具有双闭环支链结构的三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闭环支链结构的三自由度并联机器人，包括：定平台；动平台；三个驱动装置和三个子支链。每个驱动装置包括主动臂和驱动单元，主动臂具有与其转轴相垂直且过参考线的参考面。每个主动臂上铰接有末端支架，定平台与每个主动臂、对应的末端支架、加强杆构成上平行四边形。每个末端支架与动平台之间连接有一个子支链，每个子支链中上轴杆设在末端支架上，下轴杆设在动平台上，两链杆与两轴杆形成下平行四边形，轴杆与链杆球面铰接。当动平台位于定平台正下方时，三个上平行四边形、三个下平行四边形分别相对参考线呈中心对称。每个上轴杆与对应参考面之间夹相同角度。本发明专利技术的三自由度并联机器人可实现高速高加速运动。

【技术实现步骤摘要】
具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人
本专利技术涉及并联机器人领域，尤其涉及一种具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人。
技术介绍
塑料工业、电子产品工业、药品工业和食品工业对我国国民经济有重要贡献。为提高这些产业生产效率，各种产品的生产流水线被不断开发使用。然而，我国目前所属产业的轻型生产流水线货品的包装、分拣、组合和拆解任务仍大部分采用人工劳动，这一方面导致人力生产成本居高不下，另一方面也不利于发挥出生产流水线的潜在生产效率。我国产业竞争力正在下降，产业自动化程度急需提高。引入工业机器人技术成为解决上述问题的不可或缺的重要手段。早期用于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，具有大的工作空间和高的灵活度，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、难以保障高速状态下机器人的动态性能。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。具有三移动自由度的并联机构机器人在高速分拣领域有着广阔的应用前景，如何设计满足功能需求且机构组成简单的具有三移动自由度的高速并联机器人，是各国学者研究的重点之一。
技术实现思路
本专利技术旨在面向工业领域对具有三移动自由度的并联机构机器人的应用需求，提出一种具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人，所述具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人具有动态性能优异、结构紧凑且运动灵活等优点，可实现高速、高加速运动。根据本专利技术实施例的一种具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人，包括：定平台，所述定平台具有参考线；动平台；三个驱动装置，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转动的驱动单元，所述驱动单元设置在所述定平台上，每个所述主动臂均具有与其转轴相垂直且过所述参考线的参考面，每个所述主动臂上铰接有末端支架，所述末端支架通过加强杆与所述定平台相连，所述定平台与每个所述主动臂、对应的所述末端支架、所述加强杆构成上平行四边形；三个子支链，每个所述末端支架与所述动平台之间均连接有一个所述子支链，每个所述子支链均包括：两个轴杆和两个链杆，两个所述轴杆平行设置，两个所述轴杆分别为上轴杆和下轴杆，所述上轴杆设在所述末端支架上，所述下轴杆设在所述动平台上，两个所述链杆的两端分别与两个所述轴杆相连形成下平行四边形，每个所述轴杆与每个所述链杆之间为球面铰接；其中，三个所述主动臂沿所述定平台的周向均匀间隔设置，当三个所述主动臂相对所述参考线的转角一致时，三个所述上平行四边形相对所述参考线呈中心对称，三个所述下平行四边形相对所述参考线呈中心对称；所述定平台与每个所述主动臂、对应的所述末端支架、所述加强杆构成的所述上平行四边形，形成为第一闭环；两个所述链杆的两端分别与两个所述轴杆相连形成的所述下平行四边形，形成为第二闭环；所述第一闭环与所述第二闭环共同构成所述三自由度并联机器人的双闭环支链结构；另外，每个所述上轴杆与对应的所述主动臂的所述参考面之间呈固定夹角，该夹角大于0度且小于等于90度，该夹角在机器人设计之初可以根据机器人的应用条件进行适应性调整。根据本专利技术实施例的具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人，通过在三个并联的运动链上设置上下两个平行四边形杆组，且下平行四边形杆组上的上轴杆与主动臂的参考面之间呈固定夹角的布局设计，使得末端动平台可实现沿X轴、Y轴和Z轴三个方向的移动自由度，该机器人运动学简洁、动态性能良好，可实现高速高加速运动。可选地，每个所述上轴杆与对应的所述主动臂的所述参考面之间的夹角为45度。在一些实施例中，所述定平台包括中心盘和三个连接板，所述三个连接板一体形成在所述中心盘的外周上，三个所述驱动装置分别连接在三个所述连接板上。具体地，所述中心盘为圆形环，三个所述连接板均匀间隔开地沿切向连接在所述中心盘上。在一些实施例中，每个所述子支链中，两个所述链杆之间连接有至少一个抗扭杆，所述抗扭杆与所述轴杆相平行设置。具体地，每个所述链杆上均设有沿其长度方向延伸的滑孔，所述抗扭杆的转轴穿设在所述滑孔内。在一些实施例中，所述动平台包括中心板和多对耳板，所述中心板为三角形，每对所述耳板连接在所述中心板的一个边上，每对所述耳板包括间隔开的设有耳孔的两个耳板，每个所述下轴杆连接在一对所述耳板的所述耳孔上。在一些实施例中，所述主动臂上设有减重孔。在一些实施例中，所述末端支架包括：支板，所述主动臂铰接在所述支板上；一对上延伸耳，一对所述上延伸耳设在所述支板的一侧，所述加强杆铰接在一对所述上延伸耳之间；两对下延伸耳，两对所述下延伸耳连接在所述支板的另一侧，每对所述下延伸耳上连接一个所述子支链的所述上轴杆。在一些实施例中，所述加强杆两端与所述末端支架的所述上延伸耳以及所述定平台的所述连接板之间均通过鱼眼球头螺栓连接。由此能够使所述加强杆在装配时允许小范围误差。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是本专利技术实施例的具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人的结构示意图。附图标记：三自由度并联机器人100、定平台1、参考线101、中心盘11、连接板12、驱动装置2、主动臂21、减重孔211、驱动单元22、子支链3、轴杆31、上轴杆311、下轴杆312、链杆32、滑孔321、抗扭杆33、动平台4、中心板41、耳板42、耳孔421、末端支架5、支板51、上延伸耳52、下延伸耳53、加强杆6。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。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描述根据本专利技术实施例的具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人100。根据本专利技术实施例的一种具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人100，包括：定平台1、动平台4、三个驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人，其特征在于，包括：定平台，所述定平台具有参考线；动平台；三个驱动装置，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转动的驱动单元，所述驱动单元设置在所述定平台上，每个所述主动臂均具有与其转轴相垂直且过所述参考线的参考面，每个所述主动臂上铰接有末端支架，所述末端支架通过加强杆与所述定平台相连，所述定平台与每个所述主动臂、对应的所述末端支架、所述加强杆构成上平行四边形；三个子支链，每个所述末端支架与所述动平台之间均连接有一个所述子支链，每个所述子支链均包括：两个轴杆和两个链杆，两个所述轴杆平行设置，两个所述轴杆分别为上轴杆和下轴杆，所述上轴杆设在所述末端支架上，所述下轴杆设在所述动平台上，两个所述链杆的两端分别与两个所述轴杆相连形成下平行四边形，每个所述轴杆与每个所述链杆之间为球面铰接；其中，三个所述主动臂沿所述定平台的周向均匀间隔设置，当三个所述主动臂相对所述参考线的转角一致时，三个所述上平行四边形相对所述参考线呈中心对称，三个所述下平行四边形相对所述参考线呈中心对称；所述定平台与每个所述主动臂、对应的所述末端支架、所述加强杆构成的所述上平行四边形，形成为第一闭环；两个所述链杆的两端分别与两个所述轴杆相连形成的所述下平行四边形，形成为第二闭环；所述第一闭环与所述第二闭环共同构成所述三自由度并联机器人的双闭环支链结构；另外，每个所述上轴杆与对应的所述主动臂的所述参考面之间呈固定夹角，该夹角大于0度且小于等于90度。...

【技术特征摘要】
1.一种具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人，其特征在于，包括：定平台，所述定平台具有参考线；动平台；三个驱动装置，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转动的驱动单元，所述驱动单元设置在所述定平台上，每个所述主动臂均具有与其转轴相垂直且过所述参考线的参考面，每个所述主动臂上铰接有末端支架，所述末端支架通过加强杆与所述定平台相连，所述定平台与每个所述主动臂、对应的所述末端支架、所述加强杆构成上平行四边形；三个子支链，每个所述末端支架与所述动平台之间均连接有一个所述子支链，每个所述子支链均包括：两个轴杆和两个链杆，两个所述轴杆平行设置，两个所述轴杆分别为上轴杆和下轴杆，所述上轴杆设在所述末端支架上，所述下轴杆设在所述动平台上，两个所述链杆的两端分别与两个所述轴杆相连形成下平行四边形，每个所述轴杆与每个所述链杆之间为球面铰接；其中，三个所述主动臂沿所述定平台的周向均匀间隔设置，当三个所述主动臂相对所述参考线的转角一致时，三个所述上平行四边形相对所述参考线呈中心对称，三个所述下平行四边形相对所述参考线呈中心对称；所述定平台与每个所述主动臂、对应的所述末端支架、所述加强杆构成的所述上平行四边形，形成为第一闭环；两个所述链杆的两端分别与两个所述轴杆相连形成的所述下平行四边形，形成为第二闭环；所述第一闭环与所述第二闭环共同构成所述三自由度并联机器人的双闭环支链结构；另外，每个所述上轴杆与对应的所述主动臂的所述参考面之间呈固定夹角，该夹角大于0度且小于等于90度。2.根据权利要求1所述的具有双闭环支链结构的三自由度并联机器人，其特征在于，每个所述上轴杆与对应的所述主动臂的所述参考面之间的夹角为45度。3.根据权利要求1所述的具有双闭环支链结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟齐志，刘辛军，谢福贵，周婧祎，马利云，吕春哲，宋阿丽，
申请(专利权)人：清华大学，烟台清科嘉园技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11