CN110653798A

CN110653798A - 一种三分支三移两转非过约束并联机器人

Info

Publication number: CN110653798A
Application number: CN201910912981.XA
Authority: CN
Inventors: 曹文熬; 杨训; 李坤
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2020-01-07

Abstract

本发明公开一种三分支三移两转非过约束并联机器人，包括机架、动平台以及并联在机架与动平台之间的具有相同结构且通过双电机驱动的第一分支、第二分支以及通过单电机驱动的第三分支；所述第一分支和第二分支从机架到动平台依次为平行四边形耦合驱动组件、第六转动副、从动杆一、第七转动副、虎克铰组件；所述第三分支从机架到动平台依次为驱动电机三、第三胀紧套部件、驱动杆三、4S平行四边形组件、第九转动副。其优点在于：采用三分支并联的结构实现五自由度，相对于目前所出现的五分支并联实现五自由度的机器人机构，分支减少、成本降低、结构简单、干涉少，而且该机器人刚度大、承载能力强、精度高、运动惯性小、动力性能好、易控制。

Description

一种三分支三移两转非过约束并联机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种三分支三移两转非过约束并联机器人。

背景技术

并联机器人在上世纪90年代才真正引起广泛注意，具有刚度高、速度快、柔性强、重量轻等优点，与串联机器人一起构成工业机器人的重要部分。在食品、医药、电子等轻工业中应用最为广泛，在物料的搬运、包装、分拣等方面有着无可比拟的优势。随着并联机器人在市场中的应用日益从广泛，已成为工业机器人需求增长的新生力量。

现有文献中，公开号为CN107553471A的发明专利公开了含双复合等效球副五自由度并联机器人，公开号为CN105598947A的发明专利公开了一种三维平动二维转动的五自由度并联机器人机构，公开号为CN105437217A的发明专利公开了4PSS+1PRPU型五自由度并联机器人，公开号为CN105033988A的发明专利公开了一种两维转动三维移动五自由度并联机器人机构，公开号为CN104608130A的发明专利公开了一种3SPS+2SPR+R型五自由度并联机构，公开号为CN103085059A的发明专利公开了一转四移驱动五自由度并联机器人，公开号为CN102554919A的发明专利公开了含双复合等效球副五自由度并联机器人，公开号为CN101693366A的发明专利公开了一种五自由度并联机器人机构，公开号为CN101513736的发明专利公开了无奇异性空间五自由度并联机器人，公开号为CN101491899的发明专利公开了五自由度并联机器人机构，公开号为CN1772443A的发明专利公开了一种三维平动二维转动的五自由度并联机器人机构，公开号为CN1546287A的发明专利公开了一种空间五自由度并联机器人机构，以上专利中所涉及的机构均采用五分支并联的形式实现五自由度，结构复杂、成本增加、运动学参数复杂、容易干涉、不易控制。公开号为CN109352631A的发明专利公开了三分支五自由度并联平台，该发明机构的单一分支所涉及的杆件较多、结构复杂、成本增加、涉及的运动学关系参数也增加、运动学求解复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种三分支三移两转非过约束并联机器人，采用三分支并联的结构实现三维移动两维转动，相对于目前所出现的五分支并联实现五自由度的机器人机构，分支减少、成本降低、干涉少；非过约束机器人加工制造精度要求不高、制造方便、易于装配，且该机器人具有刚度大、承载能力强、精度高、运动惯性小、动力性能好、易控制等优点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三分支三移两转非过约束并联机器人，包括机架、动平台以及并联在机架与动平台之间的具有相同结构且通过双电机驱动的第一分支、第二分支以及通过单电机驱动的第三分支；所述第一分支和第二分支从机架到动平台依次为平行四边形耦合驱动组件、第六转动副、从动杆一、第七转动副、虎克铰组件；所述平行四边形耦合驱动组件与从动杆一通过第六转动副相连，且第六转动副的轴线与从动杆一的中心线垂直；所述从动杆一与虎克铰组件通过第七转动副相连，且第七转动副的轴线与从动杆一的中心线重合；所述虎克铰组件布置在动平台上；所述第七转动副的轴线经过虎克铰组件的几何中心；所述虎克铰组件靠近动平台的转动副的轴线与动平台所在平面垂直、平行或斜交；所述平行四边形耦合驱动组件包括驱动电机一、第一胀紧套部件、驱动杆一、驱动电机二、第二胀紧套部件、驱动杆二、第三转动副、第四转动副、辅助驱动杆、第五转动副、平行杆；所述驱动杆一与驱动电机一通过第一胀紧套部件固连，驱动杆二与驱动电机二通过第二胀紧套部件固连，辅助驱动杆与驱动杆一通过第三转动副相连，平行杆与驱动杆二通过第五转动副相连，辅助驱动杆与平行杆通过第四转动副相连；所述驱动电机一的轴线与驱动电机二的轴线重合；所述驱动电机一的轴线、驱动电机二的轴线、第三转动副的轴线、第四转动副的轴线和第五转动副的轴线互相平行；所述第六转动副的轴线与平行四边形耦合驱动组件各关节的转动轴线垂直；所述第三分支从机架到动平台依次为驱动电机三、第三胀紧套部件、驱动杆三、4S平行四边形组件、第九转动副；所述4S平行四边形组件包括球副连接杆、连杆一、连杆二、T型连接杆、第一球副、第二球副、第三球副、第四球副；所述驱动杆三的一端与驱动电机三通过第三胀紧套部件固连，驱动杆三的另一端与球副连接杆上端固连，球副连接杆下端两侧分别通过第一球副、第二球副与连杆一、连杆二的一端相连，连杆一、连杆二的另一端分别通过第三球副、第四球副与T型连接杆上端两侧相连，T型连接杆下端与动平台通过第九转动副相连；所述第九转动副的轴线与动平台所在平面垂直。

本发明的有益效果为：

将电机固定在机架上，减轻了各分支与动平台的重量、降低了惯性；采用三分支并联的结构实现三移两转五自由度，相对于目前所出现的五分支并联实现五自由度的机器人机构减少了分支、成本降低、结构简单、干涉少；非过约束系统零件加工制造简单、精度要求不高、容易装配；每单一分支涉及的杆件较少，且这些杆件与它们连接的运动副构成驱动平行四边形，使杆保持平行，机构稳定性好、结构紧凑、便于驱动和容易控制。

附图说明

附图1为本发明并联机器人的结构示意图；

附图2为本发明平行四边形耦合驱动组件的结构示意图。

标注说明：1、机架，2、驱动杆一，3、驱动杆二，4、辅助驱动杆，5、平行杆，6、从动杆一，7、驱动杆三，8、球副连接杆，9、连杆一，10、连杆二，11、T型连接杆，12、动平台，Ⅰ、第一分支，Ⅱ、第二分支，Ⅲ、第三分支，M1、驱动电机一，M2、驱动电机二，M3、驱动电机三，R1、第一胀紧套部件，R2、第二胀紧套部件，R3、第三转动副，R4、第四转动副，R5、第五转动副，R6、第六转动副，R7、第七转动副，R8、第三胀紧套部件，R9、第九转动副，U1、虎克铰组件，S1、第一球副，S2、第二球副，S3、第三球副，S4、第四球副。

具体实施方式

请参阅图1-2所示，一种三分支三移两转非过约束并联机器人，包括机架1、动平台12以及并联在机架1与动平台12之间的具有相同结构且通过双电机驱动的第一分支Ⅰ、第二分支Ⅱ以及通过单电机驱动的第三分支Ⅲ；所述第一分支Ⅰ和第二分支Ⅱ从机架1到动平台12依次为平行四边形耦合驱动组件、第六转动副R6、从动杆一6、第七转动副R7、虎克铰组件U1；所述平行四边形耦合驱动组件与从动杆一6通过第六转动副R6相连，且第六转动副R6的轴线与从动杆一6的中心线垂直；所述从动杆一6与虎克铰组件U1通过第七转动副R7相连，且第七转动副R7的轴线与从动杆一6的中心线重合；所述虎克铰组件U1布置在动平台12上；所述第七转动副R7的轴线经过虎克铰组件U1的几何中心；所述虎克铰组件U1靠近动平台12的转动副的轴线与动平台12所在平面垂直、平行或斜交，图1所示虎克铰组件U1靠近动平台12的转动副的轴线与动平台12所在平面垂直；所述平行四边形耦合驱动组件包括驱动电机一M1、第一胀紧套部件R1、驱动杆一2、驱动电机二M2、第二胀紧套部件R2、驱动杆二3、第三转动副R3、第四转动副R4、辅助驱动杆4、第五转动副R5、平行杆5；所述驱动杆一2与驱动电机一M1通过第一胀紧套部件R1固连，驱动杆二3与驱动电机二M2通过第二胀紧套部件R2固连，辅助驱动杆4与驱动杆一2通过第三转动副R3相连，平行杆5与驱动杆二3通过第五转动副R5相连，辅助驱动杆4与平行杆5通过第四转动副R4相连；所述驱动电机一M1的轴线与驱动电机二M2的轴线重合；所述驱动电机一M1的轴线、驱动电机二M2的轴线、第三转动副R3的轴线、第四转动副R4的轴线和第五转动副R5的轴线互相平行；所述第六转动副R6的轴线与平行四边形耦合驱动组件各关节的转动轴线垂直；所述第三分支Ⅲ从机架1到动平台12依次为驱动电机三M3、第三胀紧套部件R8、驱动杆三7、4S平行四边形组件、第九转动副R9；所述4S平行四边形组件包括球副连接杆8、连杆一9、连杆二10、T型连接杆11、第一球副S1、第二球副S2、第三球副S3、第四球副S4；所述驱动杆三7的一端与驱动电机三M3通过第三胀紧套部件R8固连，驱动杆三7的另一端与球副连接杆8上端固连，球副连接杆8下端两侧分别通过第一球副S1、第二球副S2与连杆一9、连杆二10的一端相连，连杆一9、连杆二10的另一端分别通过第三球副S3、第四球副S4与T型连接杆11上端两侧相连，T型连接杆11下端与动平台12通过第九转动副R9相连；所述第九转动副R9的轴线与动平台12所在平面垂直。

当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种三分支三移两转非过约束并联机器人，其特征在于：包括机架、动平台以及并联在机架与动平台之间的具有相同结构且通过双电机驱动的第一分支、第二分支以及通过单电机驱动的第三分支；所述第一分支和第二分支从机架到动平台依次为平行四边形耦合驱动组件、第六转动副、从动杆一、第七转动副、虎克铰组件；所述平行四边形耦合驱动组件与从动杆一通过第六转动副相连，且第六转动副的轴线与从动杆一的中心线垂直；所述从动杆一与虎克铰组件通过第七转动副相连，且第七转动副的轴线与从动杆一的中心线重合；所述虎克铰组件布置在动平台上；所述第七转动副的轴线经过虎克铰组件的几何中心；所述虎克铰组件靠近动平台的转动副的轴线与动平台所在平面垂直、平行或斜交；所述平行四边形耦合驱动组件包括驱动电机一、第一胀紧套部件、驱动杆一、驱动电机二、第二胀紧套部件、驱动杆二、第三转动副、第四转动副、辅助驱动杆、第五转动副、平行杆；所述驱动杆一与驱动电机一通过第一胀紧套部件固连，驱动杆二与驱动电机二通过第二胀紧套部件固连，辅助驱动杆与驱动杆一通过第三转动副相连，平行杆与驱动杆二通过第五转动副相连，辅助驱动杆与平行杆通过第四转动副相连；所述驱动电机一的轴线与驱动电机二的轴线重合；所述驱动电机一的轴线、驱动电机二的轴线、第三转动副的轴线、第四转动副的轴线和第五转动副的轴线互相平行；所述第六转动副的轴线与平行四边形耦合驱动组件各关节的转动轴线垂直；所述第三分支从机架到动平台依次为驱动电机三、第三胀紧套部件、驱动杆三、4S平行四边形组件、第九转动副；所述4S平行四边形组件包括球副连接杆、连杆一、连杆二、T型连接杆、第一球副、第二球副、第三球副、第四球副；所述驱动杆三的一端与驱动电机三通过第三胀紧套部件固连，驱动杆三的另一端与球副连接杆上端固连，球副连接杆下端两侧分别通过第一球副、第二球副与连杆一、连杆二的一端相连，连杆一、连杆二的另一端分别通过第三球副、第四球副与T型连接杆上端两侧相连，T型连接杆下端与动平台通过第九转动副相连；所述第九转动副的轴线与动平台所在平面垂直。