專利名稱：一種用于高速搬運(yùn)作業(yè)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種用于高速搬運(yùn)作業(yè)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在食品、電子、輕工、醫(yī)藥等行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)流水線，經(jīng)常會(huì)涉及到一些諸如餅干、樹脂鏡片等體積小、質(zhì)量輕產(chǎn)品在兩點(diǎn)之間的搬運(yùn)作業(yè)，這種搬運(yùn)作業(yè)一般需要極高的速度，以符合生產(chǎn)流水線的節(jié)拍。目前，工業(yè)上應(yīng)用在此場(chǎng)合較為成熟的工業(yè)機(jī)器人為瑞士clavel教授發(fā)明的delta機(jī)器人,delta機(jī)器人末端執(zhí)行器一般具有三平移或三平移、一轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。Delta機(jī)器人具有較高的搬運(yùn)效率，但機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，其中含有球鉸、胡克鉸、移動(dòng)副等運(yùn)動(dòng)副，制造成本和維護(hù)成本較高。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速搬運(yùn)作業(yè)場(chǎng)合，不要求并聯(lián)機(jī)器人末端執(zhí)行器具有三個(gè)或三個(gè)以上自由度，一種結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)更為適且。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造和維護(hù)成本低、易于控制、適用于高速搬運(yùn)作業(yè)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。一種用于高速搬運(yùn)作業(yè)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)和三條支鏈組成，第一和第二條支鏈完全相同，由三個(gè)軸線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，其中與機(jī)架直接連接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副設(shè)為主動(dòng)副，安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)，第一和第二條支鏈布置于機(jī)架兩側(cè)，并于機(jī)架中心對(duì)稱；連桿1、111和連桿I1、IV組成連接機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)組成第一和第二條支鏈；連桿V、VI連接機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)形成平行四邊形機(jī)構(gòu)，構(gòu)成第三條支鏈，其特征在于:所述的第三條支鏈為從動(dòng)支鏈，平行四邊形機(jī)構(gòu)約束動(dòng)平臺(tái)作平動(dòng)，第一和第二條支鏈為從動(dòng)支鏈，約束動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。所述的機(jī)架和連桿之間、連桿和連桿連接、連桿和動(dòng)平臺(tái)之間均用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接。所述的機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)之間還設(shè)有第四條支鏈，安裝在機(jī)架上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)上的末端執(zhí)行器轉(zhuǎn)動(dòng)，約束動(dòng)平臺(tái)的二自由度平動(dòng)和一自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的連桿V、V1、轉(zhuǎn)軸和機(jī)架組成第三條支鏈的第一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，連桿VL連桿珊、轉(zhuǎn)軸和動(dòng)平臺(tái)組成第三條支鏈的第二個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)的公共邊為轉(zhuǎn)軸，兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)約束動(dòng)平臺(tái)作平動(dòng)。所述的連桿V，VI，VL VDI和機(jī)架、動(dòng)平臺(tái)形成平行四邊機(jī)構(gòu)構(gòu)成第三條支鏈，連桿V和連桿Vn之間形成移動(dòng)副，連桿VI和連桿VDI之間形成移動(dòng)副，彈性元件可以均勻地伸長或壓縮，連接在連桿V、Vn和連桿V1、VDI形成的移動(dòng)副之間，使連桿V、Vn和連桿V1、VDI移動(dòng)副位移相等，平行四邊形的一邊可以變化，擴(kuò)大動(dòng)平臺(tái)的工作空間。本發(fā)明，三條支鏈中有兩條完全相同，對(duì)稱布置于機(jī)架兩側(cè)，用一條由平行四邊形機(jī)構(gòu)組成的支鏈約束了動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，使動(dòng)平臺(tái)在另外兩條支鏈的約束下僅可作二自由度平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)中只含轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈，不含球鉸、胡克鉸等其它運(yùn)動(dòng)副，具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造維護(hù)成本低、動(dòng)平臺(tái)可承受加速度大、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于僅需二自由度平動(dòng)的高速搬運(yùn)作業(yè)。


圖1是本發(fā)明并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)型。圖2是本發(fā)明并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的延伸構(gòu)型一。圖3是本發(fā)明并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的延伸構(gòu)型二。圖4是本發(fā)明并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的延伸構(gòu)型三。圖中:1機(jī)架，2動(dòng)平臺(tái)，3連桿1、4連桿11，5連桿111，6連桿IV，7連桿V，8連桿VI，9轉(zhuǎn)軸，9-1彈性元件，10連桿VL 11連桿VIL
具體實(shí)施例方式一種用于高速搬運(yùn)作業(yè)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由機(jī)架1、動(dòng)平臺(tái)2和三條支鏈組成，第一和第二條支鏈完全相同，由三個(gè)軸線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，其中與機(jī)架直接連接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副設(shè)為主動(dòng)副，安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)，第一和第二條支鏈布置于機(jī)架兩側(cè)，并于機(jī)架中心對(duì)稱；連桿I 3、連桿III 5和連桿II 4、連桿IV 6組成連接機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)2組成第一和第二條支鏈；連桿V 7、連桿VI 8連接機(jī)架I和動(dòng)平臺(tái)2形平行四邊形機(jī)構(gòu)，構(gòu)成第三條支鏈，第三條支鏈為從動(dòng)支鏈，平行四邊形機(jī)構(gòu)約束動(dòng)平臺(tái)2作平動(dòng)，第一和第二條支鏈為從動(dòng)支鏈，約束動(dòng)平臺(tái)2的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。實(shí)施例1:
如圖1所示，是本發(fā)明并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)型。機(jī)架I保持不動(dòng)，動(dòng)平臺(tái)2，可作二自由度平動(dòng)。連桿I 3、連桿III 5和連桿II 4、連桿IV 6組成連接機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)2組成第一和第二條支鏈。連桿V 7，連桿VI 8連接機(jī)架I和動(dòng)平臺(tái)2形平行四邊形機(jī)構(gòu)，構(gòu)成第三條支鏈。第三條支鏈為從動(dòng)支鏈，平行四邊形機(jī)構(gòu)約束動(dòng)平臺(tái)2作平動(dòng)。實(shí)施例2:
如圖2示，是本發(fā)明并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的延伸構(gòu)型一。機(jī)架I保持不動(dòng)，動(dòng)平臺(tái)2可作二自由度平動(dòng)。連桿I 3、連桿III 5和連桿II 4、連桿IV 6組成連接機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)2組成第一和第二條支鏈。連桿V 7、連桿VI 8連接機(jī)架I和動(dòng)平臺(tái)2形成平行四邊形機(jī)構(gòu)，構(gòu)成第三條支鏈。第三條支鏈為從動(dòng)支鏈，平行四邊形機(jī)構(gòu)約束動(dòng)平臺(tái)2作平動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，引入第四條支鏈，安裝在機(jī)架上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過轉(zhuǎn)軸9帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)2上的末端執(zhí)行器10轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)二自由度平動(dòng)和一自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)施例3:
如圖3示，是本發(fā)明并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的延伸構(gòu)型二。機(jī)架I保持不動(dòng)，動(dòng)平臺(tái)2可作二自由度平動(dòng)。連桿I 3、111 5和連桿II 4,IV 6組成連接機(jī)架I和動(dòng)平臺(tái)2組成第一和第二條支鏈。連桿V 7、連桿VI 8、連桿VII 10，連桿VDI 11和機(jī)架I組成第三條支鏈的第一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，連桿V 7、連桿VI8、連桿VII10,連桿VDI11和動(dòng)平臺(tái)2組成第三條支鏈的第二個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)的公共邊為轉(zhuǎn)軸9。兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)約束動(dòng)平臺(tái)2作平動(dòng)。實(shí)施例4:
如圖4示，是本發(fā)明并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的延伸構(gòu)型三。I為機(jī)架，保持不動(dòng)，2為動(dòng)平臺(tái)，可作二自由度平動(dòng)。連桿I 3 JII 5和連桿II 4、IV 6組成連接機(jī)架I和動(dòng)平臺(tái)2組成第一和第二條支鏈。連桿V 7、連桿VI 8、連桿VII 10，連桿VDI 11和機(jī)架I和動(dòng)平臺(tái)2形成平行四邊機(jī)構(gòu)構(gòu)成第三條支鏈。連桿V 7和連桿YD 10之間形成移動(dòng)副，連桿VI 8和連桿VDI11之間形成移動(dòng)副。為彈性元件9-1，可以均勻地伸長或壓縮，連接在連桿V 7、連桿VI 8、連桿W 10、連桿VDI11形成的移動(dòng)副之間，以保證。連桿V 7、連桿VI 8、連桿VII 10，連桿VDI 11移動(dòng)副位移相等，維持平行四邊形機(jī)構(gòu)。第三條支鏈在維持平行四邊形機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，平行四邊形的一邊允許變化，這樣可以擴(kuò)大動(dòng)平臺(tái)的工作空間。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在機(jī)架上，且對(duì)稱布置于機(jī)架兩側(cè)，該機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上具有良好的對(duì)稱性，機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的慣量對(duì)動(dòng)力學(xué)性能影響小，連桿質(zhì)量小，動(dòng)平臺(tái)可以承受較大的加速度，有助于高速搬運(yùn)作業(yè)。該機(jī)構(gòu)只含轉(zhuǎn)動(dòng)副，不含球副、胡克鉸、移動(dòng)副等制造和維護(hù)成本較高的運(yùn)動(dòng)副，該機(jī)構(gòu)只需兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)就可驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，由該機(jī)構(gòu)制造的高速搬運(yùn)并聯(lián)機(jī)器人成本低，結(jié)構(gòu)簡單可靠，易于控制。
權(quán)利要求
1.一種用于高速搬運(yùn)作業(yè)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由機(jī)架(I)、動(dòng)平臺(tái)(2)和三條支鏈組成，第一和第二條支鏈完全相同，由三個(gè)軸線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，其中與機(jī)架(1)直接連接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副設(shè)為主動(dòng)副，安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)，第一和第二條支鏈布置于機(jī)架兩偵牝并于機(jī)架中心對(duì)稱；連桿1、111(3、5)和連桿11、1￥(4、6)組成連接機(jī)架和動(dòng)平臺(tái)(2)組成第一和第二條支鏈；連桿V、VI(7、8)連接機(jī)架(I)和動(dòng)平臺(tái)(2)形成平行四邊形機(jī)構(gòu)，構(gòu)成第三條支鏈，其特征在于:所述的第三條支鏈為從動(dòng)支鏈，平行四邊形機(jī)構(gòu)約束動(dòng)平臺(tái)(2)作平動(dòng)，第一和第二條支鏈為從動(dòng)支鏈，約束動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速搬運(yùn)作業(yè)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的機(jī)架(I)和連桿之間、連桿和連桿連接、連桿和動(dòng)平臺(tái)之間均用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速搬運(yùn)作業(yè)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的機(jī)架(I)和動(dòng)平臺(tái)(2)之間還設(shè)有第四條支鏈，安裝在機(jī)架上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過轉(zhuǎn)軸(9)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)(2)上的末端執(zhí)行器(10)轉(zhuǎn)動(dòng)，約束動(dòng)平臺(tái)的二自由度平動(dòng)和一自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速搬運(yùn)作業(yè)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的連桿V、VI(7、8)、轉(zhuǎn)軸(9)和機(jī)架(I)組成第三條支鏈的第一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，連桿訓(xùn)、珊(10、11)、轉(zhuǎn)軸(9)和動(dòng)平臺(tái)(2)組成第三條支鏈的第二個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)的公共邊為轉(zhuǎn)軸(9)，兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)約束動(dòng)平臺(tái)(2)作平動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速搬運(yùn)作業(yè)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的連桿V、V1、Vn、VDI(7、8、10、ll)和機(jī)架(I)、動(dòng)平臺(tái)(2)形成平行四邊機(jī)構(gòu)構(gòu)成第三條支鏈，連桿 V (7)和連桿VD(IO)之間形成移動(dòng)副，連桿VI (8)和連桿VDI (11)之間形成移動(dòng)副，彈性元件(9-1)可以均勻地伸長或壓縮，連接在連桿V、VD(7、10)和連桿V1、VDI (8、11)形成的移動(dòng)副之間，使連桿V、VII (7、10)和連桿V1、VDI (8、11)移動(dòng)副位移相等，平行四邊形的一邊可以變化，擴(kuò)大動(dòng)平臺(tái)的工作空間。
全文摘要
一種用于高速搬運(yùn)作業(yè)的二自由度平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由機(jī)架(1)、動(dòng)平臺(tái)(2)和三條支鏈組成，第一和第二條支鏈完全相同，由三個(gè)軸線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，其中與機(jī)架(1)直接連接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副設(shè)為主動(dòng)副，安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其特征在于所述的第三條支鏈為從動(dòng)支鏈，平行四邊形機(jī)構(gòu)約束動(dòng)平臺(tái)(2)作平動(dòng)，第一和第二條支鏈為從動(dòng)支鏈，約束動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。本發(fā)明用一條由平行四邊形機(jī)構(gòu)組成的支鏈約束了動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，使動(dòng)平臺(tái)在另外兩條支鏈的約束下僅可作二自由度平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造維護(hù)成本低、動(dòng)平臺(tái)可承受加速度大、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于僅需二自由度平動(dòng)的高速搬運(yùn)作業(yè)。
文檔編號(hào)B25J9/00GK103112000SQ20131008575
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者楊尹, 郭林, 周培壟, 劉元琦, 李良灣, 馬桂殿, 許生炎 申請(qǐng)人:萬新光學(xué)集團(tuán)有限公司