CN106363609B - 一种过约束四自由度高速并联机器人机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过约束四自由度高速并联机器人机构，包括固定架、动平台、布置在所述固定架与动平台之间的第一、第二、第三和第四支链；所述四条支链均包括近架杆、远架杆，所述第二支链和第四支链还包括转动叉，所述转动叉与固定架转动连接，所述近架杆的一端与固定架或转动叉连接，另一端与远架杆连接，所述远架杆与动平台连接。本发明的过约束自由度高速并联机器人机构结构简单紧凑，且其中两条支链采用过约束结构，有利于提高机构的刚度。

Description

一种过约束四自由度高速并联机器人机构

技术领域

本发明涉及一种机器人机构，特别是一种过约束四自由度高速并联机器人机构。

背景技术

高速并联机器人机构因末端可实现高的速度和加速度，且可满足空间物体的搬运等操作，已被广泛应用于食品医药、现代物流、电子信息等领域自动化生产线高速轻载搬运作业。

专利号为US20090019960A1的美国专利公开了一种带四个自由度的高速并联机器人，专利号为EP1084802B1欧洲专利公开了一种四自由度并联机器人，通过对这两件专利分析可知，现有的可实现三维平动一维转动的并联机构，包括四个主动支链和一个动平台，每条支链包括近架杆和远架杆两部分。其中近架杆一端相对于固定机架仅具有一个移动或转动自由度，另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与远架杆的一端连接；远架杆另一端通过仅具有两个回转自由度的铰链与动平台连接，从而保证机构的平动；动平台由四个部件组成，其中两个部件需相互平行，另外两个部件与前述两个相互平行的部件通过转动铰链连接，通过部件之间的相互转动可实现绕垂直于动平台的轴线的转动自由度，同时配以相应的放大机构可扩大转角范围。但是上述机构的刚度不强，快速能力差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过约束四自由度高速并联机器人机构，以期提高机构的刚度，提高其快速能力。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种过约束四自由度高速并联机器人机构，包括固定架、动平台、以及连接固定架与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，所述动平台包括主平台和副平台，所述主平台和副平台转动连接；所述第一支链和第三支链与主平台相连，所述第二支链和第四支链和副平台相连；所述第一支链和第三支链结构完全相同且相对设置，所述第二支链和第四支链结构完全相同且相对设置；

所述第一支链包括第一驱动装置、第一近架杆、第一上连接轴、两根平行且等长的第一远架杆和第一下连接轴；所述第一驱动装置与固定架固接，所述第一近架杆的一端与固定架转动连接，且与第一驱动装置的驱动端固接，第一近架杆在第一驱动装置的驱动下转动，第一近架杆的另一端与第一上连接轴固接；所述两根第一远架杆的一端均与第一上连接轴球铰接，另一端均与固接在动平台上的第一下连接轴球铰接；

所述第二支链包括第二转动叉、第二驱动装置、第二近架杆、第二辅助近架杆、第二连接架、第二上连接轴、两个平行且等长的第二远架杆、第二辅助远架杆、第二支撑杆和第二下连接轴；所述第二转动叉与固定架转动连接所述第二驱动装置与第二转动叉固接，所述第二近架杆的一端与第二转动叉转动连接，且与第二驱动装置的驱动端固接，第二近架杆的另一端与第二连接架转动连接，所述第二辅助近架杆一端与第二转动叉转动连接，所述第二辅助近架杆的另一端与第二连接架转动连接，所述第二近架杆和第二辅助近架杆平行且等长，所述第二近架杆、第二辅助近架杆、第二连接架和第二转动叉构成平行四边形机构，所述第二上连接轴与第二近架杆连接，所述第二上连接轴的所在轴线与连接所述第二近架杆和第二连接架的转动轴线同轴，所述两个平行且等长的第二远架杆的一端与第二上连接轴转动连接，所述两个平行且等长的第二远架杆的另一端与第二下连接轴转动连接，所述第二下连接轴与动平台连接，所述两个平行且等长的第二远架杆之间固接有第二支撑杆；所述第二辅助远架杆的一端与第二连接架转动连接，另一端与动平台转动连接；所述第二辅助远架杆和第二远架杆平行且等长，所述第二辅助远架杆、第二远架杆、第二连接架和动平台构成平行四边形机构；

连接所述第二转动叉和支撑平台固定架的转动轴线与连接所述第二近架杆和第二转动叉的转动轴线垂直相交。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的过约束自由度高速并联机器人机构结构简单紧凑，且其中两条支链采用过约束结构，有利于提高机构的刚度。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中动平台的结构示意图。

图中编号所代表的含义为：

1、固定架，2、主平台，3、副平台，11、第一驱动装置，12、第一近架杆，13、第一上连接轴，14、第一远架杆，15、第一下连接轴，21、第二转动叉，22、第二驱动装置，23、第二近架杆，24、第二辅助近架杆，25、第二连接架，26、第二上连接轴，27、第二远架杆，28、第二支撑杆，29、第二辅助远架杆，210、第二下连接轴，35、第三下连接轴，410、第四下连接轴。

具体实施方式

本发明的一种过约束四自由度高速并联机器人机构，包括固定架1、动平台、以及连接固定架1与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，所述动平台包括主平台2和副平台3，所述主平台2和副平台3转动连接；所述第一支链和第三支链与主平台2相连，所述第二支链和第四支链和副平台3相连；所述第一支链和第三支链结构完全相同且相对设置，所述第二支链和第四支链结构完全相同且相对设置；

所述第一支链包括第一驱动装置11、第一近架杆12、第一上连接轴13、两根平行且等长的第一远架杆14和第一下连接轴15；所述第一驱动装置11与固定架1固接，所述第一近架杆12的一端与固定架1转动连接，且与第一驱动装置11的驱动端固接，第一近架杆12在第一驱动装置11的驱动下转动，第一近架杆12的另一端与第一上连接轴13固接；所述两根第一远架杆14的一端均与第一上连接轴13球铰接，另一端均与固接在动平台上的第一下连接轴15球铰接；

所述第三支链包括第三驱动装置、第三近架杆、第三上连接轴、两根平行且等长的第三远架杆和第三下连接轴35；所述第三驱动装置与固定架1固接，所述第三近架杆的一端与固定架1转动连接，且与第三驱动装置的驱动端固接，第三近架杆的另一端与第三上连接轴固接；所述两根第三远架杆一端均与所述第三上连接轴球铰接，另一端均与固接在所述动平台上的第三下连接轴35球铰接；

所述第二支链包括第二转动叉21、第二驱动装置22、第二近架杆23、第二辅助近架杆24、第二连接架25、第二上连接轴26、两个平行且等长的第二远架杆27、第二辅助远架杆28、第二支撑杆29和第二下连接轴210；所述第二转动叉21与固定架1转动连接，所述第二驱动装置22与第二转动叉21固接，所述第二近架杆23的一端与第二转动叉21转动连接，且与第二驱动装置22的驱动端固接，第二近架杆23的另一端与第二连接架25转动连接，所述第二辅助近架杆24一端与第二转动叉21转动连接，所述第二辅助近架杆24的另一端与第二连接架25转动连接，所述第二近架杆23和第二辅助近架杆24平行且等长，所述第二近架杆23、第二辅助近架杆24、第二连接架25和第二转动叉21构成平行四边形机构，所述第二上连接轴26与第二近架杆24连接，所述第二上连接轴26的所在轴线与连接所述第二近架杆23和第二连接架25的转动轴线同轴，所述两个平行且等长的第二远架杆27的一端与第二上连接轴26转动连接，所述两个平行且等长的第二远架杆27的另一端与第二下连接轴210转动连接，所述第二下连接轴210与动平台连接，所述两个平行且等长的第二远架杆27之间固接有第二支撑杆28；所述第二辅助远架杆29的一端与第二连接架25转动连接，另一端与动平台转动连接；所述第二辅助远架杆29和第二远架杆27平行且等长，所述第二辅助远架杆29、第二远架杆27、第二连接架25和动平台构成平行四边形机构；

连接所述第二转动叉21和支撑平台固定架1的转动轴线与连接所述第二近架杆23和第二转动叉21的转动轴线垂直相交；

所述第四支链包括第四转动叉、第四驱动装置、第四近架杆、第四辅助近架杆、第四连接架、第四上连接轴、两个平行且等长的第四远架杆、第四辅助远架杆、第四支撑杆和第四下连接轴410；所述转动叉与固定架转动连接，所述第四驱动装置与转动叉固接，所述第四近架杆的一端与转动叉转动连接，且与第四驱动装置的驱动端固接，第四近架杆的另一端与第四连接架转动连接，所述第四辅助近架杆一端与转动叉转动连接，所述第四辅助近架杆的另一端与第四连接架转动连接，所述第四近架杆和第四辅助近架杆平行且等长，所述第四近架杆、第四辅助近架杆、第四连接架和转动叉构成平行四边形机构，所述第四上连接轴与第四近架杆连接，所述第四上连接轴的所在轴线与连接所述第四近架杆和第四连接架的转动轴线同轴，所述两个平行且等长的第四远架杆的一端与第四上连接轴转动连接，所述两个平行且等长的第四远架杆的另一端与第四下连接轴410转动连接，所述第四下连接轴410与动平台连接，所述两个平行且等长的第四远架杆之间固接有第四支撑杆；所述第四辅助远架杆的一端与第四连接架转动连接，另一端与动平台转动连接；所述第四辅助远架杆和第四远架杆平行且等长，所述第四辅助远架杆、第四远架杆、第四连接架和动平台构成平行四边形机构；

连接所述第四转动叉和支撑平台固定架1的转动轴线与连接所述第四近架杆和第四转动叉的转动轴线垂直相交。

所述主平台2和副平台3转动连接的轴线与第一下连接轴15所在轴线相互平行，第一下连接轴15与第三下连接轴35相互平行。

所述第二下连接轴210与第四下连接轴410相互平行，第二下连接轴210与第一下连接轴15相互垂直。

所述第二上连接轴26与第二近架杆24固接，所述第二下连接轴210与动平台固接，所述第四上连接轴与第四近架杆固接，第四下连接轴410与动平台固接。

或者，所述第二上连接轴26与第二近架杆24转动连接，所述第二下连接轴210与动平台转动连接，所述第四上连接轴与第四近架杆转动连接，第四下连接轴410与动平台转动连接。

本发明的过约束自由度高速并联机器人机构结构简单紧凑，且其中两条支链采用过约束结构，有利于提高机构的刚度。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：

实施例

结合附图1-2，一种过约束四自由度高速并联机器人机构，包括固定架1、动平台、以及连接固定架1与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，

所述动平台包含主平台2和副平台3，所述主平台2和副平台3转动连接；所述第一支链和第三支链与主平台2相连，所述第二支链和第四支链和副平台3相连；

所述第一支链和第三支链结构完全相同，所述第二支链和第四支链结构完全相同；

所述第一支链包括第一驱动装置11、第一近架杆12、第一上连接轴13、两个平行且等长的第一远架杆14和第一下连接轴15；所述第一驱动装置11与固定架1固接，所述第一近架杆12的一端与固定架1转动连接，且与第一驱动装置11的驱动端固接，第一近架杆12的另一端与第一上连接轴13固接；所述第一远架杆14一端与所述第一上连接轴13球铰接，另一端与固接在所述动平台上的第一下连接轴15球铰接；

所述第三支链包括第三驱动装置、第三近架杆、第三上连接轴、两个平行且等长的第三远架杆和第三下连接轴35；所述第三驱动装置与固定架1固接，所述第三近架杆的一端与固定架1转动连接，且与第三驱动装置的驱动端固接，第三近架杆的另一端与第三上连接轴固接；所述第三远架杆一端与所述第三上连接轴球铰接，另一端与固接在所述动平台上的第三下连接轴35球铰接；

所述第二支链包括第二转动叉21、第二驱动装置22、第二近架杆23、第二辅助近架杆24、第二连接架25、第二上连接轴26、两个平行且等长的第二远架杆27、第二辅助远架杆28、支撑杆29和第二下连接轴210；所述转动叉21与固定架1转动连接所述第二驱动装置22与转动叉21固接，所述第二近架杆23的一端与转动叉21转动连接，且与第二驱动装置22的驱动端固接，第二近架杆23的另一端与第二连接架25转动连接，所述第二辅助近架杆24一端与转动叉21转动连接，所述第二辅助近架杆24的另一端与第二连接架25转动连接，所述第二近架杆23和第二辅助近架杆24平行且等长，所述第二近架杆23、第二辅助近架杆24、第二连接架25和转动叉21构成平行四边形机构，所述第二上连接轴26与第二近架杆24固接或转动连接，所述第二上连接轴26的所在轴线与连接所述第二近架杆23和第二连接架25的转动轴线同轴，所述两个平行且等长的第二远架杆27的一端与第二上连接轴26转动连接，所述两个平行且等长的第二远架杆27的另一端与第二下连接轴210转动连接，所述第二下连接轴210与动平台固接或转动连接，所述两个平行且等长的第二远架杆27之间固接有支撑杆28；所述第二辅助远架杆29的一端与第二连接架25转动连接，另一端与动平台转动连接；所述第二辅助远架杆29和第二远架杆27平行且等长，所述第二辅助远架杆29、第二远架杆27、第二连接架25和动平台构成平行四边形机构。

连接所述第二转动叉21和支撑平台固定架1的转动轴线与连接所述第二近架杆23和第二转动叉21的转动轴线垂直相交。

所述第四支链包括第四转动叉、第四驱动装置、第四近架杆、第四辅助近架杆、第四连接架、第四上连接轴、两个平行且等长的第四远架杆、第四辅助远架杆、支撑杆和第四下连接轴410；所述转动叉与固定架1转动连接所述第四驱动装置与转动叉固接，所述第四近架杆的一端与转动叉转动连接，且与第四驱动装置的驱动端固接，第四近架杆的另一端与第四连接架转动连接，所述第四辅助近架杆一端与转动叉转动连接，所述第四辅助近架杆的另一端与第四连接架转动连接，所述第四近架杆和第四辅助近架杆平行且等长，所述第四近架杆、第四辅助近架杆、第四连接架和转动叉构成平行四边形机构，所述第四上连接轴与第四近架杆固接或转动连接，所述第四上连接轴的所在轴线与连接所述第四近架杆和第四连接架的转动轴线同轴，所述两个平行且等长的第四远架杆的一端与第四上连接轴转动连接，所述两个平行且等长的第四远架杆的另一端与第四下连接轴410转动连接，所述第四下连接轴410与动平台固接或转动连接，所述两个平行且等长的第四远架杆之间固接有支撑杆；所述第四辅助远架杆的一端与第四连接架转动连接，另一端与动平台转动连接；所述第四辅助远架杆和第四远架杆平行且等长，所述第四辅助远架杆、第四远架杆、第四连接架和动平台构成平行四边形机构。

连接所述第四转动叉和支撑平台固定架1的转动轴线与连接所述第四近架杆和第四转动叉的转动轴线垂直相交。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种过约束四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，包括固定架[1]、动平台、以及连接固定架[1]与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，所述动平台包括主平台[2]和副平台[3]，所述主平台[2]和副平台[3]转动连接；所述第一支链和第三支链与主平台[2]相连，所述第二支链和第四支链和副平台[3]相连；所述第一支链和第三支链结构完全相同且相对设置，所述第二支链和第四支链结构完全相同且相对设置；

所述第一支链包括第一驱动装置[11]、第一近架杆[12]、第一上连接轴[13]、两根平行且等长的第一远架杆[14]和第一下连接轴[15]；所述第一驱动装置[11]与固定架[1]固接，所述第一近架杆[12]的一端与固定架[1]转动连接，且与第一驱动装置[11]的驱动端固接，第一近架杆[12]在第一驱动装置[11]的驱动下转动，第一近架杆[12]的另一端与第一上连接轴[13]固接；所述两根第一远架杆[14]的一端均与第一上连接轴[13]球铰接，另一端均与固接在动平台上的第一下连接轴[15]球铰接；

所述第三支链包括第三驱动装置、第三近架杆、第三上连接轴、两根平行且等长的第三远架杆和第三下连接轴[35]；所述第三驱动装置与固定架[1]固接，所述第三近架杆的一端与固定架[1]转动连接，且与第三驱动装置的驱动端固接，第三近架杆的另一端与第三上连接轴固接；所述两根第三远架杆一端均与所述第三上连接轴球铰接，另一端均与固接在所述动平台上的第三下连接轴[35]球铰接；

所述第二支链包括第二转动叉[21]、第二驱动装置[22]、第二近架杆[23]、第二辅助近架杆[24]、第二连接架[25]、第二上连接轴[26]、两个平行且等长的第二远架杆[27]、第二辅助远架杆[28]、第二支撑杆[29]和第二下连接轴[210]；所述第二转动叉[21]与固定架[1]转动连接，所述第二驱动装置[22]与第二转动叉[21]固接，所述第二近架杆[23]的一端与第二转动叉[21]转动连接，且与第二驱动装置[22]的驱动端固接，第二近架杆[23]的另一端与第二连接架[25]转动连接，所述第二辅助近架杆[24]一端与第二转动叉[21]转动连接，所述第二辅助近架杆[24]的另一端与第二连接架[25]转动连接，所述第二近架杆[23]和第二辅助近架杆[24]平行且等长，所述第二近架杆[23]、第二辅助近架杆[24]、第二连接架[25]和第二转动叉[21]构成平行四边形机构，所述第二上连接轴[26]与第二近架杆[24]连接，所述第二上连接轴[26]的所在轴线与连接所述第二近架杆[23]和第二连接架[25]的转动轴线同轴，所述两个平行且等长的第二远架杆[27]的一端与第二上连接轴[26]转动连接，所述两个平行且等长的第二远架杆[27]的另一端与第二下连接轴[210]转动连接，所述第二下连接轴[210]与动平台连接，所述两个平行且等长的第二远架杆[27]之间固接有第二支撑杆[28]；所述第二辅助远架杆[29]的一端与第二连接架[25]转动连接，另一端与动平台转动连接；所述第二辅助远架杆[29]和第二远架杆[27]平行且等长，所述第二辅助远架杆[29]、第二远架杆[27]、第二连接架[25]和动平台构成平行四边形机构；

连接所述第二转动叉[21]和支撑平台固定架[1]的转动轴线与连接所述第二近架杆[23]和第二转动叉[21]的转动轴线垂直相交；

所述第四支链包括第四转动叉、第四驱动装置、第四近架杆、第四辅助近架杆、第四连接架、第四上连接轴、两个平行且等长的第四远架杆、第四辅助远架杆、第四支撑杆和第四下连接轴[410]；所述转动叉与固定架转动连接，所述第四驱动装置与转动叉固接，所述第四近架杆的一端与转动叉转动连接，且与第四驱动装置的驱动端固接，第四近架杆的另一端与第四连接架转动连接，所述第四辅助近架杆一端与转动叉转动连接，所述第四辅助近架杆的另一端与第四连接架转动连接，所述第四近架杆和第四辅助近架杆平行且等长，所述第四近架杆、第四辅助近架杆、第四连接架和转动叉构成平行四边形机构，所述第四上连接轴与第四近架杆连接，所述第四上连接轴的所在轴线与连接所述第四近架杆和第四连接架的转动轴线同轴，所述两个平行且等长的第四远架杆的一端与第四上连接轴转动连接，所述两个平行且等长的第四远架杆的另一端与第四下连接轴[410]转动连接，所述第四下连接轴[410]与动平台连接，所述两个平行且等长的第四远架杆之间固接有第四支撑杆；所述第四辅助远架杆的一端与第四连接架转动连接，另一端与动平台转动连接；所述第四辅助远架杆和第四远架杆平行且等长，所述第四辅助远架杆、第四远架杆、第四连接架和动平台构成平行四边形机构；

连接所述第四转动叉和支撑平台固定架[1]的转动轴线与连接所述第四近架杆和第四转动叉的转动轴线垂直相交。

2.根据权利要求1所述的过约束四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述主平台[2]和副平台[3]转动连接的轴线与第一下连接轴[15]所在轴线相互平行，第一下连接轴[15]与第三下连接轴[35]相互平行。

3.根据权利要求1或2所述的过约束四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述第二下连接轴[210]与第四下连接轴[410]相互平行，第二下连接轴[210]与第一下连接轴[15]相互垂直。

4.根据权利要求1所述的过约束四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述第二上连接轴[26]与第二近架杆[24]固接，所述第二下连接轴[210]与动平台固接，所述第四上连接轴与第四近架杆固接，第四下连接轴[410]与动平台固接。

5.根据权利要求1所述的过约束四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述第二上连接轴[26]与第二近架杆[24]转动连接，所述第二下连接轴[210]与动平台转动连接，所述第四上连接轴与第四近架杆转动连接，第四下连接轴[410]与动平台转动连接。