三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，所述第一支鏈、所述第二支鏈和所述第三支鏈處于同一平面并內(nèi)置于機(jī)器人空間，同時(shí)并聯(lián)地連接所述靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動(dòng)所述第一支鏈、所述第二支鏈和所述第三支鏈，以帶動(dòng)所述動(dòng)平臺(tái)作三自由度平動(dòng)。本實(shí)用新型的從動(dòng)桿組之間的夾緊大大減小，剛度好，負(fù)載能力大。
【專利說明】三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在輕工、醫(yī)藥、食品和電子等行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，諸如分揀、包裝、封裝等作業(yè)很多利用機(jī)器人執(zhí)行。而在眾多的機(jī)器人中，常采用并聯(lián)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)多方位的快速運(yùn)動(dòng)，其中DELTA構(gòu)型的并聯(lián)機(jī)器人是典型代表。并聯(lián)機(jī)器人與傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)器人相比，具有以下特點(diǎn):
[0003]I)無累計(jì)誤差，運(yùn)動(dòng)精度和重復(fù)精度高；
[0004]2)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量輕，運(yùn)動(dòng)速度快，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；
[0005]3)工作空間較小。
[0006]由于上述特點(diǎn)，并聯(lián)機(jī)器人得以廣泛應(yīng)用。但同時(shí)，DELTA構(gòu)型的機(jī)器人也存在一些缺陷:從動(dòng)桿組與垂線的夾角較大；機(jī)器人的剛度差，負(fù)載能力小。這成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其從動(dòng)桿組之間的夾角大大減小，剛度好，負(fù)載能力大。以解決現(xiàn)有技術(shù)中一個(gè)或者多個(gè)問題。
[0008]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0009]一種三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，包括:靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中:
[0010]所述第一支鏈、所述第二支鏈和所述第三支鏈處于同一平面并內(nèi)置于機(jī)器人空間，同時(shí)并聯(lián)地連接所述靜平臺(tái)和所述動(dòng)平臺(tái)；
[0011]所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動(dòng)所述第一支鏈、所述第二支鏈和所述第三支鏈，以帶動(dòng)所述動(dòng)平臺(tái)作三自由度平動(dòng)。從而通過控制內(nèi)置的三個(gè)支鏈來實(shí)現(xiàn)末端動(dòng)平臺(tái)的三自由度平動(dòng)，使得從動(dòng)桿組之間的夾緊大大減小，提高從動(dòng)桿的負(fù)載能力，最終使得機(jī)器人的負(fù)載能力得以大大提高。
[0012]在一些實(shí)施例中，所述第一支鏈、所述第二支鏈和所述第三支鏈的結(jié)構(gòu)相同:
[0013]所述第一支鏈包括:固定于所述靜平臺(tái)內(nèi)側(cè)且向靜平臺(tái)中心延伸的第一支撐座，軸接于該第一支撐座的第一主動(dòng)桿，以及第一從動(dòng)桿組，其中，
[0014]所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述第一主動(dòng)桿繞該第一主動(dòng)桿與所述第一支撐座的相接軸旋轉(zhuǎn)；
[0015]所述第一從動(dòng)桿組的一端通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副連接所述第一主動(dòng)桿，另一端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副連接所述動(dòng)平臺(tái)。通過對三個(gè)支鏈的具體化，得以更好地實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的三自由度平動(dòng)。
[0016]在一些實(shí)施例中，所述第一從動(dòng)桿組包括四個(gè)從動(dòng)桿，該四個(gè)從動(dòng)桿依次通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副首尾相連并構(gòu)成平行四邊形；
[0017]所述平行四邊形一對邊的一個(gè)從動(dòng)桿通過所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副連接所述第一主動(dòng)桿，該對邊的另一個(gè)從動(dòng)桿通過所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)副連接所述動(dòng)平臺(tái)。通過將從動(dòng)桿組具體化，獲得更合理的傳動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)精度。
[0018]在一些實(shí)施例中，所述第一主動(dòng)桿沿著垂直于其與所述第一支撐座的相接軸的方向延伸，并在延伸部尾端形成第一套筒；
[0019]所述第一從動(dòng)桿組一對邊的一個(gè)從動(dòng)桿穿過所述第一套筒，并對該第一套筒的兩端限位；該對邊的另一從動(dòng)桿穿過所述動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置的第二套筒，并對該第二套筒的兩端限位。將第一轉(zhuǎn)動(dòng)副具體化，獲得良好的靈活性好和強(qiáng)度。
[0020]在一些實(shí)施例中，所述第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈的各自主動(dòng)桿的旋轉(zhuǎn)平面兩兩之間的夾角相同；
[0021]所述第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈的各自從動(dòng)桿組所在平面兩兩之間的夾角相同。從而使得三個(gè)支鏈均勻布置。
[0022]在一些實(shí)施例中，所述動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有與所述第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈一一對應(yīng)的三個(gè)第二套筒，該三個(gè)第二套筒各自的軸線兩兩之間的夾角相同。進(jìn)一步地限定三個(gè)支鏈均勻布置。
[0023]在一些實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:對應(yīng)于所述第一支鏈的第一伺服電機(jī)和第一減速機(jī)，對應(yīng)于所述第二支鏈的第二伺服電機(jī)和第二減速機(jī)，以及對應(yīng)于所述第三支鏈的第三伺服電機(jī)和第三減速機(jī)；
[0024]所述第一伺服電機(jī)和所述第一減速機(jī)均固定在所述第一支撐座上；
[0025]所述第一伺服電機(jī)的輸出端與所述第一減速機(jī)的輸入端相接；
[0026]所述第一減速機(jī)的輸出軸與所述第一主動(dòng)桿固接，并且該輸出軸的軸線與所述第一主動(dòng)桿和所述第一支撐座的相接軸的軸線重合。通過對驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體描述，使得整體的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人得以實(shí)現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人的第一主動(dòng)桿與第一從動(dòng)桿組連接結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖3是本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人的從動(dòng)桿組與動(dòng)平臺(tái)連接結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031]請參閱圖1、圖2和圖3，本實(shí)用新型的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，包括靜平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)2、第一支鏈3、第二支鏈4、第三支鏈5以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中:
[0032]靜平臺(tái)I為固定位置的平臺(tái)。
[0033]第一支鏈3、第二支鏈4和第三支鏈5的結(jié)構(gòu)相同，并聯(lián)安裝于靜平臺(tái)I和動(dòng)平臺(tái)2之間，并置于機(jī)器人空間內(nèi)。本實(shí)施例中，它們兩兩成相同夾角且均勻分布在同一平面上。
[0034]第一支鏈3包括第一支撐座31、第一主動(dòng)桿34和第一從動(dòng)桿組,第一從動(dòng)桿組包括圍成平行四邊形的兩對從動(dòng)桿35、36。第二支鏈4包括第二支撐座41、第二主動(dòng)桿44和第二從動(dòng)桿組，第二從動(dòng)桿組包括圍成平行四邊形的兩對從動(dòng)桿45、46。第三支鏈5包括第三支撐座51、第三主動(dòng)桿54和第三從動(dòng)桿組，第三從動(dòng)桿組包括圍成平行四邊形的兩對從動(dòng)桿55、56。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)相同，只是位置不一樣，所以以第一支鏈3為例，敘述如下:
[0035]第一支撐座31固定在靜平臺(tái)I的內(nèi)側(cè)面上，并朝著靜平臺(tái)I的中心延伸(同理，第二支撐座41和第三支撐座51同樣布置，且它們兩兩之間與靜平臺(tái)I中心點(diǎn)的夾角相等)，從而為三個(gè)支鏈內(nèi)置于機(jī)器人空間提供基礎(chǔ)。本實(shí)施例中，第一支撐座31、第二支撐座41和第三支撐座51處在同一平面，并且兩兩夾角一致。
[0036]第一主動(dòng)桿34軸接于第一支撐座31，通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，繞第一主動(dòng)桿34與第一支撐座31的相接軸(該相接軸的軸線為Al)旋轉(zhuǎn)。同理，第二主動(dòng)桿44繞軸線A2旋轉(zhuǎn)。第三主動(dòng)桿54繞軸線A3旋轉(zhuǎn)。第一主動(dòng)桿34相對于軸接端的另一端通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副連接第一從動(dòng)桿組的一端，該第一從動(dòng)桿組的另一端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副連接動(dòng)平臺(tái)2。
[0037]第一從動(dòng)桿組包括一對從動(dòng)桿35以及另一對從動(dòng)桿36,該四個(gè)從動(dòng)桿依次通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副首尾相連并構(gòu)成平行四邊形，即:四個(gè)從動(dòng)桿之間通過銷釘37、39鉸接。作為平行四邊形一對邊的一對從動(dòng)桿35，一個(gè)從動(dòng)桿35通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副連接第一主動(dòng)桿34，另一個(gè)從動(dòng)桿35通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副連接動(dòng)平臺(tái)2。此對邊優(yōu)先選擇短邊。由于是轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，實(shí)現(xiàn)平行四邊形所在平面繞第一主動(dòng)桿34轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，該平行四邊形的第一從動(dòng)桿組自身也通過轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)變形。第一支鏈3、第二支鏈4和第三支鏈5的各自從動(dòng)桿組所在平面兩兩之間的夾角相同。
[0038]具體地，如圖2和圖3所示，沿著垂直于第一主動(dòng)桿34與第一支撐座31的相接軸的方向，第一主動(dòng)桿34延伸，并在延伸部尾端形成第一套筒341 (同理,第二主動(dòng)桿44和第三主動(dòng)桿54均延伸有第一套筒)。動(dòng)平臺(tái)2上設(shè)置有與第一支鏈3、第二支鏈4和第三支鏈5 一一對應(yīng)的三個(gè)第二套筒，該三個(gè)第二套筒各自的軸線兩兩之間的夾角相同，以使得三個(gè)支鏈可以均勻布置。
[0039]作為平行四邊形一對邊的一對從動(dòng)桿35，一個(gè)從動(dòng)桿35的中部套接第一套筒341，兩端對該第一套筒341限位。該對邊的另一從動(dòng)桿35的中部套接第二套筒，兩端對該第二套筒限位。其中，限位指:從動(dòng)桿35的中部長度略大于第一套筒341、第二套筒的長度，從動(dòng)桿35的兩端的筒徑大于中部的筒徑，以起到限位作用。
[0040]驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于分別驅(qū)動(dòng)第一支鏈3、第二支鏈4和第三支鏈5，以帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)2作三自由度平動(dòng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:對應(yīng)于第一支鏈3的第一伺服電機(jī)33和第一減速機(jī)32,對應(yīng)于第二支鏈4的第二伺服電機(jī)43和第二減速機(jī)42，以及對應(yīng)于第三支鏈5的第三伺服電機(jī)53和第三減速機(jī)52。第一伺服電機(jī)33和第一減速機(jī)32，第二伺服電機(jī)43和第二減速機(jī)42,以及第三伺服電機(jī)53和第三減速機(jī)52的布置方式一致，以對應(yīng)于第一支鏈3的第一伺服電機(jī)33和第一減速機(jī)32為例:
[0041]第一伺服電機(jī)33和第一減速機(jī)32均固定在第一支撐座31上。第一伺服電機(jī)33的輸出端與第一減速機(jī)32的輸入端相接。第一減速機(jī)32的輸出軸與第一主動(dòng)桿34固接，并且該輸出軸的軸線與第一主動(dòng)桿34和第一支撐座31的相接軸的軸線Al重合。
[0042]綜上可知，第一主動(dòng)桿34的旋轉(zhuǎn)平面與軸線Al垂直，第二主動(dòng)桿44的旋轉(zhuǎn)平面與軸線A2垂直，第三主動(dòng)桿54的旋轉(zhuǎn)平面與軸線A3垂直，并且這三個(gè)旋轉(zhuǎn)平面兩兩之間的夾角相同。第一從動(dòng)桿組的一個(gè)從動(dòng)桿35繞第一主動(dòng)桿34的第一套筒341的軸線All旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)從動(dòng)桿35繞平臺(tái)2的一個(gè)第二套筒的軸線A14旋轉(zhuǎn)。第一從動(dòng)桿組的一對從動(dòng)桿36可以分別繞銷釘37、39的軸線A12、A13、A15、A16旋轉(zhuǎn)。
[0043]綜上，通過將第一支鏈3、第二支鏈4和第三支鏈5均內(nèi)置于機(jī)器人空間內(nèi)，各個(gè)支鏈不會(huì)外擴(kuò)，區(qū)別于傳統(tǒng)的三自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得從動(dòng)桿組之間的夾角大大減小，從而使得從動(dòng)桿的負(fù)載能力大大提聞，最終使得機(jī)器人的負(fù)載能力得以大大提聞。
[0044]本實(shí)用新型中采用純并聯(lián)機(jī)構(gòu)，降低運(yùn)動(dòng)部件重量，從而提高動(dòng)平臺(tái)的速度和精度。并且本實(shí)用新型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)易于控制、動(dòng)平臺(tái)工作空間大、分布對稱，設(shè)計(jì)簡單，易于安裝和維護(hù)。
[0045]以上所述僅是本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干相似的變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，包括:靜平臺(tái)(1)、動(dòng)平臺(tái)(2)、第一支鏈(3)、第二支鏈(4)、第三支鏈(5)以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中: 所述第一支鏈(3)、所述第二支鏈(4)和所述第三支鏈(5)處于同一平面并內(nèi)置于機(jī)器人空間，同時(shí)并聯(lián)地連接所述靜平臺(tái)(1)和所述動(dòng)平臺(tái)(2)； 所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動(dòng)所述第一支鏈(3)、所述第二支鏈(4)和所述第三支鏈(5)，以帶動(dòng)所述動(dòng)平臺(tái)(2)作三自由度平動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述第一支鏈(3)、所述第二支鏈(4)和所述第三支鏈(5)的結(jié)構(gòu)相同， 所述第一支鏈(3)包括:固定于所述靜平臺(tái)(1)內(nèi)側(cè)且向靜平臺(tái)(1)中心延伸的第一支撐座(31)，軸接于該第一支撐座(31)的第一主動(dòng)桿(34)，以及第一從動(dòng)桿組，其中，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述第一主動(dòng)桿(34)繞該第一主動(dòng)桿(34)與所述第一支撐座(31)的相接軸旋轉(zhuǎn)； 所述第一從動(dòng)桿組的一端通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副連接所述第一主動(dòng)桿(34)，另一端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副連接所述動(dòng)平臺(tái)(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于， 所述第一從動(dòng)桿組包括四個(gè)從動(dòng)桿，該四個(gè)從動(dòng)桿依次通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副首尾相連并構(gòu)成平行四邊形； 所述平行四邊形一對邊的一個(gè)從動(dòng)桿通過所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)副連接所述第一主動(dòng)桿(34)，該對邊的另一個(gè)從動(dòng)桿通過所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)副連接所述動(dòng)平臺(tái)(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于， 所述第一主動(dòng)桿(34)沿著垂直于其與所述第一支撐座(31)的相接軸的方向延伸，并在延伸部尾端形成第一套筒(341)； 所述第一從動(dòng)桿組一對邊的一個(gè)從動(dòng)桿穿過所述第一套筒(341)，并對該第一套筒(341)的兩端限位；該對邊的另一從動(dòng)桿穿過所述動(dòng)平臺(tái)(2)上設(shè)置的第二套筒，并對該第二套筒的兩端限位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于， 所述第一支鏈(3)、第二支鏈(4)和第三支鏈(5)的各自主動(dòng)桿(34、44、54)的旋轉(zhuǎn)平面兩兩之間的夾角相同； 所述第一支鏈(3)、第二支鏈(4)和第三支鏈(5)的各自從動(dòng)桿組所在平面兩兩之間的夾角相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于，所述動(dòng)平臺(tái)(2)上設(shè)置有與所述第一支鏈(3)、第二支鏈(4)和第三支鏈(5) —一對應(yīng)的三個(gè)第二套筒，該三個(gè)第二套筒各自的軸線兩兩之間的夾角相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6任一項(xiàng)所述的三自由度桿內(nèi)置并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于， 所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:對應(yīng)于所述第一支鏈(3)的第一伺服電機(jī)(33)和第一減速機(jī)(32)，對應(yīng)于所述第二支鏈(4)的第二伺服電機(jī)(43)和第二減速機(jī)(42)，以及對應(yīng)于所述第三支鏈(5)的第三伺服電機(jī)(53)和第三減速機(jī)(52)； 所述第一伺服電機(jī)(33)和所述第一減速機(jī)(32)均固定在所述第一支撐座(31)上； 所述第一伺服電機(jī)(33)的輸出端與所述第一減速機(jī)(32)的輸入端相接； 所述第一減速機(jī)(32)的輸出軸與所述第一主動(dòng)桿(34)固接，并且該輸出軸的軸線與所述第一主動(dòng)桿(34)和所述第一支撐座(31)的相接軸的軸線重合。
【文檔編號(hào)】B25J9/00GK204054045SQ201420541588
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】顏文旭, 寧金, 張明文, 于振中, 赫英強(qiáng) 申請人:江南大學(xué)