CN110815184A - 一种四自由度高速并联机器人机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四自由度高速并联机器人机构，包括静平台、动平台、并联在静平台和动平台之间的四条支链、末端执行器、滑动导向机构、运动变换机构；所述末端执行器通过转动副与动平台相连；每条支链均包括主动臂、从动臂组件和导向块，并依次连接；导向块与动平台和末端执行器之间设有滑动导向机构和运动变换机构；所述滑动导向机构用于对运动变换机构的运动进行限位，使得其中一个导向块可相对末端执行器平动；所述运动变换机构用于将一个导向块相对末端执行器的平动转换为末端执行器的转动。本发明可实现机构末端执行器的三平移一转动运行。

Description

一种四自由度高速并联机器人机构

技术领域

本发明属于工业机器人领域，特别是一种四自由度高速并联机器人机构。

背景技术

在食品、轻工和医药等行业中，通常需要以很高的速度完成诸如分检、封装、包装、插装等操作，相应的操作对象一般具有体积小、重量轻的特征。四自由度高速并联机器人装备具有高速，高动态特性的特点，非常适合这类操作场景，所以被广泛应该在这些行业中。

现有专利CN103753521A、CN107962551A均可实现三维平动和一维转动的四自由度并联机器人机构，在机构上均包括静平台、动平台以及连接静平台和动平台的四条相同机构的支链。以上机构为了实现机构末端执行器可以绕垂直于动平台平面的轴线转动，在动平台上进行了大量的创新。专利CN102922511A中的通过四个主动驱动的运动副驱动动平台运动，实现空间内的三维平动运动和一维转动运动，该机构具有单平台结构，结构简洁，运动学相对简单。在实际的应用中，该专利机构受杆件的物理尺度的影响，在工作空间的边缘部分，其转动能力将会急剧地减小。专利CN107962551A为一种三四自由度两用并联机器人，该机器人通过四条相同结构的支链连接静平台和定平台，该机构具有三平动三自由度以及三平一转四自由度两种运动模式，使高速并联机构运动模式不再单一化，但是机构的只有一个动平台，不能借助放大机构提高机构的转角能力，所以末端执行器的转动范围较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四自由度高速并联机器人机构，以实现机构末端执行器的三平移一转动运行。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种四自由度高速并联机器人机构，包括静平台、动平台、并联在静平台和动平台之间的四条支链、末端执行器，还包括滑动导向机构、运动变换机构；所述末端执行器通过转动副与动平台相连；

每条支链均包括主动臂、从动臂组件和连接块；所述主动臂、从动臂组件和连接块依次相连在静平台和动平台之间；所述从动臂组件包括上连杆、下连杆以及并联连接在上连杆和下连杆之间的两根相同结构的从动杆；所述两根从动杆的两端分别与上连杆和下连杆铰接；所述上连杆与下连杆的长度相等；

所述主动臂一端通过转动副与静平台连接，另一端与从动臂组件中的上连杆相连，所述上连杆轴线与主动臂转动副轴线平行；四个连接块中一个连接块与动平台和末端执行器之间设有滑动导向机构和运动变换机构；所述滑动导向机构用于对该连接块的运动进行限位，使得该连接块可相对动平台平动；所述运动变换机构用于将该连接块相对动平台的平动转换为末端执行器的转动。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明的四自由度并联机器人机构由主动臂的转动驱动动平台的滑块移动，通过运动变换机构将此移动变换为末端执行器的转动，可实现末端执行器的三平移一转动运行，末端执行器比较容易获得较大的转动能力。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图3为本发明实施例3的结构示意图。

图4为本发明实施例4的结构示意图。

图5为实施例1的动平台结构示意图。

图6为实施例2的动平台结构示意图。

图7为实施例3的动平台结构示意图。

图8为实施例4的动平台结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

本发明的一种四自由度高速并联机器人机构，包括静平台1、动平台2、并联在静平台1和动平台2之间的四条支链、末端执行器12、滑动导向机构、运动变换机构；所述末端执行器12通过转动副与动平台2相连；

每条支链均包括主动臂5、从动臂组件8和连接块6；所述主动臂5、从动臂组件8和连接块6依次相连；所述从动臂组件8包括上连杆8b、下连杆8a以及并联连接在上连杆8b和下连杆8a之间的两根相同结构的从动杆8c和8d；所述两根从动杆8c和8d的两端分别与上连杆8b和下连杆8a铰接；所述上连杆8b与下连杆8a的长度相等；

所述主动臂5一端通过转动副与静平台1连接，另一端与从动臂组件8中的上连杆8b相连，所述上连杆8b轴线与主动臂5转动轴线平行；四个连接块6中的第四连接块6d与动平台2和末端执行器12之间设有滑动导向机构和运动变换机构；所述滑动导向机构用于对第四连接块6d的运动进行限位，使得第四连接块6d可相对动平台2平动；所述运动变换机构用于将第四连接块6d相对动平台2的平动转换为末端执行器12的转动。

作为一种实施方式，所述从动臂组件8采用空间4S四边形机构，即所述两根从动杆8c和8d与上连杆8b和下连杆8a之间通过球铰连接；所述主动臂5与上连杆8b之间固连，下连杆8a与连接块6之间固连。

作为另外一种实施方式，所述从动臂组件8采用平面4R平行四边形机构，即所述两根从动杆8c和8d与上连杆8b和下连杆8a之间通过转动副连接，转动副轴线垂直于上连杆8b的轴线；所述主动臂5与上连杆8b之间通过转动副相连，下连杆8a与连接块6之间通过转动副相连。

实施例1

图1、图5为本发明实施例1的结构示意图，本实施例的一种四自由度高速并联机器人机构，包括静平台1、动平台2、电机3、减速箱4、四条相同的杆式支链、滑动导向机构、运动变换机构和末端执行器12。

所述四条杆式支链并联连接在静平台1和动平台2之间，每条杆式支链包括主动臂5、从动臂组件8和连接块6；所述从动臂组件8包括上连杆8b、下连杆8a以及并联连接在上连杆8b和下连杆8a之间的两根相同结构的连接杆8c和8d，两根从连接杆8c和8d两端与上连杆8b、下连杆8a之间均通过四个球铰连接，上连杆8b与下连杆8a的长度相等；所述四个主动臂5一端与静平台1之间通过转动副连接，转动副轴线水平布置，均布在静平台1四周，另一端与上连杆8b中间固定连接，上连杆8b轴线与主动臂5转动副轴线平行且垂直于主动臂5；所述末端执行器12与动平台2之间通过转动副连接，转动副的轴线为垂直方向布置。

所述杆式支链中的下连杆8a与连接块6固定连接，连接点位于下连杆8a的中间位置；所述四个连接块6的相邻两个连接块6之间通过连杆17铰接；其中三个连接块6a、6b和6c上固定有滑块19，滑块19可在动平台2上滑动；所述第四连接块6d与动平台2之间的滑动导向机构包括滑块19、连杆17和导轨16，所述导轨16固定在动平台2之上；所述第四连接块6d上通过螺栓螺母13固接有齿条14；所述齿条14沿导轨16滑动，且与齿轮11啮合；所述齿轮11固接在末端执行器12上端，并通过转动副连接在动平台2上，转动副垂直于动平台2；所述齿条14和齿轮11构成运动变换机构。

实施例2

如图2和图6所示，所述动平台2为十字型动平台，动平台2上设有四个滑槽，四个支链的下连杆8a分别固连在连接块6上，连接点位于下连杆8a的中间位置，所述四个连接块6的相邻两个连接块6之间通过连杆17铰接，且四个连接块6上固定有滑块19，可相对动平台2滑动；所述第四连接块6d上的滑块19一端通过竖直方向的转动副与摆杆18相连，摆杆18另一端通过竖直方向的转动副与曲柄9相连；所述曲柄9固接在末端执行器12上端，并通过转动副连接在动平台2中心处，转动副垂直于动平台2；所述曲柄9和摆杆18构成运动变换机构。

实施例3

如图3和图7所示，其中三个支链的连接块6a、6b和6c通过螺钉10固定在动平台2上；所述滑动导向机构包括导轨16，所述导轨16固定在动平台2之上；所述第四连接块6d上通过螺栓螺母13固接有齿条14；所述齿条14沿导轨16滑动，且与齿轮11啮合；所述齿轮11固接在末端执行器12上端，并通过转动副连接在动平台2上，转动副垂直于动平台2；所述齿条14和齿轮11构成运动变换机构。

实施例4

如图4和图8所示，其中三个支链的连接块6a、6b和6c通过螺钉10固定在动平台2上；所述滑动导向机构包括滑块19，所述滑块19固定在第四连接块6d上，可相对动平台2滑动；所述第四连接块6d上的滑块19一端通过竖直方向的转动副与摆杆18相连，摆杆18另一端通过竖直方向的转动副与曲柄9相连；所述曲柄9固接在末端执行器12上端，并通过转动副连接在动平台2上，转动副垂直于动平台2；所述曲柄9和摆杆18构成运动变换机构。

本发明还可以将所述的四条支链的驱动方式由转动副主动驱动的驱动改为移动副主动驱动的驱动形式，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种四自由度高速并联机器人机构，包括静平台(1)、动平台(2)、并联在静平台(1)和动平台(2)之间的四条支链、末端执行器(2)，其特征在于，还包括滑动导向机构、运动变换机构；所述末端执行器(12)通过转动副与动平台(2)相连；

每条支链均包括主动臂(5)、从动臂组件(8)和连接块(6)；所述主动臂(5)、从动臂组件(8)和连接块(6)依次相连在静平台(1)和动平台(2)之间；所述从动臂组件(8)包括上连杆(8b)、下连杆(8a)以及并联连接在上连杆(8b)和下连杆(8a)之间的两根相同结构的从动杆；所述两根从动杆的两端分别与上连杆(8b)和下连杆(8a)铰接；所述上连杆(8b)与下连杆(8a)的长度相等；

所述主动臂(5)一端通过转动副与静平台(1)连接，另一端与从动臂组件(8)中的上连杆(8b)相连，所述上连杆(8b)轴线与主动臂(5)转动副轴线平行；四个连接块(6)中一个连接块与动平台(2)和末端执行器(12)之间设有滑动导向机构和运动变换机构；所述滑动导向机构用于对该连接块的运动进行限位，使得该连接块可相对动平台(2)平动；所述运动变换机构用于将该连接块相对动平台(2)的平动转换为末端执行器(12)的转动。

2.根据权利要求1所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述从动臂组件(8)采用空间4S四边形机构，即所述两根从动杆与上连杆(8b)和下连杆(8a)之间通过球铰连接；所述主动臂(5)与上连杆(8b)之间固连，下连杆(8a)与连接块(6)之间固连。

3.根据权利要求1所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述从动臂组件(8)采用平面(4R)平行四边形机构，即所述两根从动杆与上连杆(8b)和下连杆(8a)之间通过转动副连接，转动副轴线垂直于上连杆(8b)的轴线；所述主动臂(5)与上连杆(8b)之间通过转动副相连，下连杆(8a)与连接块(6)之间通过转动副相连。

4.根据权利要求1所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述四个连接块(6)的相邻两个连接块(6)之间通过连杆(17)铰接；其中三个连接块(6)上固定有滑块(19)，通过滑块(19)与动平台(2)滑动连接；第四连接块(6)与动平台(2)之间的滑动导向机构包括滑块(19)、连杆(17)。

5.根据权利要求4所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述滑动导向机构还包括导轨(16)，所述导轨(16)固定在动平台之(2)上；所述第四连接块(6)上固接有齿条(14)；所述齿条(14)沿导轨(16)滑动，且与齿轮(11)啮合；所述齿轮(11)固接在末端执行器(12)上端，所述齿条(14)和齿轮(11)构成运动变换机构。

6.根据权利要求4所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述第四连接块(6)上也固定有滑块(19)，可相对动平台(2)滑动；所述第四连接块(6)上的滑块(19)一端与摆杆(18)相连，摆杆(18)另一端与曲柄(9)相连；所述曲柄(9)固接在末端执行器(12)上端；所述曲柄(9)和摆杆(18)构成运动变换机构。

7.根据权利要求1所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，另外三个连接块与动平台(2)之间固连。

8.根据权利要求7所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述滑动导向机构包括导轨(16)，所述导轨(16)固定在动平台之(2)上；第四连接块上固接有齿条(14)；所述齿条(14)沿导轨(16)滑动，且与齿轮(11)啮合；所述齿轮(11)固接在末端执行器(12)上端，所述齿条(14)和齿轮(11)构成运动变换机构。

9.根据权利要求7所述的四自由度高速并联机器人机构，其特征在于，所述滑动导向机构包括滑块(19)，所述滑块(19)固定在第四连接块上，可相对动平台(2)滑动；所述第四连接块上的滑块(19)一端与摆杆(18)相连，摆杆(18)另一端与曲柄(9)相连；所述曲柄(9)固接在末端执行器(12)上端；所述曲柄(9)和摆杆(18)构成运动变换机构。

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