèi)置于機(jī)器人空間，同時并聯(lián)地連接所述靜平臺和動平臺；所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動所述第一支鏈、所述第二支鏈和所述第三支鏈，以帶動所述動平臺作三自由度平動。本發(fā)明的從動桿組之間的夾緊大大減小，剛度好，負(fù)載能力大。
【專利說明】三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在輕工、醫(yī)藥、食品和電子等行業(yè)的自動化生產(chǎn)線中，諸如分揀、包裝、封裝等作業(yè)很多利用機(jī)器人執(zhí)行。而在眾多的機(jī)器人中，常采用并聯(lián)機(jī)器人實現(xiàn)多方位的快速運(yùn)動，其中DELTA構(gòu)型的并聯(lián)機(jī)器人是典型代表。并聯(lián)機(jī)器人與傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)器人相比，具有以下特點:
[0003]I)無累計誤差，運(yùn)動精度和重復(fù)精度高；
[0004]2)運(yùn)動部件質(zhì)量輕，運(yùn)動速度快，動態(tài)響應(yīng)好；
[0005]3)工作空間較小。
[0006]由于上述特點，并聯(lián)機(jī)器人得以廣泛應(yīng)用。但同時，DELTA構(gòu)型的機(jī)器人也存在一些缺陷:從動桿組與垂線的夾角較大；機(jī)器人的剛度差，負(fù)載能力小。這成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其從動桿組之間的夾角大大減小，剛度好，負(fù)載能力大。以解決現(xiàn)有技術(shù)中一個或者多個問題。
[0008]實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0009]一種三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，包括:靜平臺、動平臺、第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈以及驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中:
[0010]所述第一支鏈、所述第二支鏈和所述第三支鏈處于同一平面并內(nèi)置于機(jī)器人空間，同時并聯(lián)地連接所述靜平臺和所述動平臺；
[0011]所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動所述第一支鏈、所述第二支鏈和所述第三支鏈，以帶動所述動平臺作三自由度平動。從而通過控制內(nèi)置的三個支鏈來實現(xiàn)末端動平臺的三自由度平動，使得從動桿組之間的夾緊大大減小，提高從動桿的負(fù)載能力，最終使得機(jī)器人的負(fù)載能力得以大大提高。
[0012]在一些實施例中，所述第一支鏈、所述第二支鏈和所述第三支鏈的結(jié)構(gòu)相同:
[0013]所述第一支鏈包括:固定于所述靜平臺內(nèi)側(cè)且向靜平臺中心延伸的第一支撐座，軸接于該第一支撐座的第一主動桿，以及第一從動桿組，其中，
[0014]所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動所述第一主動桿繞該第一主動桿與所述第一支撐座的相接軸旋轉(zhuǎn)；
[0015]所述第一從動桿組的一端通過第一轉(zhuǎn)動副連接所述第一主動桿，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副連接所述動平臺。通過對三個支鏈的具體化，得以更好地實現(xiàn)動平臺的三自由度平動。
[0016]在一些實施例中，所述第一從動桿組包括四個從動桿，該四個從動桿依次通過第三轉(zhuǎn)動副首尾相連并構(gòu)成平行四邊形；
[0017]所述平行四邊形一對邊的一個從動桿通過所述第一轉(zhuǎn)動副連接所述第一主動桿，該對邊的另一個從動桿通過所述第二轉(zhuǎn)動副連接所述動平臺。通過將從動桿組具體化，獲得更合理的傳動以及運(yùn)動精度。
[0018]在一些實施例中，所述第一主動桿沿著垂直于其與所述第一支撐座的相接軸的方向延伸，并在延伸部尾端形成第一套筒；
[0019]所述第一從動桿組一對邊的一個從動桿穿過所述第一套筒，并對該第一套筒的兩端限位；該對邊的另一從動桿穿過所述動平臺上設(shè)置的第二套筒，并對該第二套筒的兩端限位。將第一轉(zhuǎn)動副具體化，獲得良好的靈活性好和強(qiáng)度。
[0020]在一些實施例中，所述第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈的各自主動桿的旋轉(zhuǎn)平面兩兩之間的夾角相同；
[0021]所述第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈的各自從動桿組所在平面兩兩之間的夾角相同。從而使得三個支鏈均勻布置。
[0022]在一些實施例中，所述動平臺上設(shè)置有與所述第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈一一對應(yīng)的三個第二套筒，該三個第二套筒各自的軸線兩兩之間的夾角相同。進(jìn)一步地限定三個支鏈均勻布置。
[0023]在一些實施例中，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括:對應(yīng)于所述第一支鏈的第一伺服電機(jī)和第一減速機(jī)，對應(yīng)于所述第二支鏈的第二伺服電機(jī)和第二減速機(jī)，以及對應(yīng)于所述第三支鏈的第三伺服電機(jī)和第三減速機(jī)；
[0024]所述第一伺服電機(jī)和所述第一減速機(jī)均固定在所述第一支撐座上；
[0025]所述第一伺服電機(jī)的輸出端與所述第一減速機(jī)的輸入端相接；
[0026]所述第一減速機(jī)的輸出軸與所述第一主動桿固接，并且該輸出軸的軸線與所述第一主動桿和所述第一支撐座的相接軸的軸線重合。通過對驅(qū)動機(jī)構(gòu)的具體描述，使得整體的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人得以實現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明一種實施方式的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明一種實施方式的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人的第一主動桿與第一從動桿組連接結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖3是本發(fā)明一種實施方式的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人的從動桿組與動平臺連接結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031]請參閱圖1、圖2和圖3，本發(fā)明的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，包括靜平臺1、動平臺2、第一支鏈3、第二支鏈4、第三支鏈5以及驅(qū)動機(jī)構(gòu)。其中:
[0032]靜平臺I為固定位置的平臺。
[0033]第一支鏈3、第二支鏈4和第三支鏈5的結(jié)構(gòu)相同，并聯(lián)安裝于靜平臺I和動平臺2之間，并置于機(jī)器人空間內(nèi)。本實施例中，它們兩兩成相同夾角且均勻分布在同一平面上。
[0034]第一支鏈3包括第一支撐座31、第一主動桿34和第一從動桿組,第一從動桿組包括圍成平行四邊形的兩對從動桿35、36。第二支鏈4包括第二支撐座41、第二主動桿44和第二從動桿組，第二從動桿組包括圍成平行四邊形的兩對從動桿45、46。第三支鏈5包括第三支撐座51、第三主動桿54和第三從動桿組，第三從動桿組包括圍成平行四邊形的兩對從動桿55、56。因為結(jié)構(gòu)相同，只是位置不一樣，所以以第一支鏈3為例，敘述如下:
[0035]第一支撐座31固定在靜平臺I的內(nèi)側(cè)面上，并朝著靜平臺I的中心延伸(同理，第二支撐座41和第三支撐座51同樣布置，且它們兩兩之間與靜平臺I中心點的夾角相等)，從而為三個支鏈內(nèi)置于機(jī)器人空間提供基礎(chǔ)。本實施例中，第一支撐座31、第二支撐座41和第三支撐座51處在同一平面，并且兩兩夾角一致。
[0036]第一主動桿34軸接于第一支撐座31，通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動，繞第一主動桿34與第一支撐座31的相接軸(該相接軸的軸線為Al)旋轉(zhuǎn)。同理，第二主動桿44繞軸線A2旋轉(zhuǎn)。第三主動桿54繞軸線A3旋轉(zhuǎn)。第一主動桿34相對于軸接端的另一端通過第一轉(zhuǎn)動副連接第一從動桿組的一端，該第一從動桿組的另一端通過第二轉(zhuǎn)動副連接動平臺2。
[0037]第一從動桿組包括一對從動桿35以及另一對從動桿36,該四個從動桿依次通過第三轉(zhuǎn)動副首尾相連并構(gòu)成平行四邊形，即:四個從動桿之間通過銷釘37、39鉸接。作為平行四邊形一對邊的一對從動桿35，一個從動桿35通過第一轉(zhuǎn)動副連接第一主動桿34，另一個從動桿35通過第二轉(zhuǎn)動副連接動平臺2。此對邊優(yōu)先選擇短邊。由于是轉(zhuǎn)動副連接，實現(xiàn)平行四邊形所在平面繞第一主動桿34轉(zhuǎn)動，同時，該平行四邊形的第一從動桿組自身也通過轉(zhuǎn)動副實現(xiàn)變形。第一支鏈3、第二支鏈4和第三支鏈5的各自從動桿組所在平面兩兩之間的夾角相同。
[0038]具體地，如圖2和圖3所示，沿著垂直于第一主動桿34與第一支撐座31的相接軸的方向，第一主動桿34延伸，并在延伸部尾端形成第一套筒341 (同理,第二主動桿44和第三主動桿54均延伸有第一套筒)。動平臺2上設(shè)置有與第一支鏈3、第二支鏈4和第三支鏈5 一一對應(yīng)的三個第二套筒，該三個第二套筒各自的軸線兩兩之間的夾角相同，以使得三個支鏈可以均勻布置。
[0039]作為平行四邊形一對邊的一對從動桿35，一個從動桿35的中部套接第一套筒341，兩端對該第一套筒341限位。該對邊的另一從動桿35的中部套接第二套筒，兩端對該第二套筒限位。其中，限位指:從動桿35的中部長度略大于第一套筒341、第二套筒的長度，從動桿35的兩端的筒徑大于中部的筒徑，以起到限位作用。
[0040]驅(qū)動機(jī)構(gòu)用于分別驅(qū)動第一支鏈3、第二支鏈4和第三支鏈5，以帶動動平臺2作三自由度平動。驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括:對應(yīng)于第一支鏈3的第一伺服電機(jī)33和第一減速機(jī)32,對應(yīng)于第二支鏈4的第二伺服電機(jī)43和第二減速機(jī)42，以及對應(yīng)于第三支鏈5的第三伺服電機(jī)53和第三減速機(jī)52。第一伺服電機(jī)33和第一減速機(jī)32，第二伺服電機(jī)43和第二減速機(jī)42,以及第三伺服電機(jī)53和第三減速機(jī)52的布置方式一致，以對應(yīng)于第一支鏈3的第一伺服電機(jī)33和第一減速機(jī)32為例:
[0041]第一伺服電機(jī)33和第一減速機(jī)32均固定在第一支撐座31上。第一伺服電機(jī)33的輸出端與第一減速機(jī)32的輸入端相接。第一減速機(jī)32的輸出軸與第一主動桿34固接，并且該輸出軸的軸線與第一主動桿34和第一支撐座31的相接軸的軸線Al重合。
[0042]綜上可知，第一主動桿34的旋轉(zhuǎn)平面與軸線Al垂直，第二主動桿44的旋轉(zhuǎn)平面與軸線A2垂直，第三主動桿54的旋轉(zhuǎn)平面與軸線A3垂直，并且這三個旋轉(zhuǎn)平面兩兩之間的夾角相同。第一從動桿組的一個從動桿35繞第一主動桿34的第一套筒341的軸線All旋轉(zhuǎn)，另一個從動桿35繞平臺2的一個第二套筒的軸線A14旋轉(zhuǎn)。第一從動桿組的一對從動桿36可以分別繞銷釘37、39的軸線A12、A13、A15、A16旋轉(zhuǎn)。
[0043]綜上，通過將第一支鏈3、第二支鏈4和第三支鏈5均內(nèi)置于機(jī)器人空間內(nèi)，各個支鏈不會外擴(kuò)，區(qū)別于傳統(tǒng)的三自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得從動桿組之間的夾角大大減小，從而使得從動桿的負(fù)載能力大大提聞，最終使得機(jī)器人的負(fù)載能力得以大大提聞。
[0044]本發(fā)明中采用純并聯(lián)機(jī)構(gòu)，降低運(yùn)動部件重量，從而提高動平臺的速度和精度。并且本發(fā)明的并聯(lián)機(jī)構(gòu)易于控制、動平臺工作空間大、分布對稱，設(shè)計簡單，易于安裝和維護(hù)。
[0045]以上所述僅是本發(fā)明的一種實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干相似的變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，包括:靜平臺(I)、動平臺(2)、第一支鏈(3)、第二支鏈(4)、第三支鏈(5)以及驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中: 所述第一支鏈(3)、所述第二支鏈(4)和所述第三支鏈(5)處于同一平面并內(nèi)置于機(jī)器人空間，同時并聯(lián)地連接所述靜平臺(I)和所述動平臺(2)； 所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動所述第一支鏈(3)、所述第二支鏈(4)和所述第三支鏈(5)，以帶動所述動平臺(2)作三自由度平動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述第一支鏈(3)、所述第二支鏈(4)和所述第三支鏈(5)的結(jié)構(gòu)相同， 所述第一支鏈(3)包括:固定于所述靜平臺(I)內(nèi)側(cè)且向靜平臺(I)中心延伸的第一支撐座(31)，軸接于該第一支撐座(31)的第一主動桿(34)，以及第一從動桿組，其中，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動所述第一主動桿(34)繞該第一主動桿(34)與所述第一支撐座(31)的相接軸旋轉(zhuǎn)； 所述第一從動桿組的一端通過第一轉(zhuǎn)動副連接所述第一主動桿(34)，另一端通過第二轉(zhuǎn)動副連接所述動平臺(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于， 所述第一從動桿組包括四個從動桿，該四個從動桿依次通過第三轉(zhuǎn)動副首尾相連并構(gòu)成平行四邊形； 所述平行四邊形一對邊的一個從動桿通過所述第一轉(zhuǎn)動副連接所述第一主動桿(34)，該對邊的另一個從動桿通過所述第二轉(zhuǎn)動副連接所述動平臺(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于， 所述第一主動桿(34)沿著垂直于其與所述第一支撐座(31)的相接軸的方向延伸，并在延伸部尾端形成第一套筒(341)； 所述第一從動桿組一對邊的一個從動桿穿過所述第一套筒(341)，并對該第一套筒(341)的兩端限位；該對邊的另一從動桿穿過所述動平臺(2)上設(shè)置的第二套筒，并對該第二套筒的兩端限位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于， 所述第一支鏈(3)、第二支鏈(4)和第三支鏈(5)的各自主動桿(34、44、54)的旋轉(zhuǎn)平面兩兩之間的夾角相同； 所述第一支鏈(3)、第二支鏈(4)和第三支鏈(5)的各自從動桿組所在平面兩兩之間的夾角相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述動平臺(2)上設(shè)置有與所述第一支鏈(3)、第二支鏈(4)和第三支鏈(5) —一對應(yīng)的三個第二套筒，該三個第二套筒各自的軸線兩兩之間的夾角相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6任一項所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于， 所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括:對應(yīng)于所述第一支鏈(3)的第一伺服電機(jī)(33)和第一減速機(jī)(32)，對應(yīng)于所述第二支鏈(4)的第二伺服電機(jī)(43)和第二減速機(jī)(42)，以及對應(yīng)于所述第三支鏈(5)的第三伺服電機(jī)(53)和第三減速機(jī)(52)； 所述第一伺服電機(jī)(33)和所述第一減速機(jī)(32)均固定在所述第一支撐座(31)上； 所述第一伺服電機(jī)(33)的輸出端與所述第一減速機(jī)(32)的輸入端相接； 所述第一減速機(jī)(32)的輸出軸與所述第一主動桿(34)固接，并且該輸出軸的軸線與所述第一主動桿(34)和所述第一支撐座(31)的相接軸的軸線重合。
【文檔編號】B25J9/00GK104260080SQ201410482032
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】顏文旭, 寧金, 張明文, 于振中, 赫英強(qiáng) 申請人:江南大學(xué)