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CN105291096B - 一种三自由度重载平动搬运机器人机构 - Google Patents

一种三自由度重载平动搬运机器人机构 Download PDF

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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base
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Abstract

本发明涉及一种三自由度重载平动搬运机器人机构，属于机器人机构学领域。该机构包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的具有相同结构的第一、第二、第三分支。每个分支依次连接有驱动杆和辅助驱动杆组、双臂摇杆、从动杆组。所述机架、驱动杆、辅助驱动杆组、双臂摇杆及连接它们的转动副共构成三个平行四边形机构；所述双臂摇杆、从动杆组、动平台及连接它们的虎克铰构成一个平行四边形机构。该并联机构重量轻、工作空间大，适用于高速、重载场合，具有良好的应用前景。

Description

一种三自由度重载平动搬运机器人机构
技术领域
本发明属于机器人机构学领域，特别涉及一种具有三自由度的重载平动搬运机器人机构。
背景技术
具有三个平移自由度的空间机器人在工业上有广泛的应用，在该领域内，瑞典学者Clavel(R.Clavel.Delta,a fast robot with parallel geometry.In:Proc.of 18thInternational Symposium Industrial Robots,Lausanne,Switzerland,1988,pp:91-100)提出了一种由三条对称支链构成的可实现三维平动的Delta并联机构，后被ABB公司推广并应用于食品包装等生产线中代替人工完成食品等的快速分拣操作。该Delta机器人结构特性为三个分支呈对称分布，其每个分支由一个转动副加上一个4球副或万向副型平行四边形机构构成。文献(Tsai,L W.Kinematics of a 3-DOF Platform with ThreeExtensible Limbs.Recent Advance in Robot Kinematics,Lenarcic J,Parenti-Castelli V H.Boston:Kluwer Academic Publishers,Proc.5th InternationalSymposium on Advance in Robot Kinematics,1996,pp:401-410)提出了一种改进的Delta并联机构，其每个分支由两个转动副加上一个4转动副型平行四边形机构构成。文献(Pierrot F；Nabat V；Company O；Krut S；Poignet P.Optimal design of a 4-DOFparallel manipulator:From academia to industry.IEEE Transactions on Robotics,2009,25(2)pp:213-224)中提出了一种含有四分支的三移动一转动的四自由度机器人，这种机器人的单个分支与Delta机构的单个分支类似。专利(CN201210433892.5)中提出了一种分支含闭环的三移动一转动的四自由度并联机器人。专利(CN02822735.2)中提出了一种二自由度平面并联机器人机构，其每个分支等效于由两个4转动副型平行四边形机构构成的分支。然而，现有的这些平动机器人集中在轻载抓放工况，重载工况的平动搬运机器人尚未见报道。
发明内容
本发明涉及一种三自由度重载平动搬运机器人，该机器人的分支既含有4转动副型平行四边形机构，也含有4万向副型平行四边形机构，不同于现有的任何一种机器人的分支结构。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
本发明提出的一种三自由度重载平动搬运机器人机构，包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的具有相同结构的第一、第二、第三分支；从机架到动平台，依次连接有驱动杆和辅助驱动杆组、双臂摇杆、从动杆组；所述第一、第二、第三分支中，驱动杆的一端通过转动驱动副与机架连接，另一端通过转动副与双臂摇杆连接；辅助驱动杆组由辅助驱动杆一和辅助驱动杆二组成，辅助驱动杆一的一端通过转动副与机架连接，另一端通过转动副与双臂摇杆连接，辅助驱动杆二的一端通过转动副与机架连接，另一端通过转动副与双臂摇杆连接；从动杆组由从动杆一和从动杆二组成，从动杆一的一端通过虎克铰与双臂摇杆连接，另一端通过虎克铰与动平台连接，从动杆二的一端通过虎克铰与双臂摇杆连接，另一端通过虎克铰与动平台连接；所述机架、驱动杆、辅助驱动杆一、双臂摇杆及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述机架、驱动杆、辅助驱动杆二、双臂摇杆及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述机架、辅助驱动杆一、辅助驱动杆二、双臂摇杆及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述双臂摇杆、从动杆一、从动杆二、动平台及连接它们的虎克铰构成一个平行四边形机构。
本发明还提出的一种三自由度重载平动搬运机器人机构，包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的具有相同结构的第一、第二、第三分支；从机架到动平台，依次连接有驱动杆和辅助驱动杆、双臂摇杆、从动杆组；所述第一、第二、第三分支中，驱动杆的一端通过转动驱动副与机架连接，另一端通过转动副与双臂摇杆连接；辅助驱动杆的一端通过转动副与机架连接，另一端通过转动副与双臂摇杆连接；从动杆组由从动杆一和从动杆二组成，从动杆一的一端通过虎克铰与双臂摇杆连接，另一端通过虎克铰与动平台连接，从动杆二的一端通过虎克铰与双臂摇杆连接，另一端通过虎克铰与动平台连接；所述机架、驱动杆、辅助驱动杆和双臂摇杆及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述双臂摇杆、从动杆一、从动杆二和动平台及连接它们的虎克铰构成一个平行四边形机构。
本发明与现有技术相比具有突出的特点：该机构能实现空间内的三维平动运动，其驱动器安装在机架上，具有重量轻、工作空间大等优点，适用于高速、重载场合，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1的机构示意图。
图2是实施例1中双臂摇杆连接部位局部放大图。
图3是本发明实施例2的机构示意图。
图4是实施例2中双臂摇杆连接部位局部放大图。
图5是本发明实施例3的机构示意图。
图6是本发明实施例4的机构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
实施例1
本实施例的一种三自由度重载平动搬运机器人机构的结构如图1所示，包括机架(1)、动平台(8)以及并联连接在机架(1)与动平台(8)之间的具有相同结构的第一、第二、第三分支(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)；从机架(1)到动平台(8)，依次连接有驱动杆(2)和辅助驱动杆组、双臂摇杆(5)、从动杆组；以第一分支(Ⅰ)为例，驱动杆(2)的一端通过转动驱动副(R1)与机架(1)连接，另一端通过转动副(R4)与双臂摇杆(5)连接；辅助驱动杆组由辅助驱动杆一(3)和辅助驱动杆二(4)组成，辅助驱动杆一(3)的一端通过转动副(R2)与机架(1)连接，另一端通过转动副(R5)与双臂摇杆(5)连接，辅助驱动杆二(4)的一端通过转动副(R3)与机架(1)连接，另一端通过转动副(R6)与双臂摇杆(5)连接；从动杆组由从动杆一(6)和从动杆二(7)组成，从动杆一(6)的一端通过虎克铰(U1)与双臂摇杆(5)连接，另一端通过虎克铰(U3)与动平台(8)连接，从动杆二(7)的一端通过虎克铰(U2)与双臂摇杆(5)连接，另一端通过虎克铰(U4)与动平台(8)连接；所述机架(1)、驱动杆(2)、辅助驱动杆一(3)和双臂摇杆(5)及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述机架(1)、驱动杆(2)、辅助驱动杆二(4)和双臂摇杆(5)及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述机架(1)、辅助驱动杆一(3)、辅助驱动杆二(4)和双臂摇杆(5)及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述双臂摇杆(5)、从动杆一(6)、从动杆二(7)和动平台(8)及连接它们的虎克铰构成一个平行四边形机构。
图2为双臂摇杆(5)连接部位局部放大图。
实施例2
本实施例的一种三自由度重载平动搬运机器人机构的结构如图3所示，包括机架(1)、动平台(7)以及并联连接在机架(1)与动平台(7)之间的具有相同结构的第一、第二、第三分支(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)；从机架(1)到动平台(7)，依次连接有驱动杆(2)和辅助驱动杆(3)、双臂摇杆(4)、从动杆组；以第一分支(Ⅰ)为例，驱动杆(2)的一端通过转动驱动副(R1)与机架(1)连接，另一端通过转动副(R3)与双臂摇杆(4)连接；辅助驱动杆(3)的一端通过转动副(R2)与机架(1)连接，另一端通过转动副(R4)与双臂摇杆(4)连接；从动杆组由从动杆一(5)和从动杆二(6)组成，从动杆一(5)的一端通过虎克铰(U1)与双臂摇杆(4)连接，另一端通过虎克铰(U3)与动平台(7)连接，从动杆二(6)的一端通过虎克铰(U2)与双臂摇杆(4)连接，另一端通过虎克铰(U4)与动平台(7)连接；所述机架(1)、驱动杆(2)、辅助驱动杆(3)和双臂摇杆(4)及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述双臂摇杆(4)、从动杆一(5)、从动杆二(6)和动平台(7)及连接它们的虎克铰构成一个平行四边形机构。
图4为双臂摇杆(4)连接部位局部放大图。
实施例3
本实施例结构如图5所示，与实施例1类似，机架与动平台之间同样连接有结构完全相同的第一、第二、第三分支(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)。本实施例与实施例1不同的是：该实施例在机架与动平台之间增加了一个RUPUR(R为转动副，U为虎克铰，P为移动副)分支，即第四分支(Ⅳ)，该分支为末端执行器(12)提供了一个绕动平台法向的转动，使得该机构的实际应用范围更加广泛。所述第四分支(Ⅳ)具体结构为：从机架(1)到动平台(8)，主传动轴(9)的一端通过转动驱动副(R7)与机架(1)连接，另一端通过虎克铰(U5)与中间传动轴一(10)连接；中间传动轴二(11)的一端通过移动副(P1)与中间传动轴一(10)连接，另一端通过虎克铰(U6)与夹持器(12)的一端连接，夹持器(12)的另一端穿过动平台(8)，通过转动副(R8)与动平台(8)连接。
实施例4
本实施例结构如图6所示，与实施例2类似，机架与动平台之间同样连接有结构完全相同的第一、第二、第三分支(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)。本实施例与实施例2不同的是：该实施例在机架与动平台之间增加了一个RUPUR分支，即第四分支(Ⅳ)，该分支为末端执行器(11)提供了一个绕动平台法向的转动，使得该机构的实际应用范围更加广泛。所述第四分支(Ⅳ)具体结构为：从机架(1)到动平台(7)，主传动轴(8)的一端通过转动驱动副(R5)与机架(1)连接，另一端通过虎克铰(U5)与中间传动轴一(9)连接；中间传动轴二(10)的一端通过移动副(P1)与中间传动轴一(9)连接，另一端通过虎克铰(U6)与夹持器(11)的一端连接，夹持器(11)的另一端穿过动平台，通过转动副(R6)与动平台(7)连接。

Claims (2)

1.一种三自由度重载平动搬运机器人机构，包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的具有相同结构的第一、第二、第三分支；其特征在于从机架到动平台，依次连接有驱动杆和辅助驱动杆组、双臂摇杆、从动杆组；所述第一、第二、第三分支中，驱动杆的一端通过转动驱动副与机架连接，另一端通过转动副与双臂摇杆连接；辅助驱动杆组由辅助驱动杆一和辅助驱动杆二组成，辅助驱动杆一的一端通过转动副与机架连接，另一端通过转动副与双臂摇杆连接，辅助驱动杆二的一端通过转动副与机架连接，另一端通过转动副与双臂摇杆连接；从动杆组由从动杆一和从动杆二组成，从动杆一的一端通过虎克铰与双臂摇杆连接，另一端通过虎克铰与动平台连接，从动杆二的一端通过虎克铰与双臂摇杆连接，另一端通过虎克铰与动平台连接；所述机架、驱动杆、辅助驱动杆一、双臂摇杆及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述机架、驱动杆、辅助驱动杆二、双臂摇杆及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述机架、辅助驱动杆一、辅助驱动杆二、双臂摇杆及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述双臂摇杆、从动杆一、从动杆二、动平台及连接它们的虎克铰构成一个平行四边形机构。
2.一种三自由度重载平动搬运机器人机构，包括机架、动平台以及并联连接在机架与动平台之间的具有相同结构的第一、第二、第三分支；其特征在于从机架到动平台，依次连接有驱动杆和辅助驱动杆、双臂摇杆、从动杆组；所述第一、第二、第三分支中，驱动杆的一端通过转动驱动副与机架连接，另一端通过转动副与双臂摇杆连接；辅助驱动杆的一端通过转动副与机架连接，另一端通过转动副与双臂摇杆连接；从动杆组由从动杆一和从动杆二组成，从动杆一的一端通过虎克铰与双臂摇杆连接，另一端通过虎克铰与动平台连接，从动杆二的一端通过虎克铰与双臂摇杆连接，另一端通过虎克铰与动平台连接；所述机架、驱动杆、辅助驱动杆和双臂摇杆及连接它们的转动副构成一个平行四边形机构；所述双臂摇杆、从动杆一、从动杆二和动平台及连接它们的虎克铰构成一个平行四边形机构。
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