具有相同支链结构的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具有相同支链结构的四自由度柱坐标并联机器人，柱平台限定出YOZ参考面，两个第一驱动装置的第一转轴、两个第二驱动装置的第二转轴与Z轴平行且相对YOZ参考面对称；第一转轴和第二转轴相应地与第一主动臂和第二主动臂连接；四个支链为平行四边形复合链时，每一支链的两个轴杆中的一个与Z轴平行并对应地固定连接动平台上，且另一个与Z轴平行并对应地固定连接在第一主动臂或第二主动臂上；四个支链为单链时，每一支链的两个十字轴中的一个第二轴与Z轴平行并对应地转动连接在动平台上，且另一个与Z轴平行并对应地转动连接在第一主动臂或第二主动臂上。本发明专利技术并联机器人可以实现平稳四自由度的控制要求，结构紧凑且运动灵活。

【技术实现步骤摘要】
具有相同支链结构的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，尤其涉及一种具有相同支链结构的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相同支链结构的四自由度柱坐标并联机器人，实现四自由度运动，且结构简单，运动灵活。根据本专利技术实施例的具有相同支链结构的四自由度柱坐标并联机器人，包括：柱平台，所述柱平台限定出YOZ参考面，所述柱平台的长度方向沿Z轴延伸；两个第一驱动装置，每个所述第一驱动装置均包括第一驱动器、第一转轴和第一主动臂；所述第一驱动器设置在所述柱平台上且与所述第一转轴相连，以驱动所述第一转轴转动，所述第一主动臂的一端套设固定在所述第一转轴的外周面上，以使所述第一主动臂跟随所述第一转轴转动而转动，两个所述第一转轴沿平行于Z轴的方向设置，两个所述第一主动臂相对所述YOZ参考面对称；两个第二驱动装置，每个所述第二驱动装置均包括第二驱动器、第二转轴和第二主动臂；所述第二驱动器设置在所述柱平台上且与所述第二转轴相连，以驱动所述第二转轴转动，所述第二主动臂的一端套设固定在所述第二转轴的外周面上，以使所述第二主动臂跟随所述第二转轴转动而转动，两个所述第二转轴沿平行于Z轴的方向设置且相对于两个所述第一转轴在Z轴方向上间隔开，两个所述第一主动臂相对所述YOZ参考面对称；动平台，所述动平台与所述柱平台在沿Y轴方向上间隔开；四个支链，四个所述支链均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中的所述轴杆与所述链杆之间的连接均为球面铰接，同一所述平行四边形复合链的两个所述轴杆中一个固定连接在所述动平台上、另一个固定连接在对应的所述第一主动臂或者所述第二主动臂上，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；或者四个所述支链分别为单链，每个所述单链均包括一根单杆和两个十字轴，所述十字轴包括相互垂直的第一轴和第二轴，同一所述单链中的两个所述第一轴与单杆两端转动连接，同一所述单链中的两个所述第一轴互相平行，同一所述单链中的两个所述第二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第一主动臂或者所述第二主动臂上，同一所述单链中的两个所述第二轴均平行于Z轴。根据本专利技术实施例的具有相同支链结构的四自由度柱坐标并联机器人，可以实现平稳四自由度的控制要求。具体而言，通过控制两个第一驱动装置及两个第二驱动装置驱动相应的支链，实现动平台在柱坐标空间内的沿X、Y、Z轴的三维移动和绕Z轴的一维转动自由度。根据本专利技术实施例的具有相同支链结构的四自由度柱坐标并联机器人，不仅结构紧凑，运动灵活。根据本专利技术的一个实施例，所述柱平台包括柱平台主体和连接在所述柱平台主体上的两个第一安装部和两个第二安装部，两个所述第一安装部的一个和两个所述第二安装部的一个沿Z轴方向间隔开地位于所述柱平台主体的一侧，两个所述第一安装部的另一个和两个所述第二安装部的另一个沿Z轴方向间隔开地位于所述柱平台主体的另一侧，且两个所述第一安装部及两个所述第二安装部相对所述YOZ参考面对称；两个所述第一驱动装置分别安装在两个所述第一安装部上，两个所述第二驱动装置分别安装在两个所述第二安装部上。根据本专利技术进一步的实施例，所述第一安装部包括第一板块，所述第一板块在垂直于Z轴的一个平面方向上延伸且与所述柱平台主体固定，所述第一板块上设有第一转轴孔，所述第一转轴穿过所述第一转轴孔，所述第一驱动器和所述第一主动臂分别位于所述第一板块的两侧，且所述第一驱动器固定在所述第一板块上；所述第二安装部包括第二板块，所述第二板块与第一板块平行且与所述柱平台主体固定，所述第二板块上设有第二转轴孔，所述第二转轴穿过所述第二转轴孔，所述第二驱动器和所述第二主动臂分别位于所述第二板块的两侧，且所述第二驱动器固定在所述第二板块上。根据本专利技术再进一步的实施例，所述第二安装部还包括第三板块，所述第三板块平行设置于所述第二板块和所述第三板块之间，且与所述柱平台主体固定。根据本专利技术再进一步的实施例，所述第二安装部还包括连接件，所述第二板块和所述第三板块通过所述连接件固定在所述柱平台主体上。根据本专利技术再进一步的实施例，所述连接件包括由第一连接板、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有相同支链结构的四自由度柱坐标并联机器人，其特征在于，包括：/n柱平台，所述柱平台限定出YOZ参考面，所述柱平台的长度方向沿Z轴延伸；/n两个第一驱动装置，每个所述第一驱动装置均包括第一驱动器、第一转轴和第一主动臂；所述第一驱动器设置在所述柱平台上且与所述第一转轴相连，以驱动所述第一转轴转动，所述第一主动臂的一端套设固定在所述第一转轴的外周面上，以使所述第一主动臂跟随所述第一转轴转动而转动，两个所述第一转轴沿平行于Z轴的方向设置，两个所述第一主动臂相对所述YOZ参考面对称；/n两个第二驱动装置，每个所述第二驱动装置均包括第二驱动器、第二转轴和第二主动臂；所述第二驱动器设置在所述柱平台上且与所述第二转轴相连，以驱动所述第二转轴转动，所述第二主动臂的一端套设固定在所述第二转轴的外周面上，以使所述第二主动臂跟随所述第二转轴转动而转动，两个所述第二转轴沿平行于Z轴的方向设置且相对于两个所述第一转轴在Z轴方向上间隔开，两个所述第一主动臂相对所述YOZ参考面对称；/n动平台，所述动平台与所述柱平台在沿Y轴方向上间隔开；/n四个支链，四个所述支链均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中的所述轴杆与所述链杆之间的连接均为球面铰接，同一所述平行四边形复合链的两个所述轴杆中一个固定连接在所述动平台上、另一个固定连接在对应的所述第一主动臂或者所述第二主动臂上，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；或者/n四个所述支链分别为单链，每个所述单链均包括一根单杆和两个十字轴，所述十字轴包括相互垂直的第一轴和第二轴，同一所述单链中的两个所述第一轴与单杆两端转动连接，同一所述单链中的两个所述第一轴互相平行，同一所述单链中的两个所述第二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第一主动臂或者所述第二主动臂上，同一所述单链中的两个所述第二轴均平行于Z轴。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有相同支链结构的四自由度柱坐标并联机器人，其特征在于，包括：
柱平台，所述柱平台限定出YOZ参考面，所述柱平台的长度方向沿Z轴延伸；
两个第一驱动装置，每个所述第一驱动装置均包括第一驱动器、第一转轴和第一主动臂；所述第一驱动器设置在所述柱平台上且与所述第一转轴相连，以驱动所述第一转轴转动，所述第一主动臂的一端套设固定在所述第一转轴的外周面上，以使所述第一主动臂跟随所述第一转轴转动而转动，两个所述第一转轴沿平行于Z轴的方向设置，两个所述第一主动臂相对所述YOZ参考面对称；
两个第二驱动装置，每个所述第二驱动装置均包括第二驱动器、第二转轴和第二主动臂；所述第二驱动器设置在所述柱平台上且与所述第二转轴相连，以驱动所述第二转轴转动，所述第二主动臂的一端套设固定在所述第二转轴的外周面上，以使所述第二主动臂跟随所述第二转轴转动而转动，两个所述第二转轴沿平行于Z轴的方向设置且相对于两个所述第一转轴在Z轴方向上间隔开，两个所述第一主动臂相对所述YOZ参考面对称；
动平台，所述动平台与所述柱平台在沿Y轴方向上间隔开；
四个支链，四个所述支链均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中的所述轴杆与所述链杆之间的连接均为球面铰接，同一所述平行四边形复合链的两个所述轴杆中一个固定连接在所述动平台上、另一个固定连接在对应的所述第一主动臂或者所述第二主动臂上，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；或者
四个所述支链分别为单链，每个所述单链均包括一根单杆和两个十字轴，所述十字轴包括相互垂直的第一轴和第二轴，同一所述单链中的两个所述第一轴与单杆两端转动连接，同一所述单链中的两个所述第一轴互相平行，同一所述单链中的两个所述第二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第一主动臂或者所述第二主动臂上，同一所述单链中的两个所述第二轴均平行于Z轴。


2.根据权利要求1所述的具有相同支链结构的四自由度柱坐标并联机器人，其特征在于，所述柱平台包括柱平台主体和连接在所述柱平台主体上的两个第一安装部和两个第二安装部，两个所述第一安装部的一个和两个所述第二安装部的一个沿Z轴方向间隔开地位于所述柱平台主体的一侧，两个所述第一安装部的另一个和两个所述第二安装部的另一个沿Z轴方向间隔开地位于所述柱平台主体的另一侧，且两个所述第一安装部及两个所述第二安装部相对所述YOZ参考面对称；两个所述第一驱动装置分别安装在两个所述第一安装部上，两个所述第二驱动装置分别安装在两个所述第二安装部上。


3.根据权利要求2所述的具有相同支链结构的四自由度柱坐标并联机器人，其特征在于，所述第一安装部包括第一板块，所述第一板块在垂直于Z轴的一个平面方向上延伸且与所述柱平台主体固定，所述第一板块上设有第一转轴孔，所述第一转轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辛军，孟齐志，谢福贵，汪劲松，吕春哲，宋阿丽，
申请(专利权)人：清华大学，烟台清科嘉机器人联合研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11