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CN102107431A - 并联机器人 - Google Patents

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CN102107431A CN2009103125135A CN200910312513A CN102107431A CN 102107431 A CN102107431 A CN 102107431A CN 2009103125135 A CN2009103125135 A CN 2009103125135A CN 200910312513 A CN200910312513 A CN 200910312513A CN 102107431 A CN102107431 A CN 102107431A
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frame
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CN2009103125135A
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赵智明
张国庆
伍晓斌
戴家鹏
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Original Assignee
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

一种并联机器人，包括机架、移动平台及连接于机架与移动平台之间且在同一平面内运动的两个连接分支结构。每个连接分支结构包括与机架连接的平移机构以及由平移机构带动的平行四边形杆组。平行四边形杆组包括平行设置的第一连杆及第二连杆，该第一连杆与第二连杆均与该平移机构以及移动平台铰接。本发明的并联机器人具有结构简单、成本较低且便于控制的优点。

Description

并联机器人
技术领域
本发明涉及一种并联机器人。
背景技术
现有的并联机器人大多采用三个至六个自由度对称结构，一般采用球铰、胡克铰或移动副作为运动副实现三个至六个自由度的空间运动。上述并联机器人的上平台(移动平台)与下平台(机架)之间通常以六个分支相连，每一个分支上设有驱动器以改变各分支的长度，使上平台的位置和姿态变化，其结构复杂，制造成本较高，且较难控制。在轻工、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装等作业需要末端执行器可在平面内进行高速作业的机械手，然而，采用上述结构复杂的多自由度空间并联机器人则显得没有必要，或者制造成本太高。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种结构简单、成本较低且便于控制的并联机器人。
一种并联机器人，其包括机架、移动平台及连接于机架与移动平台之间且在同一平面内运动的两个连接分支结构。每个连接分支结构包括与机架连接的平移机构以及由平移机构带动的平行四边形杆组。平行四边形杆组包括平行设置的第一连杆及第二连杆，该第一连杆与第二连杆均与该平移机构以及移动平台铰接。
上述并联机器人通过两个平移机构配合运动，分别带动两个平行四边形杆组运动及移动平台运动，可实现移动平台在一预设平面内平动，其结构简单、成本较低。采用平行四边形杆组可使移动平台仅作平动，从而便于控制及定位。
附图说明
图1是本发明实施方式的并联机器人的立体组装图。
图2是图1所示并联机器人的立体分解图。
图3是图1所示并联机器人的旋转分支结构的立体分解图。
图4是图1所示并联机器人的工作状态示意图。
主要元件符号说明
Figure G200910312513520091229D000021
Figure G200910312513520091229D000031
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明的并联机器人作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明实施方式的并联机器人100包括机架10、移动平台20、连接于机架10与移动平台20之间的两个连接分支结构30a、30b以及一个旋转分支结构40。旋转分支结构40的输出端(图未标)可转动地穿设于移动平台20，输出端可安装夹具、吸盘等末端执行器，以执行相应任务。两个连接分支结构30a、30b协调配合运动，可带动移动平台20在一预设平面内平动，旋转分支结构40可带动末端执行器转动，从而使末端执行器实现三个自由度的运动。
本实施方式中，两个连接分支结构30a、30b的结构相同，且呈左右对称设置。以下以连接分支结构30a为例进行说明。连接分支结构30a包括平移机构31a以及由平移机构31a带动的平行四边形杆组32a。
请同时参见图2，平移机构31a包括连接板311、驱动件312、由驱动件312驱动的螺杆313以及与螺杆313套接并由螺杆313带动的传动螺母314。
连接板311设于机架10的一侧且与机架10固定连接，如可采用焊接方式固定连接。驱动件312设于连接板311的一端，连接板311的另一端设有转动支承螺杆313的支承座315。螺杆313相对机架10倾斜延伸。连接板311上还形成有与螺杆313延伸方向平行设置的滑轨3112。传动螺母314大致呈块状，其一表面开设有与滑轨3112滑动配合的滑槽(图未标)。驱动件312可为步进电机、伺服电机等。驱动件312驱动螺杆313旋转时，螺杆313与传动螺母314啮合以带动传动螺母314沿螺杆313的延伸方向作直线运动。可以理解，平移机构31a用于产生平移运动，其并不限于实施方式中的螺杆、螺母结构，还可采用带传动、气压驱动等方式来实现平移运动。
平行四边形杆组32a包括第一连杆321、第二连杆323以及第三连杆324。第一连杆321与第二连杆323相互平行设置，第三连杆324两端分别与第一连杆321及第二连杆323铰接。第一连杆321及第二连杆323远离第三连杆324的端部与移动平台20铰接。第三连杆324还包括连接部3241。连接部3241与传动螺母314固定连接，从而传动螺母314作直线运动时，可带动第三连杆324运动，以使平行四边形杆组32a在平面内摆动。
第一连杆321两端部均呈叉形结构，且两端分别开设铰接孔3221a、3221b，第三连杆324及移动平台20分别开设铰接孔3243、2011，销轴2012穿设铰接孔3221a及铰接孔2011将第一连杆321与移动平台20铰接，销轴3245铰接孔3221b及铰接孔3243将第一连杆321与第三连杆324铰接。
第二连杆323包括两个相互平行的连接杆3231、3232。连接杆3231、3232所处的平面与连接分支结构30a、30b的运动平面垂直。连接杆3231、3232分别设于移动平台20的两相对侧，每个连接杆3231的两端分别与第三连杆324及移动平台20铰接。设置连接杆3231、3232可增强连接分支结构30a的承载能力，并有助于提高移动平台20运动的平稳性。
连接分支结构30b与连接分支结构30a结构相同，其包括平移机构31b以及由平移机构31b带动的平行四边形杆组32b。
请同时参见图3，旋转分支结构40包括驱动件41、由驱动件41带动的齿轮42、由齿轮42带动旋转的旋转杆43、与移动平台20转动连接的输出杆44以及连接齿轮42与旋转杆43的连接结构45。
旋转杆43与输出杆44设于两个连接分支结构30a、30b之间。输出杆44的自由端从移动平台20底部伸出，并可安装末端执行器，以完成相应任务。
机架10大致呈矩形板状，其中部开设安装孔102，以供旋转杆43穿设。第二驱动件41安装于机架10顶面且靠近该安装孔102，其动力传递至齿轮42。
旋转杆43包括输入端431及输出端432。输入端431穿设安装孔102及齿轮42并从机架10的顶部伸出。输出端432通过多自由度铰链4321与输出杆44连接。本实施例中，多自由度铰链4321为胡克铰，输出杆44通过连接销2013与多自由度铰链4321连接。
连接结构45用于实现旋转杆43随齿轮42转动、随移动平台20摆动及沿旋转杆43的轴向移动。连接结构45包括连接齿轮42与旋转杆43的胡克铰4211，以及连接胡克铰4211的上铰接部4211a与旋转杆43的移动副(图未标)。该移动副可为键连接结构。
输出杆44大致呈阶梯轴状，移动平台20开设有台阶孔2014，输出杆44可转动地穿设于台阶孔2014并由设于台阶孔2014内的轴承组件442滚动支承，从而输出杆44可相对移动平台20自由转动。设于轴承组件442顶端的螺母(图未标)与输出杆44螺接，以限制输出杆44沿其轴向的移动，从而输出杆44可随移动平台20平动，以及随旋转杆43旋转，安装于输出杆44输出端的末端执行器可实现三个自由度的运动。
以下介绍本发明实施方式的并联机器人100的动作过程。请同时参阅图4，当连接分支结构30a的平移机构31a沿a方向并朝远离移动平台20一侧平移，而连接分支结构30b的平移机构31b沿b方向保持在原来位置时，则移动平台20向右侧平动，在平行四边形杆组32a、32b的作用下，移动平台20可始终保持水平。旋转分支结构40的旋转杆43相对机架10摆动并相对于机架10沿旋转杆43的轴向移动，以使安装于输出杆44末端的末端执行器随移动平台20移动至预设位置。与此类似，通过第一平移机构31a、31b相互配合，协调动作，即可实现移动平台20的在平面内的精确定位，通过控制旋转分支结构40还可控制旋转角度，以实现安装于输出杆44自由端的末端执行器的三自由度运动。
可以理解，如末端执行器无需旋转即可满足工作要求，也可以省略旋转分支结构40，通过平移机构31a、31b分别带动平行四边形杆组32a、32b运动及移动平台20运动，以实现移动平台20在平面内的两个自由度运动。本实施方式中，两个连接分支结构30a、30b的结构相同且呈对称结构，当然其也可不完全相同。
本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种并联机器人，包括机架、移动平台及连接于该机架与该移动平台之间且在同一平面内运动的两个连接分支结构，其特征在于：每个连接分支结构包括与该机架连接的平移机构以及由该平移机构带动的平行四边形杆组，该平行四边形杆组包括平行设置的第一连杆及第二连杆，该第一连杆与第二连杆均与该平移机构以及移动平台铰接。
2.如权利要求1所述的并联机器人，其特征在于：该平移机构包括驱动件、由该驱动件驱动的螺杆以及与螺杆套接并由螺杆带动的传动螺母。
3.如权利要求2所述的并联机器人，其特征在于：该平移机构还包括与该机架固定连接的连接板，该驱动件安装于该连接板上，该螺杆相对该机架倾斜延伸。
4.如权利要求3所述的并联机器人，其特征在于：该连接板设有滑轨，该传动螺母开设有与该滑轨滑动配合的滑槽。
5.如权利要求1至4任一项所述的并联机器人，其特征在于：该平行四边形杆组还包括第三连杆，该第三连杆两端分别与第一连杆及第二连杆铰接，该第三连杆与该平移机构固定连接。
6.如权利要求5所述的并联机器人，其特征在于：该第二连杆包括两个相互平行的连接杆，两个连接杆所在的平面与该连接分支结构的运动平面垂直。
7.如权利要求1至4任一项所述的并联机器人，其特征在于：该两个连接分支结构的结构相同。
8.如权利要求1所述的并联机器人，其特征在于：该并联机器人还包括连接于该机架与该移动平台之间的旋转分支结构。
9.如权利要求8所述的并联机器人，其特征在于：该旋转分支结构包括安装于机架的驱动件、由该驱动件带动的齿轮、由该齿轮带动旋转的旋转杆、与该移动平台转动连接的输出杆以及连接齿轮与旋转杆的连接结构，该旋转杆与输出杆通过多自由度铰链连接。
10.如权利要求9所述的并联机器人，其特征在于：该连接结构包括连接齿轮与旋转杆的胡克铰以及连接胡克铰与旋转杆的移动副。
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