CN111604883A - 多自由度高性能混联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度高性能混联机器人，包括有静平台、转动件、第一外圈、第二外圈、四条主动伸缩腿、动平台、以及连接在动平台末端的两自由度转头；所述第一主动伸缩腿和第三主动伸缩腿均贯穿于转动件；并分别通过转动副与转动件相连，所述转动件通过转动副与静平台相连，所述第一主动伸缩腿和第三主动伸缩腿末端均通过转动副与动平台相连；所述第二伸缩腿与第四伸缩腿对称分布在转动件的两侧；所述第二主动伸缩腿、第四主动伸缩腿分别贯穿于第一外圈和第二外圈，且分别通过转动副与对应外圈相连；两个外圈均与静平台转动连接；所述第二伸缩腿与第四伸缩腿末端均通过球副与动平台相连；本发明构件数目少，制造成本低。

Description

多自由度高性能混联机器人

技术领域

本发明属于混联机器人领域，特别是一种可实现多自由度数目的混联机器人。

背景技术

混联机器人机构由于可同时兼顾机床和关节机器人的特点，具有刚度大、承载能力强、误差累积小、动态性能好等优点，近年来被广泛应用于众多技术领域。

专利GB2173472所公开的一类带定位头的空间混联机器人，包括三个可沿轴向伸长或缩短的主动调节装置，此类机器人由于与连接定位头的主动长度调节装置的铰链为三自由度铰链，且各长度调节装置分别通过一个二自由度铰链与机架连接，导致机构铰链数目和构件数目居多，结构复杂。专利CN102699899A所公开的一种过约束高刚度多坐标混联机器人，同样包括三个可沿轴向伸长或缩短的主动调节装置和一条从动调节装置；该机器人减少了机构中铰链自由度数目，但为过约束机构，对零部件的制造和安装有很严格的要求。此外，各长度调节装置分别通过一个二自由度铰链与机架连接，使得结构复杂、运动构件数量较多，而且机架制造工艺比较复杂。专利CN1212221C公开了一种四自由度混联机器人，由具有两自由度的并联机构和与之串联的二自由度转头组成。然而此机器人的并联部分仅能实现平面运动，需要串接在平动或转动自由度的机构上才能实现空间运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现多自由度数目的混联机器人，以减少构件数目、降低制造成本，便于实现模块化的多自由度混联机器人。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种多自由度高性能混联机器人，包括有静平台、转动件、第一外圈、第二外圈、四条主动伸缩腿、动平台、以及连接在动平台末端的两自由度转头；

所述第一主动伸缩腿和第三主动伸缩腿均贯穿于转动件；并分别通过转动副与转动件相连，所述转动件通过转动副与静平台相连，所述第一主动伸缩腿和第三主动伸缩腿末端均通过转动副与动平台相连；

所述第二伸缩腿与第四伸缩腿对称分布在转动件的两侧；所述第二主动伸缩腿、所述第四主动伸缩腿分别贯穿于第一外圈和第二外圈，且分别通过转动副与对应外圈相连；所述第一外圈和第二外圈均与静平台转动连接；所述第二伸缩腿与第四伸缩腿末端均通过球副与动平台相连；

所述第一主动伸缩腿和转动件的转动轴线、第三主动伸缩腿和转动件的转动轴线、第一主动伸缩腿和动平台的转动轴线、以及第三主动伸缩腿和动平台的转动轴线，共四条轴线相互平行；所述第一主动伸缩腿和转动件的转动轴线、第三主动伸缩腿和转动件的转动轴线，均与转动件和静平台的转动轴线垂直相交；

所述第二主动伸缩腿和第一外圈的转动轴线，与第一外圈和静平台的转动轴线垂直相交；所述第四主动伸缩腿和第二外圈的转动轴线，与第二外圈和静平台的转动轴线垂直相交。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明第一支链与第三支链结构相同，且共用一个转轴，仅需通过转动副与转轴和静平台连接，可有效减少铰链数量。

(2)第一支链和第三支链采用矩形结构，且长边为连接所述主动伸缩腿与动平台所在转动轴线的方向，有利于支链约束刚度，进而提升整机的刚度；

(3)通过增加制动器约束可实现机器人自由度数目的改变，使机器人具有不同的操作模式，且在增加约束的同时，也增加了机器人的刚度和精度。

(4)本发明的多自由度高性能混联机器人只包含静平台、连接件、支链、动平台和转头五个模块，通过改变某个模块，可使机器人具有不同的功能和造型，即可实现模块化设计和制造。

附图说明

图1为实施例1中混联机器人总体结构示意图。

图2为实施例1中第一、第三主动伸缩腿的结构示意图。

图3为实施例1中第二、第四主动伸缩腿的结构示意图。

图4为实施例1中机器人与机架连接示意图。

图5为实施例2中混联机器人总体结构示意图。

图6为实施例2中机器人与机架连接示意图。

图7为实施例3中机器人与机架连接示意图。

图8为实施例4中机器人与机架连接示意图。

图9为实施例5中机器人与机架连接示意图。

图10为实施例6中机器人总体结构示意图。

图11为实施例6中机器人与机架连接示意图。

图12为实施例7中机器人总体结构示意图。

图13为实施例7中机器人与机架连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

实施例1

结合图1，本实施例的一种多自由度高性能混联机器人，包括有静平台1、转轴2、两个外圈3～4、四条主动伸缩腿5～8，动平台10、以及连接在动平台10末端的两自由度转头11；所述第一主动伸缩腿5与第三主动伸缩腿7结构相同，所述第一主动伸缩腿5和第三主动伸缩腿7均贯穿于转轴2，并分别通过转动副与转轴2相连，所述转轴2通过转动副与静平台1相连，所述第一主动伸缩腿5和第三主动伸缩腿7末端均通过转动副与动平台10相连；

所述第一主动伸缩腿5和转轴2的转动轴线、第三主动伸缩腿7和转轴2的转动轴线、第一主动伸缩腿5和动平台10的转动轴线、以及第三主动伸缩腿7和动平台10的转动轴线，共四条轴线相互平行；所述第一主动伸缩腿5和转轴2的转动轴线、第三主动伸缩腿7和转轴2的转动轴线，均与转轴2和静平台1的转动轴线垂直相交；

第二主动伸缩腿6与第四主动伸缩腿8结构相同，且所述第二伸缩腿6与第四伸缩腿8对称分布在转轴2的两侧。

所述第二主动伸缩腿6贯穿于第一外圈3，并通过转动副与第一外圈3相连，所述第一外圈3与静平台1转动连接；所述第二主动伸缩腿6和第一外圈3的转动轴线，与第一外圈3和静平台1的转动轴线垂直相交。所述第二主动伸缩腿6的末端通过球副9与动平台10相连。

所述第四主动伸缩腿8贯穿于第二外圈4，并通过转动副与第二外圈4相连，所述第二外圈4与静平台1转动连接；所述第四主动伸缩腿8和第二外圈4的转动轴线，与第二外圈4和静平台1的转动轴线垂直相交。所述第四主动伸缩腿8的末端通过球副9与动平台10相连。

结合图2，所述第一主动伸缩腿5与第三主动伸缩腿7内均设有丝杠导轨副，所述第一主动伸缩腿5与第三主动伸缩腿7的缸体15截面形状均为长方形，且长边方向为连接所述主动伸缩腿5、7与动平台10所在转动轴线的方向，有利于支链约束刚度，进而提升整机的刚度。伸缩杆16前端设有转头17与动平台10相连，驱动电机13通过电机座14与缸体15相连，缸体15内设有导轨对伸缩杆16的运动进行导向，并通过连接的驱动电机13控制丝杠导轨副直线运动，实现第一主动伸缩腿5或第三主动伸缩腿7的主动移动。结合图3，所述第二主动伸缩腿6与第四主动伸缩腿8内部设有丝杠副和导向键，所述第二主动伸缩腿6、第四主动伸缩腿8截面形状均为圆形，驱动电机18通过电机座19与缸体20相连，缸体20上设有导向键对伸缩杆21的运动进行导向，并通过连接的驱动电机18控制丝杠副直线运动，实现第二主动伸缩腿6或第四主动伸缩腿8的主动移动。结合图4，将机器人的静平台1与机架28相连，可搭建如图4所示的四自由度加工装备。

实施例2

结合图5，本实施例的多自由度高性能混联机器人，在实施例1的基础上还加装有制动器12，所述制动器12固定在静平台1上，制动器12输出端与转轴2固接，通过制动器12控制转轴2与静平台1的转动或相对静止，从而可控制机器人的自由度数目。结合图6，将机器人的静平台1与机架28相连，可搭建如图6所示的三/四自由度制造装备。

实施例3

结合图7，本实施例的多自由度高性能混联机器人，在实施例2的基础上，将机器人的静平台1与机架28相连；所述机架28配有竖直方向的长行程导轨，将机器人的静平台1通过滑块与导轨配合，滑块与丝杠螺纹连接，丝杠两端通过轴承座支撑，通过机架28上固定的电机带动丝杠转动，带动滑块控制机器人竖直方向的移动，可搭建如图7所示的加工装备。

实施例4

结合图8，本实施例的多自由度高性能混联机器人，在实施例2的基础上，将机器人的静平台1与机架28相连；在机架28配有水平方向的长行程导轨，静平台1通过滑块与导轨配合，通过电机带动丝杠驱动滑块，控制机器人水平方向的移动，可搭建如图8所示的加工装备。

实施例5

结合图9，本实施例的多自由度高性能混联机器人，在实施例2的基础上，将机器人的静平台1与机架28相连；在机架28配有说X轴长行程导轨，机架28与平台之间配有Y轴方向两个相垂直的方向的长行程导轨，静平台1通过滑块与机架28上导轨配合，机架28通过滑块与平台上导轨配合；分别通过电机带动丝杠驱动滑块，控制机器人X轴、Y轴方向的移动，可搭建如图9所示的加工装备。

实施例6

结合图10，本实施例的多自由度高性能混联机器人，在实施例1的基础上还加装有制动器12、第一锥齿轮23、第二锥齿轮24；所述制动器12固定在静平台1上，制动器12输出端与第一锥齿轮23固接，所述第二锥齿轮24与转轴25固接，所述第一锥齿轮23与第二锥齿轮24相配合。结合图11，将机器人的静平台1与机架28相连，可搭建如图11所示的加工装备。

实施例7

结合图12，本实施例的多自由度高性能混联机器人，包括静平台1、四个外圈3、4、26、27，动平台10，四条主动伸缩腿5～8，以及连接在动平台10末端的两自由度转头11；与实施例1的区别在于，实施例1中所述第一主动伸缩腿5与第三主动伸缩腿7均贯穿于转轴2，并分别通过转动副与转轴2相连，所述转轴2通过转动副与静平台1相连；本实施例中的第一主动伸缩腿5与第三主动伸缩腿7分别贯穿于第三外圈26、第四外圈27，并分别通过转动副与第三外圈26、第四外圈27相连，所述第三外圈26第四外圈27通过分别通过转动副与静平台1相连。

所述第一主动伸缩腿5和第三外圈26的转动轴线，与第三外圈26和静平台1的转动轴线垂直相交；所述第三主动伸缩腿7和第四外圈27的转动轴线，与第四外圈27和静平台1的转动轴线垂直相交；所述第一主动伸缩腿5和第一外圈26的转动轴线，与第三主动伸缩腿7和第三外圈27的转动轴线共线。

所述第一主动伸缩腿5和第三外圈26的转动轴线、第一主动伸缩腿5和动平台10的转动轴线、第三主动伸缩腿7和第四外圈27的转动轴线、第三主动伸缩腿7和动平台10的转动轴线共四条直线相互平行。

结合图13，将机器人的静平台1与机架28相连，可搭建如图11所示的加工装备。

Claims (10)

1.一种多自由度高性能混联机器人，包括有静平台(1)、转动件、第一外圈(3)、第二外圈(4)、四条主动伸缩腿(5～8)、动平台(10)、以及连接在动平台(10)末端的两自由度转头(11)；其特征在于，

第一主动伸缩腿(5)和第三主动伸缩腿(7)均贯穿于转动件；并分别通过转动副与转动件相连，所述转动件通过转动副与静平台(1)相连，所述第一主动伸缩腿(5)和第三主动伸缩腿(7)末端均通过转动副与动平台(10)相连；

所述第二伸缩腿(6)与第四伸缩腿(8)对称分布在转动件的两侧；所述第二主动伸缩腿(6)、第四主动伸缩腿(8)分别贯穿于第一外圈(3)和第二外圈(4)，且分别通过转动副与对应外圈相连；所述第一外圈(3)和第二外圈(4)均与静平台(1)转动连接；所述第二伸缩腿(6)与第四伸缩腿(8)末端均通过球副与动平台(10)相连；

连接所述第一主动伸缩腿(5)和转动件的转动轴线、连接第三主动伸缩腿(7)和转动件的转动轴线、连接第一主动伸缩腿(5)和动平台(10)的转动轴线、以及连接第三主动伸缩腿(7)和动平台(10)的转动轴线，共四条轴线相互平行；连接所述第一主动伸缩腿(5)和转动件的转动轴线、连接第三主动伸缩腿(7)和转动件的转动轴线，均与连接转动件和静平台(1)的转动轴线垂直相交；

连接所述第二主动伸缩腿(6)和第一外圈(3)的转动轴线，与连接第一外圈(3)和静平台(1)的转动轴线垂直相交；连接所述第四主动伸缩腿(8)和第二外圈(4)的转动轴线，与连接第二外圈(4)和静平台(1)的转动轴线垂直相交。

2.根据权利要求1所述的多自由度高性能混联机器人，其特征在于，所述转动件为转轴(2)，所述转轴(2)通过转动副与静平台(1)相连；所述第一主动伸缩腿(5)和第三主动伸缩腿(7)均贯穿于转轴(2)，均通过转动副与转轴(2)相连。

3.根据权利要求1所述的多自由度高性能混联机器人，其特征在于，所述转动件为第三外圈(26)和第四外圈(27)；所述第三外圈(26)第四外圈(27)通过分别通过转动副与静平台(1)相连；第一主动伸缩腿(5)与第三主动伸缩腿(7)分别贯穿于第三外圈(26)、第四外圈(27)，并分别通过转动副与第三外圈(26)、第四外圈(27)相连。连接所述第三外圈(26)和静平台(1)的转动轴线与连接所述第四外圈(27)和静平台(1)的转动轴线同轴。

4.根据权利要求1和2所述的多自由度高性能混联机器人，其特征在于，还包括制动器(12)，所述制动器(12)固定在静平台(1)上，制动器(12)输出端与转轴(2)固接。

5.根据权利要求1和2所述的多自由度高性能混联机器人，其特征在于，还包括制动器(12)、支撑杆(22)、第一锥齿轮(23)、第二锥齿轮(24)，所述支撑杆(22)固接在静平台(1)上，所述制动器(12)固定在支撑杆(22)上，制动器(12)输出端与第一锥齿轮(23)固接，所述第二锥齿轮(24)与转轴(2)固接，所述第一锥齿轮(23)与第二锥齿轮(24)相配合。

6.根据权利要求1-5任一项所述的多自由度高性能混联机器人，其特征在于，所述静平台(1)与机架(28)固接。

7.根据权利要求1-5任一项所述的多自由度高性能混联机器人，其特征在于，所述静平台(1)通过主动移动副与机架(28)相连。

8.根据权利要求7任一项所述的多自由度高性能混联机器人，其特征在于，所述主动移动副为竖直方向设置。

9.根据权利要求7任一项所述的多自由度高性能混联机器人，其特征在于，所述主动移动副为水平方向设置。

10.根据权利要求9任一项所述的多自由度高性能混联机器人，其特征在于，所述机架(28)通过主动移动副与平台(29)相连。

Images