具有双动平台结构的四自由度并联机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种具有双动平台结构的四自由度并联机器人，所述机器人包括定平台、四个驱动装置、四个支链和动平台部件。四个驱动装置设在定平台上，每个驱动装置包括一个主动臂和用于驱动主动臂枢转的驱动单元；四个支链沿定平台的周向间隔开且一一对应地与四个主动臂相连，每个支链的上端通过第一虎克铰与主动臂相连；动平台部件设在定平台下方，动平台部件与四个支链的下端相连，每个支链通过第二虎克铰与动平台部件相连，动平台部件包括外动平台、内动平台和转动丝杠。本发明专利技术提出的机器人可以实现空间三个移动和一个转动自由度，具有动态特性好、整机刚度大、输出端定位和转角精度高等特点，易实现高速、高精度操作。

【技术实现步骤摘要】
具有双动平台结构的四自由度并联机器人
本专利技术涉及机器人领域，尤其是涉及一种具有双动平台结构的四自由度并联机器人。
技术介绍
塑料工业、电子产品工业、药品工业和食品工业是对我国国民经济有重要贡献。早期用于此类轻型生产流水线货品的包装、分拣、组合和拆解任务的工业机器人由串联机构实现。串联机构通过运动副依次连接而成，为开环结构，具有大的工业空间和高的灵活度，但其也具有明显的缺点：各运动副误差累积导致末端精度低、刚度低、惯性大、动力学性能不好。并联机构是一种闭环结构，其动平台部件通过至少两个独立的运动链与定平台相连接。与串联机构相比，并联机构具有刚度高、精度高、动力学性能好、结构紧凑等优点。基于并联机构的优点，CLAVEL提出了由三条对称支链构成的可实现三维平动的Delta并联机构(US4976582)，具有高速运动特征，在此构型的基础上，ABB公司研发了“Flexpicker”并联机器人并应用于食品包装生产线中代替人工完成食品等的快速分拣操作；为进一步增加拾取动作的柔性和效率，PIERROT等提出了具有四条支链，双动平台部件特征的可实现SCARA运动的H4并联机构(US2009019960和EP1084802)；随后Adept公司成功将其商业化，典型代表有“AdeptQuattrro”并联机器人。对于以上部分设计的优缺点，有文献进行了点评，不足之处总结如下：专利CN202592386指出专利US20090019960和EP1084802中H4机构动平台部件的多个部件处于同一平面内，使得动平台部件尺寸较大，不够紧凑，且相邻的两条支链驱动动平台部件的一个部件，传力效果不好，不利于提高机构效率；专利CN102229141指出专利US20090019960和EP1084802中动平台部件受驱动的部件只有两个，这两个部件相当于平行四边形的一组对边，这样的驱动方式不灵活，受力情况不均匀，不利于机构的顺畅运行。此外，现有高速并联机器人被动支链多采用开放式球铰和细长碳杆结构，难以实现高精度操作。综上，设计研发性能优异的四自由度并联机器人仍是机器人领域关注的热点问题，一款具有动态特性好、整机刚度大、输出端定位和转角精度高等特点，易实现高速、高精度操作的高性能四自由度并联机器人具有广阔的科研及应用前景。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种具有双动平台结构的四自由度并联机器人，所述具有双动平台结构的四自由度并联机器人具有动态特性好、整机刚度大、输出端定位和转角精度高等特点，易实现高速、高精度操作。根据本专利技术实施例的具有双动平台结构的四自由度并联机器人，包括定平台、四个驱动装置、四个支链和动平台部件。四个所述驱动装置设在所述定平台上，每个所述驱动装置包括一个主动臂和用于驱动所述主动臂枢转的驱动单元，所述驱动单元设置在所述定平台上；四个所述支链沿所述定平台的周向间隔开，四个所述支链一一对应地与四个所述主动臂相连，每个所述支链的上端通过第一虎克铰与所述主动臂相连，每个所述支链均为单根杆，每个所述第一虎克铰由两个垂直相交的第一转动副和第二转动副组成；所述动平台部件设在所述定平台下方，所述动平台部件与四个所述支链的下端相连，每个所述支链通过第二虎克铰与所述动平台部件相连，每个所述第二虎克铰由两个垂直相交的第一转动副和第二转动副组成；所述动平台部件包括外动平台、内动平台和转动丝杠，所述内动平台位于所述外动平台内且两端从所述外动平台内伸出，所述转动丝杠可枢转地设在所述外动平台和所述内动平台上，所述内动平台上设有螺纹孔，所述转动丝杠穿设在所述螺纹孔内，所述转动丝杠与所述螺纹孔之间为螺纹配合，所述外动平台的两端与两个所述支链相连，所述内动平台的两端与另两个所述支链相连，所述外动平台和所述内动平台沿所述转动丝杠的轴向相对移动时，所述转动丝杠转动，所述转动丝杠用于连接末端执行器；其中同一根所述支链上，所述第一虎克铰的第一转动副与所述第二虎克铰的第一转动副相互平行，所述第一虎克铰的第二转动副与所述第二虎克铰的第二转动副相互平行。根据本专利技术实施例的具有双动平台结构的四自由度并联机器人，定平台通过四个驱动链与双动平台相连，与传统的具有UPU支链的Delta机器人相比，取消了定平台与动平台之间的中间UPU悬链，工作空间增大，使用寿命延长。与Quattrro机器人相比，四个驱动装置与四个支链采用第一虎克铰相连，四个支链和动平台部件采用第二虎克铰相连，有效避免了开放式球铰和细长碳杆结构带来的低精度和低刚度问题。另外，根据本专利技术的具有双动平台结构的四自由度并联机器人，还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述转动丝杠与所述螺纹孔之间设有滚珠。在本专利技术的一些实施例中，所述外动平台包括：上拱板和下拱板，所述上拱板的两端与所述下拱板的两端相连，所述上拱板的中间部分向上拱起，所述下拱板的中间部分向下拱起，所述内动平台位于所述上拱板和所述下拱板之间。可选地，所述上拱板和所述下拱板的中心处均设有拱板穿孔，所述转动丝杠穿可枢转地设在所述上拱板、所述下拱板的所述拱板穿孔处。可选地，所述上拱板和所述下拱板为一体成型件。可选地，所述内动平台、所述外动平台、所述主动臂上设有减重孔。在本专利技术的一些实施例中，所述定平台包括：中心环和多对定耳，所述多对定耳连接在所述中心环的外周壁上，每对所述定耳之间连接一个定轴，所述主动臂连接所述定轴。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术实施例的具有双动平台结构的四自由度并联机器人的结构图。图2是根据本专利技术实施例的动平台部件的结构图。附图标记：四自由度并联机器人100、定平台1、中心环11、定耳12、驱动装置2、主动臂21、主动臂的枢转轴211、驱动单元22、支链3、第一虎克铰41、上链杆411、上承杆412、第二虎克铰42、下链杆421、下承杆422、动平台部件5、外动平台51、上拱板511、下拱板512、内动平台52、转动丝杠53、卡台531。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面参考图1-图2描述根据本专利技术实施例的具有双动平台结构的四自由度并联机器人100。根据本专利技术实施例的具有双动平台结构的四自由度并联机器人100，如图1所示，包括定平台1、四个驱动装置2、四个支链3和动平台部件5。四个驱动装置2设在定平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有双动平台结构的四自由度并联机器人，其特征在于，包括：定平台；四个驱动装置，四个所述驱动装置设在所述定平台上，每个所述驱动装置包括一个主动臂和用于驱动所述主动臂枢转的驱动单元，所述驱动单元设置在所述定平台上；四个支链，四个所述支链沿所述定平台的周向间隔开，四个所述支链一一对应地与四个所述主动臂相连，每个所述支链的上端通过第一虎克铰与所述主动臂相连，每个所述支链均为单根杆，每个所述第一虎克铰由两个垂直相交的第一转动副和第二转动副组成；动平台部件，所述动平台部件设在所述定平台下方，所述动平台部件与四个所述支链的下端相连，每个所述支链通过第二虎克铰与所述动平台部件相连，每个所述第二虎克铰由两个垂直相交的第一转动副和第二转动副组成；其中，所述动平台部件包括外动平台、内动平台和转动丝杠，所述内动平台位于所述外动平台内且两端从所述外动平台内伸出，所述转动丝杠可枢转地设在所述外动平台和所述内动平台上，所述内动平台上设有螺纹孔，所述转动丝杠穿设在所述螺纹孔内，所述转动丝杠与所述螺纹孔之间为螺纹配合，所述外动平台的两端与两个所述支链相连，所述内动平台的两端与另两个所述支链相连，所述外动平台和所述内动平台沿所述转动丝杠的轴向相对移动时，所述转动丝杠转动，所述转动丝杠用于连接末端执行器；其中，同一根所述支链的两端，所述第一虎克铰的第一转动副与所述第二虎克铰的第一转动副相互平行，所述第一虎克铰的第二转动副与所述第二虎克铰的第二转动副相互平行。...

【技术特征摘要】
1.一种具有双动平台结构的四自由度并联机器人，其特征在于，包括：定平台；四个驱动装置，四个所述驱动装置设在所述定平台上，每个所述驱动装置包括一个主动臂和用于驱动所述主动臂枢转的驱动单元，所述驱动单元设置在所述定平台上；四个支链，四个所述支链沿所述定平台的周向间隔开，四个所述支链一一对应地与四个所述主动臂相连，每个所述支链的上端通过第一虎克铰与所述主动臂相连，每个所述支链均为单根杆，每个所述第一虎克铰由两个垂直相交的第一转动副和第二转动副组成；动平台部件，所述动平台部件设在所述定平台下方，所述动平台部件与四个所述支链的下端相连，每个所述支链通过第二虎克铰与所述动平台部件相连，每个所述第二虎克铰由两个垂直相交的第一转动副和第二转动副组成；其中，所述动平台部件包括外动平台、内动平台和转动丝杠，所述内动平台位于所述外动平台内且两端从所述外动平台内伸出，所述转动丝杠可枢转地设在所述外动平台和所述内动平台上，所述内动平台上设有螺纹孔，所述转动丝杠穿设在所述螺纹孔内，所述转动丝杠与所述螺纹孔之间为螺纹配合，所述外动平台的两端与两个所述支链相连，所述内动平台的两端与另两个所述支链相连，所述外动平台和所述内动平台沿所述转动丝杠的轴向相对移动时，所述转动丝杠转动，所述转动丝杠用于连接末端执行器；其中，同一根所述支链的两端...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辛军，孟齐志，谢福贵，韩刚，汪劲松，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11