一种主从支链分离式的二平动并联机器人

摘要

本发明公开一种主从支链分离式的二平动并联机器人，属于机器人技术领域。该机器人机构包括机架、动平台、主动支链、从动支链，主动支链和从动支链共同连接机架和动平台，主动支链由两个主动臂、连动杆、第一从动臂组成，从动支链由第一从动杆、连杆架、第二从动杆组成，两条支链成180度布置，主动支链有固定于所述机架上的驱动装置与主动臂连接，从动支链有球铰链、连杆架、从动杆与所述机架、动平台连接。本发明采用并联支链结构限制动平台的自由度，有效地解决了结构笨重和结构刚度和强度不足的问题，并且制作简单、安装调试方便，机构制造成本较低。

权利要求

1.一种主从支链分离式的二平动并联机器人，其特征在于该机器人包括机架（10）、动平台（6）、主动支链以及从动支链；所述的主动支链连接所述的机架（10）和动平台（6），所述的从动支链连接所述的机架（10）和动平台（6）；所述的主动支链由第一主动臂（4）、第二主动臂（2）、连动臂（3）以及从动臂（5）组成，所述的从动支链由第一从动连杆（9.1）、第二从动连杆（9.2）、第三从动连杆（7.1）、第四从动连杆（7.2）以及连杆架（8）组成；所述第一主动臂（4）的杆长与所述连动臂（3）的杆长相等，所述第一主动臂（4）与第二主动臂（2）同心设置，所述第一主动臂（4）与所述从动臂（5）之间采用转动铰链连接，所述第二主动臂（2）与所述连动臂（3）之间采用转动铰链连接，所述连动臂（3）与所述从动臂（5）之间采用转动铰链连接，所述从动臂（5）通过转动铰链与所述动平台（6）连接；所述第一主动臂（4）、第二主动臂（2）、连动臂（3）以及从动臂（5）的一部分构成平行四边形结构；所述的连杆架（8）包括衬架、回转中心轴，所述的衬架和回转中心轴铰接；所述的连杆架（8）连接所述的第一从动连杆（9.1）、第二从动连杆（9.2）、第三从动连杆（7.1）、第四从动连杆（7.2）；所述的第三从动连杆（7.1）、第四从动连杆（7.2）通过平面回转副与所述的连杆架（8）、动平台（6）连接；所述的第一从动连杆（9.1）、第二从动连杆（9.2）通过平面回转副与所述的连杆架（8）、机架（10）连接；所述的机架（10）、第一从动连杆（9.1）、第二从动连杆（9.2）、连杆架（8）通过运动副连接形成平行四边形结构；所述的连杆架（8）、第三从动连杆（7.1）、第四从动连杆（7.2）以及动平台（6）通过运动副连接形成平行四边形结构；所述机架（10）上设有第一驱动装置（1）、第二驱动装置（11），所述主动支链的第一主动臂（4）、第二主动臂（2）分别由所述第一驱动装置（1）、第二驱动装置（11）驱动。

2.根据权利要求1所述的一种主从支链分离式二平动并联机器人，其特征在于所述的第一驱动装置（1）以及第二驱动装置（11）采用伺服电机－减速器结构。

说明书

一种主从支链分离式的二平动并联机器人

技术领域：

[0001] 本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种主从支链分离式的二平动并联机器人。背景技术：

[0002] 轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装等作业往往需要末端执行器在空间中进行高速作业的机械手，因此采用多自由度空间并联机械手则显得没必要，或制造成本太高。专利CN1355087A公开了一种机器人机构，该机构包括机架、动平台和两个支链，所述动平台上设有执行器；所述机架的两端和中心位置分别安装伺服电机；所述动平台通过两个分支与机架连接，形成并联闭环结构；所述两个支链各含有两个平行四边形结构，分别作为驱动杆组和从动杆组，各运动件之间完全采用转动铰链连接；所述执行器由机架中心伺服电机通过传动轴带动移动或旋转。然而，在平动并联机器人机构中，采用动平台上的执行器通过传动轴与机架上的电机相连的方法缩小了机构的工作空间范围，限制了末端执行器加速度的提高，使得位置和姿态精度难以保证。
发明内容：

[0003] 本发明的目的正是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种主从支链分离式二平动并联机器人，该机器人机构是一种实现平面二自由度移动的并联机器人机构。

[0004] 本发明所提供一种主从支链分离式的二平动并联机器人包括机架10、动平台6、主动支链以及从动支链；所述的主动支链连接所述的机架10和动平台6，所述的从动支链连接所述的机架10和动平台6；所述的主动支链由第一主动臂4、第二主动臂2、连动臂3以及从动臂5组成，所述的从动支链由第一从动连杆9.1、第二从动连杆9.2、第三从动连杆7.1、第四从动连杆7.2以及连杆架8组成；所述第一主动臂4的杆长与所述连动臂3的杆长相等，所述第一主动臂4与第二主动臂2同心设置，所述第一主动臂4与所述从动臂5之间采用转动铰链连接，所述第二主动臂2与所述连动臂3之间采用转动铰链连接，所述连动臂3与所述从动臂5之间采用转动铰链连接，所述从动臂5通过转动铰链与所述动平台6连接；所述第一主动臂4、第二主动臂2、连动臂3以及从动臂5的一部分构成平行四边形结构；所述的连杆架8包括衬架、回转中心轴，所述的衬架和回转中心轴铰接；所述的连杆架
8连接所述的第一从动连杆9.1、第二从动连杆9.2、第三从动连杆7.1、第四从动连杆7.2；
所述的第三从动连杆7.1、第四从动连杆7.2通过平面回转副与所述的连杆架8、动平台6连接；所述的第一从动连杆9.1、第二从动连杆9.2通过平面回转副与所述的连杆架8、机架
10连接；所述的机架10、第一从动连杆9.1、第二从动连杆9.2、连杆架8通过运动副连接形成平行四边形结构；所述的连杆架8、第三从动连杆7.1、第四从动连杆7.2以及动平台6通过运动副连接形成平行四边形结构；所述机架10上设有第一驱动装置1、第二驱动装置11，所述主动支链的第一主动臂4、第二主动臂2分别由所述第一驱动装置1、第二驱动装置11驱动。

[0005] 所述驱动装置采用伺服电机－减速器结构。

[0006] 本发明由主动支链驱动动平台，从动支链配合主动支链限制动平台的运动轨迹，保证末端执行器有明确的运动路线和位置精度，支链的共同约束作用，限制了动平台的回转自由度，使动平台相对机架仅具有两个平动自由度，保证了机器人机构姿态稳定。两组驱动装置提供的运动驱动，使得该二平动自由度机器人机构具有确定的运动，保证了该机构位置精确。

[0007] 本发明具有以下特点：

[0008] (1)本发明的末端执行器的两自由度平动由不同的伺服电机驱动；

[0009] (2)本发明将两个动力源通过一个传动支链输送到执行器上。

[0010] (3)本发明的末端执行器由主动支链驱动，从动支链配合主动支链限制执行器的运动轨迹；保证末端执行器有明确的运动轨迹和位置精度，并且使得本发明结构简单、惯性小。

[0011] 本发明所提供的机器人机构，把有效提高了机构的灵活性，简化了并联机器人机构，同时较好地保持了机构的惯性小，高速度高加速度，高定位精度和重复定位精度的特点。

[0012] 本发明的有益效果是：把两个伺服电机同轴布置，改善了结构的受力情况。把两个伺服电机输出的动力汇合到主动支链上，使得从动支链不承受动力，只有结构约束作用，从而可以简化从动支链的结构，减轻整个机构的重量。两条支链中多处使用平行四边形结构，使得末端执行器有明确的运动规律和定位精度。附图说明：

[0013] 图1是本发明的结构示意图；

[0014] 图2是本发明机构的俯视结构示意图；

[0015] 图3是本发明机构中主动支链的平行四边形结构示意图；

[0016] 图4是本发明机构中从动支链的平行四边形结构示意图之一；

[0017] 图5是本发明机构中从动支链的平行四边形结构示意图之二。

[0018] 图中：1：第一驱动装置，2：第二主动臂，3：连动臂，4：第一主动臂，5：从动臂，6：动平台，7.1：第三从动连杆，7.2：第四从动连杆，8：连杆架，9.1：第一从动连杆，9.2：第二从动连杆,10：机架，11：第二驱动装置。
具体实施方式：

[0019] 本发明所提供的一种主从支链分离式二自由度并联机器人包括机架10、驱动装置、运动支链和动平台6。所述动平台6通过所述的运动支链与机架9形成闭环并联结构；所述运动支链包括主动支链和从动支链；所述主动支链、从动支链分别通过转动铰链连接动平台6；所述主动支链驱动末端执行器平动，所述从动支链和主动支链限制末端执行器的三个转动自由度和一个平动自由度。

[0020] 所述主动支链由第一驱动装置1、第二驱动装置11、第一主动臂4、第二主动臂2、连动臂3和从动臂5构成；所述第一主动臂4的杆长(见图3中的直线段B)等于连动臂3的杆长(见图3中的直线段D)；所述第一主动臂4和第二主动臂2相对于机架10在同一侧，且同心设置；所述第一主动臂4与所述从动臂5之间采用转动铰链连接，所述第二主动臂2与所述连动臂3之间采用转动铰链连接，所述连动臂3与所述从动臂5之间采用转动铰链连接；所述从动臂5通过转动铰链与所述动平台6连接；所述第一主动臂4、第二主动臂2、连动臂3和从动臂5构成平行四边形结构。

[0021] 见图2、图4、图5，所述从动支链由第一从动连杆9.1、第二从动连杆9.2、连杆架8、第三从动连杆7.1、第四从动连杆7.2构成；所述的第一从动连杆9.1的杆长等于所述的第二从动连杆9.2的杆长，所述的第三从动连杆7.1的杆长等于所述的第四从动连杆7.2的杆长；所述第一从动连杆9.1、第二从动连杆9.2的两端分别通过平面回转副与所述机架
10以及所述连杆架8的一端连接；所述第三从动连杆7.1、第四从动连杆7.2的两端分别和动平台6、连杆架8的另一端通过平面回转副连接；所述第一从动连杆9.1、第二从动连杆
9.2、机架10和连杆架8的一端构成平行四边形结构，所述第三从动连杆7.1、第四从动连杆
7.2、动平台6和连杆架8的另一端构成平行四边形结构；所述连杆架8的两端相对于所述连杆架8的中心相互垂直，所述连杆架8的两端分别通过球铰链与所述第一从动杆9.1、第二从动杆9.2以及所述第三从动杆7.1、第四从动杆7.2连接。

[0022] 所述机架10上设有第一驱动装置1和第二驱动装置11；所述主动支链的第一主动臂4、第二主动臂2分别由第一驱动装置1、第二驱动装置11驱动旋转，从而实现动平台6的二平动自由度；所述从动支链通过第一从动连杆9.1、第二从动连杆9.2、连杆架8和第三从动连杆7.1、第四从动连杆7.2连接机架10和动平台6，形成并联闭环连接；所述的主动支链和从动支链限制动平台的三个转动自由度和一个平动自由度；所述驱动装置采用了伺服电机－减速器的结构形式，为与其连接的主动臂提供一个转动自由度，为了达到同样目的，还可以采用扭矩电机驱动，为与其连接的主动臂提供一个转动自由度。在某种应用状况下，也可以采用直线电机的驱动方式，为与其连接的主动臂提供一个移动自由度。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。

[0023] 如图3、图4、图5所示，所述主动支链的平行四边形中，所述第二主动臂2为直线段C，所述连动臂3为直线段D，所述连动臂3上连接所述从动臂5的轴中心线和所述第一主动臂4上连接所述从动臂5的轴中心线的之间的连线为直线段A，所述第一主动臂4为直线段B，直线段A等于直线段C，直线段B等于直线段D，由平行四边形判定定理，可得该四条直线形成一个平行四边形，则安装于机架10上的第一驱动装置1、第二驱动装置11同样可以在机架10同一侧约束末端执行器的平动二自由度，且动平台6上存在一条直线在任何位置时平行于机架10上一条直线。所述从动支链的平行四边形中，所述第一从动杆9.1为直线段H、第二从动杆9.2为直线段F,所述连杆架8上连接所述第一从动杆9.1的轴中心和连接所述第二从动杆9.2的轴中心之间的连线为直线段G，所述机架10上连接所述第一从动杆9.1的轴中心和连接所述第二从动杆9.2的轴中心之间的连线为直线段K，所述第三从动杆7.1为直线段N、第四从动杆7.2为直线段L,所述连杆架8上连接所述第三从动杆7.1的轴中心和连接所述第四从动杆7.2的轴中心之间的连线为直线段R，所述动平台6上连接所述第三从动杆7.1的轴中心和连接所述第四从动杆7.2的轴中心之间的连线为直线段M，由平行四边形判定定理，可得该八条直线形成二个平行四边形。由于直线段K固定，直线段G和直线段R始终垂直，使得动平台6上也存在一条直线在任何位置时平行于机架10上一条直线。由于动平台6在主动支链和从动支链的约束下水平布置，且其存在一组相异的直线都平行于机架10，使得动平台始终平行于机架，进而使得末端执行器实现水平运动。