專利名稱：五自由度混聯(lián)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，特別是涉及一種帶定位頭的多坐標(biāo)混聯(lián)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有專利GB2173472(或EP0200369、US4790718)、SE8502327(或US4732525)、EP0674969(或US6336375)、CN1524662(或WO2005025816)所公開的帶定位頭的多坐標(biāo)混聯(lián)機(jī)器人，包括至少三個(gè)可沿縱向伸長(zhǎng)或縮短的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置。其中一個(gè)從動(dòng)或主動(dòng)的調(diào)節(jié)裝置的一端與一可動(dòng)定位頭固接并通過鉸鏈與固定架連接，以限制定位頭的某幾個(gè)自由度。而其它各調(diào)節(jié)裝置則是一端通過鉸鏈緊固于固定架上，以使其能相對(duì)于固定架繞各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端通過鉸鏈與所述的從動(dòng)或主動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的另一端連接。此類機(jī)器人，由于與固接定位頭的從動(dòng)或主動(dòng)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置連接的鉸鏈為三轉(zhuǎn)動(dòng)自由度鉸鏈，其不足是機(jī)構(gòu)的整體剛度較低，負(fù)載能力較差，因而不適于高速重載的加工應(yīng)用場(chǎng)合。
現(xiàn)有專利SE0402824(或WO2006054935)所公開的另一種帶定位頭的多坐標(biāo)混聯(lián)機(jī)器人，包括固定架、動(dòng)平臺(tái)、定位頭及連接固定架與動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)可沿縱向伸長(zhǎng)或縮短的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置。其中，兩個(gè)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置具有相同結(jié)構(gòu)，并相對(duì)于第三個(gè)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置在空間呈面對(duì)稱布置。各長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置一端通過鉸鏈緊固于固定架上，另一端通過僅具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)連接。此類機(jī)器人，由于與所述動(dòng)平臺(tái)連接的鉸鏈僅具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因而使得系統(tǒng)的整體剛度較高，其不足是由于三個(gè)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置呈空間面對(duì)稱布置，其運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能隨位形差異較大且不具備軸對(duì)稱的特性。此外，由于兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置與固定架分別采用具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈連接，其中兩個(gè)鉸鏈的近架轉(zhuǎn)軸軸線必須嚴(yán)格保持共線，各鉸鏈的遠(yuǎn)架轉(zhuǎn)軸軸線必須與連接各長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置與動(dòng)平臺(tái)的鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線嚴(yán)格保持平行，否則無法裝配，因此對(duì)制造與裝配的精度要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題，就是克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，并提供一種由三條支鏈空間軸對(duì)稱布置、具有較高的整機(jī)剛度、精度和負(fù)載能力、且便于制造和裝配的五自由度混聯(lián)機(jī)器人。
本發(fā)明的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，包括固定架、動(dòng)平臺(tái)、連接在所述動(dòng)平臺(tái)底部的定位頭以及空間軸對(duì)稱均布設(shè)置在所述固定架與動(dòng)平臺(tái)之間的三條支鏈；所述的三條支鏈結(jié)構(gòu)相同，其構(gòu)成包括第一鉸鏈、第二鉸鏈、連接桿、直線導(dǎo)軌和設(shè)置在所述連接桿一端的驅(qū)動(dòng)裝置；所述的第一鉸鏈包括通過具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈連接所述固定架的外圈、通過具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈連接所述外圈的鉸軸、以及通過具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度連接所述鉸軸的拖板；連接所述外圈與固定架的鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與連接所述鉸軸與外圈的鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不共線且與連接所述拖板與鉸軸的鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線交于一點(diǎn)，連接所述拖板與鉸軸的鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行于所述的直線導(dǎo)軌所在的直線；所述第二鉸鏈為銷軸與軸承構(gòu)成的具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述連接桿的一端通過第一鉸鏈和與該鉸鏈構(gòu)成的移動(dòng)副設(shè)置在所述的固定架上，所述連接桿的另一端通過第二鉸鏈與所述的動(dòng)平臺(tái)連接，所述的直線導(dǎo)軌固定設(shè)置在所述的連接桿上；在固定設(shè)置在連接桿一端的所述驅(qū)動(dòng)裝置中，一端連接電機(jī)軸且其另一端與所述連接桿的另一端連接的絲杠穿過所述第一鉸鏈中的拖板并通過固定設(shè)置在所述第一鉸鏈中鉸軸上的絲杠螺母與所述的第一鉸鏈連接，所述的拖板與所述的直線導(dǎo)軌構(gòu)成移動(dòng)副。
所述連接固定架與外圈的具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈為銷軸與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述連接外圈與鉸軸的具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈為銷軸與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述連接鉸軸與拖板的具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈為軸套與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述三條支鏈中第二鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線共面且兩兩相交互成60°角；所述的驅(qū)動(dòng)裝置采用伺服電機(jī)——滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式，也可以采用直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式。
本發(fā)明五自由度混聯(lián)機(jī)器人與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于三點(diǎn)(1)由于與動(dòng)平臺(tái)連接的鉸鏈均具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因而使整機(jī)具有較高的剛度；(2)由于三條支鏈呈空間軸對(duì)稱方式布置，因而有利于在其工作空間內(nèi)獲得軸對(duì)稱的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能；(3)由于對(duì)三個(gè)連接各條支鏈與固定架的第一鉸鏈中近固定架軸線之間的幾何位置關(guān)系無特殊要求，因而便于制造與裝配。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的中一條支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作以詳細(xì)描述。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，包括固定架1、動(dòng)平臺(tái)2、連接在所述動(dòng)平臺(tái)2底部的定位頭3、以及空間軸對(duì)稱均布設(shè)置在所述固定架1與動(dòng)平臺(tái)2之間的三條結(jié)構(gòu)相同的支鏈。
所述支鏈的構(gòu)成包括第一鉸鏈4、第二鉸鏈6、連接桿5，直線導(dǎo)軌7以及設(shè)置在所述連接桿5一端的驅(qū)動(dòng)裝置8。
所述的第一鉸鏈4具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，它由外圈41、鉸軸42和拖板43構(gòu)成；所述的外圈41通過具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈連接所述的固定架1，此處所述具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈與所述固定架1的連接可采用將所述外圈41通過由銷軸與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接在固定安裝于所述固定架1上的軸承座411和412上的形式使之實(shí)現(xiàn)，也可采用其它形式的等價(jià)結(jié)構(gòu)使之實(shí)現(xiàn)；所述的鉸軸42通過具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈連接所述的外圈41，此處所述具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈可采用銷軸與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副或其它形式的等價(jià)結(jié)構(gòu)；所述的拖板43通過具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈連接所述的鉸軸42，此處所述具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈可采用軸套與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副或其它形式的等價(jià)結(jié)構(gòu)；所述連接外圈41與固定架1的鉸鏈其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線4a與所述連接鉸軸42與外圈41的鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線4b不共線且與所述連接拖板43與鉸軸42的鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線4c交于一點(diǎn)，所述連接拖板43與鉸軸42的鉸鏈其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線4c平行于所述直線導(dǎo)軌7所在直線；所述第二鉸鏈6具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其結(jié)構(gòu)形式可采用銷軸與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副，也可采用其它形式的等價(jià)結(jié)構(gòu)；所述三條支鏈中的第二鉸鏈6的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線6a共面且兩兩相交互成60°角。
所述連接桿5的一端通過所述的第一鉸鏈4和與該鉸鏈構(gòu)成的移動(dòng)副設(shè)置在所述的固定架1上，所述連接桿5的另一端通過所述的第二鉸鏈6與動(dòng)平臺(tái)2連接，所述的直線導(dǎo)軌7固定設(shè)置在所述的連接桿5上，所述的驅(qū)動(dòng)裝置8固定設(shè)置在所述連接桿5的一端，在所述驅(qū)動(dòng)裝置8中，一端連接電機(jī)軸且其另一端連接所述連接桿5另一端的絲杠81穿過所述第一鉸鏈4中的拖板43并通過固定設(shè)置在所述第一鉸鏈4中鉸軸42上的絲杠螺母421與所述第一鉸鏈4連接，所述的拖板43與所述的直線導(dǎo)軌7構(gòu)成移動(dòng)副。
在本發(fā)明的技術(shù)方案中由于所述的第一鉸鏈4具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，所以可使各支鏈中所述連接桿5相對(duì)于所述的固定架1繞各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)并且可使各支鏈中所述連接桿5繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；由于所述拖板43與所述連接桿5之間具有一個(gè)移動(dòng)自由度，所以，可使各支鏈中所述連接桿5沿其軸向做伸縮運(yùn)動(dòng)；由于所述連接桿5與所述動(dòng)平臺(tái)2之間僅具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，所以可使各支鏈中所述連接桿5相對(duì)于動(dòng)平臺(tái)2轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)各支鏈在所述驅(qū)動(dòng)裝置8的驅(qū)動(dòng)下獨(dú)立運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述的動(dòng)平臺(tái)2發(fā)生空間位移，且機(jī)構(gòu)的空間姿態(tài)也同時(shí)發(fā)生改變，安裝在所述動(dòng)平臺(tái)2底部的所述定位頭3可在運(yùn)動(dòng)過程中隨時(shí)調(diào)整由于動(dòng)平臺(tái)2的位置變化而引起的姿態(tài)變化，從而構(gòu)成五自由度混聯(lián)機(jī)器人。
本實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)裝置8采用了伺服電機(jī)——滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式，其中絲杠螺母421固定設(shè)置在鉸軸42上，為連接桿5與拖板43之間提供一個(gè)移動(dòng)自由度。為了達(dá)到同樣目的，還可以采用直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，為連接桿5與拖板43之間提供一個(gè)移動(dòng)自由度。當(dāng)然，在具體實(shí)施時(shí)，采用其它任意一種可實(shí)現(xiàn)相同運(yùn)動(dòng)功能的結(jié)構(gòu)形式作為驅(qū)動(dòng)方式都是可以的。
本實(shí)施例中的定位頭3為具有兩個(gè)主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的子模塊設(shè)計(jì)，安裝在其末端的執(zhí)行器可以是電主軸、焊槍、夾持裝置等。
本發(fā)明的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，與現(xiàn)有技術(shù)的帶定位頭的多坐標(biāo)混聯(lián)機(jī)器人相比，其不同點(diǎn)在于(1)與所述動(dòng)平臺(tái)2連接的第二鉸鏈6為具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈；(2)連接所述固定架1與動(dòng)平臺(tái)2的三條支鏈具有相同的結(jié)構(gòu)，且在空間呈軸對(duì)稱方式布置。
本發(fā)明的五自由度混聯(lián)機(jī)器人可為模塊化設(shè)計(jì)，該模塊化設(shè)計(jì)可使本發(fā)明的五自由度混聯(lián)機(jī)器人通過固定架1上的機(jī)械接口連接固定龍門結(jié)構(gòu)、大距離或大角度進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及活動(dòng)機(jī)架等，還可將若干臺(tái)本發(fā)明的五自由度混聯(lián)機(jī)器人安裝在同一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)上進(jìn)行大規(guī)?；蜉^大規(guī)模的流水作業(yè)。
以上示意性的對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它形式(包括形狀和布局)的固定架、驅(qū)動(dòng)裝置以及鉸鏈連接方式不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人，包括固定架、動(dòng)平臺(tái)、連接在所述動(dòng)平臺(tái)底部的定位頭以及空間軸對(duì)稱均布設(shè)置在所述固定架與動(dòng)平臺(tái)之間的三條支鏈，其特征是，所述的三條支鏈結(jié)構(gòu)相同，其構(gòu)成包括第一鉸鏈、第二鉸鏈、連接桿、直線導(dǎo)軌和設(shè)置在所述連接桿一端的驅(qū)動(dòng)裝置；所述第一鉸鏈的構(gòu)成包括通過具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈連接所述固定架的外圈、通過具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈連接所述外圈的鉸軸、以及通過具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度連接所述鉸軸的拖板，所述連接外圈與固定架的鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與所述連接鉸軸與外圈的鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不共線且與連接所述拖板與鉸軸的鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線交于一點(diǎn)，連接所述拖板與鉸軸的鉸鏈其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行于所述直線導(dǎo)軌所在直線；所述第二鉸鏈的構(gòu)成包括銷軸以及與所述銷軸構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸承；所述連接桿的一端通過第一鉸鏈和與該鉸鏈構(gòu)成的移動(dòng)副設(shè)置在所述的固定架上，所述連接桿的另一端通過第二鉸鏈與所述的動(dòng)平臺(tái)連接，所述的直線導(dǎo)軌固定設(shè)置在所述的連接桿上；在固定設(shè)置在連接桿一端的所述驅(qū)動(dòng)裝置中，一端連接電機(jī)軸且其另一端與所述連接桿的另一端連接的絲杠穿過所述第一鉸鏈中的拖板并通過固定設(shè)置在所述第一鉸鏈中鉸軸上的絲杠螺母與所述的第一鉸鏈連接，所述的拖板與所述的直線導(dǎo)軌構(gòu)成移動(dòng)副。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是，所述連接固定架與外圈的具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈為銷軸與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是，所述連接外圈與鉸軸的具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈為銷軸與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是，所述連接鉸軸與拖板的具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈為軸套與軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是，所述三條支鏈中第二鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線共面且兩兩相交互成60°角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是，所述的驅(qū)動(dòng)裝置采用伺服電機(jī)——滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是，所述的驅(qū)動(dòng)裝置采用直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其構(gòu)成包括固定架、動(dòng)平臺(tái)、定位頭以及空間軸對(duì)稱均布設(shè)置在固定架與動(dòng)平臺(tái)之間的三條結(jié)構(gòu)相同支鏈；所述支鏈的構(gòu)成包括第一鉸鏈、第二鉸鏈、連接桿、直線導(dǎo)軌和驅(qū)動(dòng)裝置；連接桿的一端通過第一鉸鏈和與該鉸鏈構(gòu)成的移動(dòng)副設(shè)置在固定架上，連接桿的另一端通過第二鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)連接，直線導(dǎo)軌固定設(shè)置在連接桿上，驅(qū)動(dòng)裝置固定設(shè)置在連接桿的一端；在驅(qū)動(dòng)裝置中，一端連接電機(jī)軸且其另一端與連接桿的另一端連接的絲杠穿過第一鉸鏈中的拖板并通過固定設(shè)置在第一鉸鏈中鉸軸上的絲杠螺母與第一鉸鏈連接，所述的拖板與直線導(dǎo)軌構(gòu)成移動(dòng)副。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)剛度、精度好，負(fù)載能力強(qiáng)，便于制造和裝配。
文檔編號(hào)B25J9/08GK101049692SQ200710057178
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者黃田, 劉海濤, 趙學(xué)滿, 宋軼民, 梅江平 申請(qǐng)人:天津大學(xué)