本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，特別是涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)因具有串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)所不具有的優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于食品醫(yī)藥、現(xiàn)代物流、電子信息等領(lǐng)域的自動(dòng)化生產(chǎn)線搬運(yùn)和制造裝配作業(yè)。

現(xiàn)有專利CN102689305A、CN103846909A、CN102922511A和CN103753521A所公開(kāi)的可實(shí)現(xiàn)三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接兩平臺(tái)的四條支鏈。上述機(jī)構(gòu)中為實(shí)現(xiàn)能夠繞垂直于動(dòng)平臺(tái)的軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，在動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)上做了大量工作。專利CN102689305A和專利CN103846909A中機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)雖然構(gòu)造不同，但實(shí)質(zhì)上都是將所述動(dòng)平臺(tái)中相關(guān)構(gòu)件的相對(duì)移動(dòng)轉(zhuǎn)化成末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；專利CN102922511A中機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)與四條支鏈之間的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副互相平行且在所述動(dòng)平臺(tái)上呈非正方形布置，有效的避免了機(jī)構(gòu)的奇異；專利CN103753521A中機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)包括分別與兩組相鄰支鏈的下連接軸連接的兩個(gè)子平臺(tái)以及在兩子平臺(tái)之間設(shè)有的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述的角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)即是將齒條平動(dòng)轉(zhuǎn)化成齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相對(duì)較緊湊、傳動(dòng)精度較高。但這些機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸和重量較大，不利于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且質(zhì)量輕便，更容易實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為：一種能夠?qū)崿F(xiàn)三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連接在定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間的四條支鏈；所述動(dòng)平臺(tái)包括上動(dòng)平臺(tái)、下動(dòng)平臺(tái)以及位于上動(dòng)平臺(tái)與下動(dòng)平臺(tái)之間的連接機(jī)構(gòu)；所述下動(dòng)平臺(tái)包括由四個(gè)連桿組成的平行四邊形機(jī)構(gòu)，所述四個(gè)連桿依次通過(guò)四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；所述上動(dòng)平臺(tái)與下動(dòng)平臺(tái)之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且所述上動(dòng)平臺(tái)的軸線與下動(dòng)平臺(tái)中平兩個(gè)連桿平行；下動(dòng)平臺(tái)中與上動(dòng)平臺(tái)的軸線相交的一個(gè)連桿上設(shè)置有末端執(zhí)行器；所述四條支鏈均包括主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和四邊形機(jī)構(gòu)；所述四邊形機(jī)構(gòu)中相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)連桿等長(zhǎng)，四個(gè)連桿依次通過(guò)球面副連接，四邊形機(jī)構(gòu)通過(guò)相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)連桿分別與主驅(qū)動(dòng)裝置和動(dòng)平臺(tái)連接；所述四條支鏈中，第一支鏈和第三支鏈連接所述定平臺(tái)和上動(dòng)平臺(tái)，第二支鏈和第四支鏈連接所述定平臺(tái)和下動(dòng)平臺(tái)。

一種實(shí)施方式，所述第一支鏈與第三支鏈前后對(duì)稱設(shè)置，第二支鏈與第四支鏈左右對(duì)稱設(shè)置。

進(jìn)一步，所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)和驅(qū)動(dòng)桿，驅(qū)動(dòng)桿與所述四邊形機(jī)構(gòu)中的連桿連接。

進(jìn)一步，所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括滑塊和導(dǎo)軌；所述導(dǎo)軌均垂直于定平臺(tái)平面設(shè)置。

另一種實(shí)施方式，所述第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈左右設(shè)置，第二支鏈和第一支鏈并排設(shè)置在左側(cè)，第三支鏈設(shè)置在右側(cè)，第四支鏈設(shè)置在后側(cè)。

進(jìn)一步，所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)和驅(qū)動(dòng)桿，驅(qū)動(dòng)桿與所述四邊形機(jī)構(gòu)中的連桿連接。

進(jìn)一步，所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括滑塊和導(dǎo)軌；所述導(dǎo)軌均垂直于定平臺(tái)平面設(shè)置

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：利用支鏈同動(dòng)平臺(tái)之間以及動(dòng)平臺(tái)內(nèi)部的約束關(guān)系，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)利用了上述的四邊形機(jī)構(gòu)的高剛度等特性，有效提高了整個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，其上、下動(dòng)平臺(tái)之間以及內(nèi)部?jī)H僅是轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，沒(méi)有使用移動(dòng)副，避免了受力不均勻，摩擦力大等不足，并且動(dòng)平臺(tái)整體的質(zhì)量輕便，同時(shí)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，更容易實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖1和圖3的動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為圖2和圖4的動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容和特點(diǎn)，結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明，這里不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制或限定。

本發(fā)明所述能夠?qū)崿F(xiàn)三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間的具有相同結(jié)構(gòu)的四條支鏈；所述的動(dòng)平臺(tái)包括上動(dòng)平臺(tái)、下動(dòng)平臺(tái)以及運(yùn)動(dòng)副連接機(jī)構(gòu)；所述的下動(dòng)平臺(tái)包括前后兩根等長(zhǎng)的短連桿和左右兩根等長(zhǎng)的長(zhǎng)連桿，該四根連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接形成平行四邊形機(jī)構(gòu)，其中末端執(zhí)行器固結(jié)于平行四邊形機(jī)構(gòu)中相對(duì)于上動(dòng)平臺(tái)具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的左連桿或者右連桿之上，并由所述連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)提供末端執(zhí)行器繞垂直于上動(dòng)平臺(tái)的軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；所述的運(yùn)動(dòng)副連接機(jī)構(gòu)包括下動(dòng)平臺(tái)內(nèi)部四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的平行四邊形機(jī)構(gòu)以及上、下動(dòng)平臺(tái)之間的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接機(jī)構(gòu)；如果僅僅為了實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，上述六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接機(jī)構(gòu)中任意五個(gè)便可以滿足要求，即所述的動(dòng)平臺(tái)內(nèi)部只需要五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接機(jī)構(gòu)便可以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，另外一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接機(jī)構(gòu)是為了改善動(dòng)平臺(tái)的力學(xué)性能而存在的；所述的四條支鏈中第一、三支鏈連接所述的定平臺(tái)和上動(dòng)平臺(tái)，第二、四支鏈連接所述的定平臺(tái)和下動(dòng)平臺(tái)；所述的四條支鏈可以有對(duì)稱布置或者非對(duì)稱布置等多種布置方式；所述的四條支鏈均包括：主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、四邊形機(jī)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)副；所述的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置可以是連桿或者滑塊；所述的四邊形機(jī)構(gòu)包括上下兩個(gè)等長(zhǎng)的短連桿和左右兩個(gè)等長(zhǎng)的長(zhǎng)連桿，其中短連桿和長(zhǎng)連桿之間通過(guò)球面副連接成封閉環(huán)機(jī)構(gòu)；所述的四條支鏈分別與定平臺(tái)以及動(dòng)平臺(tái)連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，通過(guò)四條支鏈的運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)末端執(zhí)行器的三維平動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明利用下動(dòng)平臺(tái)是平行四邊形機(jī)構(gòu)以及第二、四支鏈只能約束掉下動(dòng)平臺(tái)的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的特點(diǎn)，保留了繞垂直于下動(dòng)平臺(tái)的軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；利用上、下動(dòng)平臺(tái)平行布置方式以及轉(zhuǎn)動(dòng)副連接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)下動(dòng)平臺(tái)中的左右兩長(zhǎng)連桿繞上動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，并將其作為末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。

本發(fā)明可以通過(guò)改變支鏈的布置方式改善末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)角范圍。

本發(fā)明可以將下動(dòng)平臺(tái)內(nèi)部的左右兩根長(zhǎng)連桿做成主連桿和輔助連桿的形式，主連桿主要承受力的作用并提供末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，輔助連桿主要是輔助主連桿滿足運(yùn)動(dòng)要求。

本發(fā)明還可以通過(guò)改變各支鏈的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

實(shí)施例1

如圖1所示，是一種三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)7、第一支鏈Ⅰ、第二支鏈Ⅱ、第三支鏈Ⅲ和第四支鏈Ⅳ，所述的四條支鏈分別連接在定平臺(tái)1和動(dòng)平臺(tái)7之間，并具有相同的結(jié)構(gòu)；所述的動(dòng)平臺(tái)7包括上動(dòng)平臺(tái)8、下動(dòng)平臺(tái)12以及上動(dòng)平臺(tái)8和下動(dòng)平臺(tái)12之間的連接機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示；所述的下動(dòng)平臺(tái)12為一平行四邊形機(jī)構(gòu)，其中第一連桿4b4和第二連桿4b2平行且等長(zhǎng)，第三連桿11b和第四連桿11a平行且等長(zhǎng)，第一連桿4b4與第三連桿11b和第四連桿11a之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副10c和轉(zhuǎn)動(dòng)副10f連接，第二連桿4b2與第三連桿11b和第四連桿11a之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副10a和轉(zhuǎn)動(dòng)副10d連接，四根連桿形成平行四邊形機(jī)構(gòu)。末端執(zhí)行器9固結(jié)于平行四邊形機(jī)構(gòu)中相對(duì)于上動(dòng)平臺(tái)8具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的第四連桿11a之上，并由第四連桿11a的轉(zhuǎn)動(dòng)提供末端執(zhí)行器9繞垂直于上動(dòng)平臺(tái)8的軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；所述上動(dòng)平臺(tái)8與下動(dòng)平臺(tái)12之間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副10b和轉(zhuǎn)動(dòng)副10e連接，且上動(dòng)平臺(tái)的軸線平行于第一連桿4b4的軸線；所述的四條支鏈中第一支鏈Ⅰ和第三支鏈Ⅲ連接所述的定平臺(tái)1和上動(dòng)平臺(tái)8，第二支鏈Ⅱ和第四支鏈Ⅳ連接所述的定平臺(tái)1和下動(dòng)平臺(tái)12，并且該四條支鏈采用對(duì)稱布置的方式；所述的四條支鏈均包括：主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、四邊形機(jī)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)副；所述的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)2和驅(qū)動(dòng)桿3；以第一支鏈Ⅰ為例，所述的四邊形機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)等長(zhǎng)的第五連桿4a和第六連桿4b以及兩個(gè)等長(zhǎng)的第七連桿6a和第八連桿6b，其中第五連桿4a與第七連桿6a和第八連桿6b之間通過(guò)球面副5a和球面副5b連接，第六連桿4b與第七連桿6a和第八連桿6b之間通過(guò)球面副5c和球面副5d連接，四根連桿成封閉環(huán)機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)桿3與第一連桿4a固連，所述驅(qū)動(dòng)桿3的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與所述的第五連桿4a相互平行；所述的四條支鏈分別與定平臺(tái)1以及動(dòng)平臺(tái)7連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，通過(guò)四條支鏈的運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)末端執(zhí)行器9的三維平動(dòng)和一維轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

實(shí)施例2

如圖2和圖6所示，與實(shí)施例1類似，機(jī)構(gòu)包括定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)71、第一支鏈Ⅰ、第二支鏈Ⅱ、第三支鏈Ⅲ和第四支鏈Ⅳ，其中第一支鏈Ⅰ和第三支鏈Ⅲ連接所述的定平臺(tái)1和上動(dòng)平臺(tái)8，第二支鏈Ⅱ和第四支鏈Ⅳ連接所述的定平臺(tái)1和下動(dòng)平臺(tái)12，并且這四條支鏈結(jié)構(gòu)相同。本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，第二支鏈Ⅱ由與第四支鏈Ⅳ相對(duì)布置改變?yōu)榕c第一支鏈Ⅰ并排布置，下動(dòng)平臺(tái)12中的前第二連桿4b2的端部改變?yōu)門(mén)形結(jié)構(gòu)，同時(shí)保持其他模塊不變。為避免實(shí)施例1中的動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)成為矩形機(jī)構(gòu)時(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能變差，本實(shí)施例利用四條支鏈非對(duì)稱布置的方式，通過(guò)上述改變后，本實(shí)施例中的下動(dòng)平臺(tái)12中的第四連桿11a相對(duì)于上動(dòng)平臺(tái)8的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍將會(huì)擴(kuò)大，即末端執(zhí)行器9的轉(zhuǎn)動(dòng)能力將會(huì)增強(qiáng)。

實(shí)施例3

如圖3和圖5所示，與實(shí)施例1類似，機(jī)構(gòu)包括定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)7、第一支鏈Ⅰ、第二支鏈Ⅱ、第三支鏈Ⅲ和第四支鏈Ⅳ，其中第一支鏈Ⅰ和第三支鏈Ⅲ連接所述的定平臺(tái)1和上動(dòng)平臺(tái)8，第二支鏈Ⅱ和第四支鏈Ⅳ連接所述的定平臺(tái)1和下動(dòng)平臺(tái)12，并且這四條支鏈結(jié)構(gòu)相同。本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于：所述四條支鏈的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置均采用了移動(dòng)副主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)形式，所述的移動(dòng)副在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，所述的導(dǎo)軌均勻分布在定平臺(tái)1的四周。體現(xiàn)在具體結(jié)構(gòu)上為:其第一支鏈Ⅰ的滑塊31與所述四邊形機(jī)構(gòu)的第五連桿4a固連，并且在導(dǎo)軌21上運(yùn)動(dòng)，而導(dǎo)軌21固定在定平臺(tái)1上。

實(shí)施例4

如圖4和圖6所示，與實(shí)施例2類似，機(jī)構(gòu)包括定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)71、第一支鏈Ⅰ、第二支鏈Ⅱ、第三支鏈Ⅲ和第四支鏈Ⅳ。本實(shí)施例與實(shí)施例2的不同點(diǎn)在于：所述四條支鏈的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置均采用了移動(dòng)副主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)形式，所述的移動(dòng)副在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。