四自由度柱坐标并联机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种四自由度柱坐标并联机器人，立柱限定出参考面，两个X轴驱动装置、两个Z轴驱动装置分别相对参考面对称。每个X轴主动臂上铰接有末端支架，立柱与每个X轴主动臂、对应的末端支架、加强杆构成平行四边形机构。四个子支链的一端均与动平台相连，四个子支链的另一端分别连接两个末端支架、两个Z轴主动臂。四个子支链分别为单杆，每个子支链的两端分别通过虎克铰连接。或者四个子支链分别为平行四边形复合链，每个复合链均包括：两个轴杆和两个链杆，同一复合链的两个轴杆中一个设在动平台上、另一个设在对应的末端支架或Z轴主动臂上。本发明专利技术的四自由度柱坐标并联机器人，不仅结构紧凑、运动灵活，而且运动学性能优异。

【技术实现步骤摘要】
四自由度柱坐标并联机器人
本专利技术涉及并联机器人领域，尤其涉及一种四自由度柱坐标并联机器人。
技术介绍
塑料工业、电子产品工业、药品工业和食品工业是我国国民工业体系中重要环节。为提高上述产业生产效率，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，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。我国上述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，导致动平台部件尺寸较大，不够紧凑，且相邻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CN101863024、CN10261201指出专利US20090019960和EP1084802中动平台部件尺寸较大，其上设置的放大机构增加了动平台部件，驱动部件相当于平行四边形的一组对边，结构不紧凑，活动不灵活，受力不均匀，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。综上，设计研发性能优异的四自由度高速并联机器人仍是机器人领域关注的热点问题，一款结构紧凑、运动灵活的高性能四自由度高速并联机器人必将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在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种四自由度柱坐标并联机器人，具有结构紧凑、运动灵活的优点。根据本专利技术实施例的四自由度柱坐标并联机器人，包括：底座；立柱，所述立柱限定出YOZ参考面，所述立柱垂直于所述底座上并可以由电机驱动，所述立柱相对所述底座可实现绕Z轴的转动自由度；两个X轴驱动装置，每个所述X轴驱动装置包括一个X轴主动臂和用于驱动所述X轴主动臂转动的X轴驱动单元，所述X轴驱动单元设置在所述立柱上，两个所述X轴主动臂的转轴沿X轴方向同轴设置，且两个所述X轴主动臂相对所述YOZ参考面对称，每个所述X轴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立柱相连，所述立柱与每个所述X轴主动臂、对应的所述末端支架、所述加强杆构成平行四边形机构；两个Z轴驱动装置，每个所述Z轴驱动装置包括一个Z轴主动臂和用于驱动所述Z轴主动臂转动的Z轴驱动单元，所述Z轴驱动单元设置在所述立柱上，两个所述Z轴主动臂的转轴沿平行于Z轴的方向设置，两个所述Z轴主动臂相对所述YOZ参考面对称；动平台，所述动平台与所述立柱在沿Y轴方向上相错开；四个子支链，所述四个子支链的一端均与所述动平台相连，所述四个子支链的另一端分别连接两个所述末端支架、两个所述Z轴主动臂；其中，四个所述子支链分别为单链，每个所述单链均包括：一根单杆和两个十字轴，所述单杆的两端分别与两个所述十字轴通过转动连接，形成第一转动副和第二转动副，同一所述单链的两个所述十字轴中的一个转动连接在所述动平台上、另一个转动连接在对应的所述末端支架或者所述Z轴主动臂上，形成第三转动副和第四转动副，所述第三转动副和所述第四转动副的轴线平行于Z轴，所述第一转动副和所述第三转动副垂直相交，所述第二转动副和所述第四转动副垂直相交；或者，四个所述子支链分别为平行四边形复合链，每个所述平行四边形复合链均包括：两个轴杆和两个链杆，同一所述平行四边形复合链的两个所述轴杆中一个设在所述动平台上、另一个设在对应的所述末端支架或者所述Z轴主动臂上，同一所述平行四边形复合链的两个所述轴杆的轴线均平行于Z轴，同一所述平行四边形复合链的两个所述链杆两端分别与两个所述轴杆相连，每个所述轴杆与每个所述链杆之间为球面铰接。根据本专利技术实施例的四自由度柱坐标并联机器人，通过控制立柱相对于底座绕Z轴方向的转动以及两个X轴驱动装置和两个Z轴驱动装置的驱动，可以实现动平台在柱坐标工作空间内的沿X、Y、Z轴的三维移动自由度和绕Z轴的一维转动自由度。四自由度柱坐标并联机器人不仅结构紧凑、运动灵活，而且运动学性能优异。在本专利技术的一些实施例中，所述动平台包括：基台和连接在所述基台两侧的连接耳，四个所述子支链连接在所述连接耳上。在本专利技术的一些实施例中，所述X轴主动臂和所述Z轴主动臂上设有减重孔。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一的四自由度柱坐标并联机器人的结构示意图。图2是本专利技术实施例二的四自由度柱坐标并联机器人的结构示意图。附图标记：四自由度柱坐标并联机器人100、立柱11、底座12、X轴驱动装置2、X轴主动臂21、X轴驱动单元22、Z轴驱动装置3、Z轴主动臂31、Z轴驱动单元32、动平台4、基台41、连接耳42、连接环43、子支链5、单链51、单杆511、十字轴512、第一转动副a、第二转动副b、第三转动副c、第四转动副d、平行四边形复合链53、轴杆531、链杆532、抗扭杆533、第一轴杆e、第二轴杆f、末端支架6、加强杆7。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”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四自由度柱坐标并联机器人，其特征在于，包括：底座；立柱，所述立柱限定出YOZ参考面，所述立柱垂直于所述底座上并可以由电机驱动，所述立柱相对所述底座可实现绕Z轴的转动自由度；两个X轴驱动装置，每个所述X轴驱动装置包括一个X轴主动臂和用于驱动所述X轴主动臂转动的X轴驱动单元，所述X轴驱动单元设置在所述立柱上，两个所述X轴主动臂的转轴沿X轴方向同轴设置，且两个所述X轴主动臂相对所述YOZ参考面对称，每个所述X轴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立柱相连，所述立柱与每个所述X轴主动臂、对应的所述末端支架、所述加强杆构成平行四边形机构；两个Z轴驱动装置，每个所述Z轴驱动装置包括一个Z轴主动臂和用于驱动所述Z轴主动臂转动的Z轴驱动单元，所述Z轴驱动单元设置在所述立柱上，两个所述Z轴主动臂的转轴沿平行于Z轴的方向设置，两个所述Z轴主动臂相对所述YOZ参考面对称；动平台，所述动平台与所述立柱在沿Y轴方向上相错开；四个子支链，所述四个子支链的一端均与所述动平台相连，所述四个子支链的另一端分别连接两个所述末端支架、两个所述Z轴主动臂；其中，四个所述子支链分别为单链，每个所述单链均包括：一根单杆和两个十字轴，所述单杆的两端分别与两个所述十字轴通过转动连接，形成第一转动副和第二转动副，同一所述单链的两个所述十字轴中的一个转动连接在所述动平台上、另一个转动连接在对应的所述末端支架或者所述Z轴主动臂上，形成第三转动副和第四转动副，所述第三转动副和所述第四转动副的轴线平行于Z轴，所述第一转动副和所述第三转动副垂直相交，所述第二转动副和所述第四转动副垂直相交；或者，四个所述子支链分别为平行四边形复合链，每个所述平行四边形复合链均包括：两个轴杆和两个链杆，同一所述平行四边形复合链的两个所述轴杆中一个设在所述动平台上、另一个设在对应的所述末端支架或者所述Z轴主动臂上，同一所述平行四边形复合链的两个所述轴杆的轴线均平行于Z轴，同一所述平行四边形复合链的两个所述链杆两端分别与两个所述轴杆相连，每个所述轴杆与每个所述链杆之间为球面铰接。...

【技术特征摘要】
1.一种四自由度柱坐标并联机器人，其特征在于，包括：底座；立柱，所述立柱限定出YOZ参考面，所述立柱垂直于所述底座上并可以由电机驱动，所述立柱相对所述底座可实现绕Z轴的转动自由度；两个X轴驱动装置，每个所述X轴驱动装置包括一个X轴主动臂和用于驱动所述X轴主动臂转动的X轴驱动单元，所述X轴驱动单元设置在所述立柱上，两个所述X轴主动臂的转轴沿X轴方向同轴设置，且两个所述X轴主动臂相对所述YOZ参考面对称，每个所述X轴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立柱相连，所述立柱与每个所述X轴主动臂、对应的所述末端支架、所述加强杆构成平行四边形机构；两个Z轴驱动装置，每个所述Z轴驱动装置包括一个Z轴主动臂和用于驱动所述Z轴主动臂转动的Z轴驱动单元，所述Z轴驱动单元设置在所述立柱上，两个所述Z轴主动臂的转轴沿平行于Z轴的方向设置，两个所述Z轴主动臂相对所述YOZ参考面对称；动平台，所述动平台与所述立柱在沿Y轴方向上相错开；四个子支链，所述四个子支链的一端均与所述动平台相连，所述四个子支链的另一端分别连接两个所述末端支架、两个所述Z轴主动臂；其中，四个所述子支链分别为单链，每个所述单链均...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辛军，孟齐志，谢福贵，韩刚，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