四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及用于機(jī)器人領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具體涉及一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]串聯(lián)式SCARA機(jī)器人具有四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，包括X、Y、Z方向的平動(dòng)自由度和繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，廣泛應(yīng)用于搬取、裝配、焊接等工業(yè)領(lǐng)域，但是其承載能力和動(dòng)態(tài)性能較差，慣性較大，剛度和精度不高。并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由多個(gè)支鏈構(gòu)成的閉環(huán)機(jī)構(gòu)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得該類機(jī)構(gòu)具有更高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，更容易實(shí)現(xiàn)高速高加速度運(yùn)動(dòng)。有人提出一種Delta三自由度空間平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其具有運(yùn)動(dòng)速度快、定位精確、成本低、效率高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于加工、裝配等操作中。有人將Delta機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化為平面機(jī)構(gòu)Diamond，但只有兩個(gè)自由度，功能比較單一;某團(tuán)隊(duì)相繼發(fā)明了四支鏈的H4、14、HeI i4及Par4等機(jī)構(gòu)，其中具有四支鏈、雙動(dòng)平臺(tái)的可實(shí)現(xiàn)S C A R A運(yùn)動(dòng)的H 4型并聯(lián)機(jī)構(gòu)成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，典型的代表產(chǎn)品如A d e P tQuattro系列，但是該類并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且運(yùn)動(dòng)學(xué)特性復(fù)雜；還有人提出一種可實(shí)現(xiàn)SCARA運(yùn)動(dòng)的四自由度單動(dòng)平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)化，但是工作空間有限，轉(zhuǎn)角較小，并且存在多個(gè)球鉸，加工難度大，精度難以保證。目前用于高速抓取作業(yè)的高速少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)以兩自由度、三自由度居多，往往難以滿足生產(chǎn)線的要求;而用于高速抓取作業(yè)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間受限，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，奇異位形較多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，從而能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)、改善工作空間、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)范圍、減少奇異位形和提高定位精度。
[0004]為了解決上述已有機(jī)構(gòu)存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、第一支鏈和第二支鏈，所述第一支鏈和第二支鏈分別與所述定平臺(tái)和所述動(dòng)平臺(tái)連接從而形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，
[0005]所述第一支鏈和第二支鏈包括第一單元、第二單元和第一連接件，所述第一單元和所述第二單元通過所述第一連接件可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，其中，所述第一單元與所述第一連接件組成第一機(jī)構(gòu)，所述第二單元與所述第一連接件組成第二機(jī)構(gòu)，以及所述第一機(jī)構(gòu)可活動(dòng)地連接于所述定平臺(tái)，所述第二機(jī)構(gòu)可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述動(dòng)平臺(tái)，其中
[0006]所述第一機(jī)構(gòu)在第一平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)并具有兩個(gè)平動(dòng)自由度，所述第二機(jī)構(gòu)在第二平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)并具有兩個(gè)平動(dòng)自由度，且所述第一平面與所述第二平面相互垂直，以及
[0007]通過線性驅(qū)動(dòng)所述第一機(jī)構(gòu)在所述第一平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所述第二機(jī)構(gòu)在所述第二平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)所述動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)所述動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
[0008]較佳地，所述定平臺(tái)包括兩條分離導(dǎo)軌。
[0009]較佳地，所述兩條分離導(dǎo)軌相互平行。
[0010]較佳地，所述第二單元包括至少兩根連桿和第二連接件，所述兩根連桿可分別轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第一連接件和所述第二連接件，所述第一單元和所述第二單元通過所述第一連接件可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，所述第二連接件與所述動(dòng)平臺(tái)可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。
[0011 ]較佳地，所述第二機(jī)構(gòu)包括兩根連桿、第一連接件和第二連接件，且所述第一連接件、所述第二連接件和兩根連桿形成平行四邊形機(jī)構(gòu)。
[0012 ]較佳地，所述平行四邊形機(jī)構(gòu)含有4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。
[0013]較佳地，所述定平臺(tái)包括兩條分離導(dǎo)軌，所述第一單元包括連桿和滑塊，所述滑塊安裝于所述兩條分離導(dǎo)軌上并能夠在所述兩條分離導(dǎo)軌上進(jìn)行線性運(yùn)動(dòng)，所述第一單元的連桿的一端連接于所述滑塊并能夠在所述第一平面內(nèi)相對(duì)于所述滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第一單元的連桿的另一端連接于所述第一連接件并能夠在所述第一平面內(nèi)相對(duì)于所述第一連接件轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0014]較佳地，所述第一單元包括至少三根連桿、第一滑塊和第二滑塊，所述三根連桿的其中兩根的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第一滑塊，所述三根連桿的其中兩根的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第一連接件，所述三根連桿的另外一根的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第二滑塊，以及所述三根連桿的另外兩根的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第一連接件。
[0015]較佳地，連接到所述第一滑塊的兩根連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線不重合并垂直于所述第一平面，以及連接到所述第二滑塊的連桿與連接到所述第一滑塊的連桿中的一根通過共同的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接于所述第一連接件。
[0016]較佳地，所述三根連桿的每一根的兩端均具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)副。
[0017]較佳地，所述第一單元包括四根連桿、第一滑塊和第二滑塊，所述四根連桿的其中兩根的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第一滑塊，所述四根連桿的其中兩根的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第一連接件，所述四根連桿的另外兩根的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第二滑塊，以及所述四根連桿的另外兩根的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第一連接件。
[0018]較佳地，連接到相同滑塊的連桿具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，連接到所述第一滑塊的其中一根連桿與連接到所述第二滑塊的其中一根連桿通過共同的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接于所述第一連接件，以及連接到所述第一滑塊的另一根連桿與連接到所述第二滑塊的另一根連桿通過共同的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接于所述第一連接件。
[0019]較佳地，連接到所述第一滑塊的兩根連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合并垂直于所述第一平面，以及連接到所述第二滑塊的兩根連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線不重合并垂直于所述第一平面。
[0020]較佳地，所述四根連桿的每一根的兩端均具有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)副。
[0021]較佳地，所述第一單元與所述第一連接件組成兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，且該兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)只能在所述第一平面內(nèi)進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)。
[0022]較佳地，所述第一單元與所述第一連接件組成兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，且其中一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)只能在所述第一平面內(nèi)進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)，以及另一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)只能在與第一平面垂直的平面內(nèi)進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)。
[0023]較佳地，所述第一支鏈和第二支鏈分別含有13個(gè)運(yùn)動(dòng)副，所述13個(gè)運(yùn)動(dòng)副包括2個(gè)移動(dòng)副和11個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。
[0024]較佳地，所述第一支鏈的第一單元包括三根連桿和兩塊滑塊，以及所述第二支鏈的第一單元包括四根連桿和兩塊滑塊。
[0025]較佳地，所述第二單元包括兩根連桿和第二連接件，所述第二單元的所述兩根連桿可分別轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第一連接件和所述第二連接件，并可相對(duì)于所述第一連接件和所述第二連接件在所述第二平面內(nèi)運(yùn)動(dòng);所述第一單元包括四根連桿、第一滑塊和第二滑塊，其中，所述四根連桿的其中兩根的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第一滑塊上，所述四根連桿的其中兩根的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第一連接件上，以及所述四根連桿的另外兩根的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第二滑塊上，所述四根連桿的另外兩根的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述第一連接件上。
[0026]較佳地，所述定平臺(tái)包括兩條分離的第一導(dǎo)軌，所述第一單元包括縱向件，所述縱向件上設(shè)有第二導(dǎo)軌，以及所述縱向件安裝于所述第一導(dǎo)軌上并能夠在所述第一導(dǎo)軌上進(jìn)行線性運(yùn)動(dòng)且僅僅具有一個(gè)平動(dòng)自由度，所述第一連接件安裝于所述第二導(dǎo)軌上并能夠在所述第二導(dǎo)軌上進(jìn)行線性運(yùn)動(dòng)且僅僅具有一個(gè)平動(dòng)自由度，其中，所述第二導(dǎo)軌垂直于所述第一導(dǎo)軌。
[0027]較佳地，所述兩條分離導(dǎo)軌相互平行。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下突出優(yōu)點(diǎn):
[0029](I)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)可采用線性驅(qū)動(dòng)方式，如利用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)、十字滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)加滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)等；
[0030](2)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)若采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，每條支鏈上的兩臺(tái)直線電機(jī)可共用一個(gè)定子，有利于降低成本和實(shí)現(xiàn)輕量化；
[0031](3)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)沿導(dǎo)軌方向和垂直于導(dǎo)軌所在平面方向的快速響應(yīng)，沿導(dǎo)軌方向的工作空間僅受導(dǎo)軌長度的限制，且機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)角度大，因而有利于增大整個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間；
[0032](4)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單、奇異位形少、定位精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化裝配、物料拾取、分揀、包裝等工業(yè)領(lǐng)域。
[0033](5)該四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)采用“4-2-1”布置方案，不同于傳統(tǒng)的“4-1”布置方案，且該并聯(lián)機(jī)構(gòu)含有平行四邊形機(jī)構(gòu)，可充分發(fā)揮其平面運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單且有利于提高支撐剛度。
【附圖說明】
[0034]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的立體示意圖；
[0035]圖2-4是圖1所示的并聯(lián)機(jī)構(gòu)在不同狀態(tài)的立體示意圖；
[0036]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的立體示意圖；
[0037]圖6是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的立體示意圖；
[0038]圖7是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的立體示意圖；以及
[0039]圖8-10是圖7所示的并聯(lián)機(jī)構(gòu)在不同狀態(tài)的立體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，以便更清楚地理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。應(yīng)理解的是，附圖所示的實(shí)施例并不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，而只是為了說明本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)精神。
[0041 ] 術(shù)語說明:
[0042]第一平面:指的是與本文附圖坐標(biāo)系中YOZ平面平行的平面；<