【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业机械设计，具体涉及一种用于取放作业的反对称空间并联机器人及其工作方法。
技术介绍
1、在工业生产中，常常需要将产品从一个地方平移到另一个地方，达到分拣、搬运或包装的目的，这种操作被广泛用于光伏、制药、消费品、食品、电子、汽车等行业。现代生产中常采用机器人等自动化装备实现这一操作，以提高生产效率，降低生产成本。随着市场对产品多样性和生产灵活性要求的增加，传统的串联机器人已难以满足高效、精准且可靠的生产需求，而并联机器人因其结构独特、响应速度快、定位精度高而成为工业高速取放作业的理想选择。
2、并联机器人通过多个臂杆和驱动器并行连接负载和底座，不同于传统的串联机器人单一链条结构，其独特的机械结构使得它们在加速度、稳定性和负载能力方面具有显著优势。尤其是1980年代初期由瑞士reymond clavel教授提出delta并联机器人，迅速成为商业化并联机器人的典型代表，在高速取放操作中具有无可比拟的优势。
3、当前市场中，并联机器人产品仍然以delta及其改进型式为主。delta并联机器人具有多支链特征和闭环运动特性，这一方面形成了高负载和高刚度的性能优势，另一方面也导致了空间占位大、运动学和动力学复杂的缺点。与日渐普及的scara和串联机器人单支链“瘦长”外形相比，delta等并联机器人具有“矮胖”的外形包络特征，在实际应用中必须合理布置以避免与环境碰撞或干涉，这显然与工业场景有限空间内紧凑布局的追求相悖；其次，闭环的运动特性限制了工作空间，也使得被动关节的运动无法直接控制，其运动学和动力学存
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术不足，提出一种用于取放作业的反对称空间并联机器人及其工作方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术一种用于取放作业的反对称空间并联机器人，包括基座、支链一、支链二和驱动组件。所述支链一包括主动连杆一、铰接轴一、从动连杆一、从动连杆二和铰接轴二；所述支链二包括驱动轴一、驱动轴二、连接轴一、连接轴二、主动连杆二、主动连杆三、铰接轴三和从动连杆三；所述驱动组件包括驱动电机一、驱动电机二、驱动电机三、直齿轮副、锥齿轮副一和锥齿轮副二。
4、所述基座上固定有固定轴；所述垂直于固定轴的主动连杆一一端与固定轴的中部铰接，并由设于基座上的驱动电机一通过直齿轮副驱动，且驱动电机一的输出轴平行于固定轴；所述主动连杆一的另一端与铰接轴一的中部铰接，铰接轴一的两端与从动连杆一和从动连杆二的一端分别铰接，且从动连杆一平行于从动连杆二；从动连杆一和从动连杆二的另一端与铰接轴二的两端分别铰接；所述驱动轴一和驱动轴二对称设于主动连杆一的两侧，并与固定轴同轴设置，且驱动轴一和驱动轴二靠近主动连杆一的一端与固定轴的两端分别构成转动副；所述平行且垂直于固定轴的连接轴一和连接轴二与驱动轴一和驱动轴二远离主动连杆一的一端分别构成转动副，并由设于基座上的驱动电机二和驱动电机三分别通过锥齿轮副一和锥齿轮副二驱动，且驱动电机二和驱动电机三的输出轴与固定轴同轴设置；所述平行设置的主动连杆二和主动连杆三一端与连接轴一和连接轴二分别固定，另一端与铰接轴三的两端分别铰接；所述平行于主动连杆一的从动连杆三两端与铰接轴三和铰接轴二的中部分别铰接。
5、其中，锥齿轮副一传动比和锥齿轮副二传动比相等；固定轴、铰接轴一、铰接轴二、驱动轴一、驱动轴二和铰接轴三平行设置；设杆a为由固定轴、驱动轴一、驱动轴二、连接轴一和连接轴二组成的组件，杆b为主动连杆二，杆c为主动连杆三，杆d为铰接轴三，杆e为铰接轴一，杆f为从动连杆一，杆g为从动连杆二，杆h为铰接轴二，杆i为主动连杆一，杆j为从动连杆三，虚拟杆k为主动连杆一和铰接轴一铰接中心与从动连杆三和铰接轴二铰接中心的连线，虚拟杆l为主动连杆一和固定轴铰接中心与从动连杆三和铰接轴三铰接中心的连线，杆a、杆b、杆c和杆d构成平行四边形机构一，杆e、杆f、杆g和杆h构成平行四边形机构二，虚拟杆l、杆i、虚拟杆j和虚拟杆k构成具有虚拟杆的平行四边形机构三。
6、优选地，所述直齿轮副包括主动直齿轮和从动直齿轮，从动直齿轮与连接轴一构成转动副，并与主动连杆一固定，主动直齿轮与基座构成转动副，并与从动直齿轮啮合，且由驱动电机一驱动。
7、优选地，所述锥齿轮副一包括主动锥齿轮一和从动锥齿轮一，从动锥齿轮一固定于连接轴一上，主动锥齿轮一与基座构成转动副，并与从动锥齿轮一啮合，且由驱动电机二驱动。
8、优选地，所述锥齿轮副二包括主动锥齿轮二和从动锥齿轮二，从动锥齿轮二固定于连接轴二上，主动锥齿轮二与基座构成转动副，并与从动锥齿轮二啮合，且由驱动电机三驱动。
9、本专利技术一种用于取放作业的反对称空间并联机器人的工作方法，具体如下：
10、将基座安装在带传送机构旁的安装立柱上，且使固定轴、铰接轴一、驱动轴一和驱动轴二均处于竖直状态，使驱动电机二位于驱动电机三上方，将取放执行器同轴安装在铰接轴二下端；初始状态下，取放执行器位于带传送机构旁的作业平台正上方，从动连杆一、从动连杆二、主动连杆二和主动连杆三均处于水平状态。当带传送机构将物品传送至带传送机构上的目标位置并停止时，控制器控制驱动电机一、驱动电机二和驱动电机三配合，通过平行四边形机构一、平行四边形机构二和平行四边形机构三使得铰接轴二带动取放执行器平移和升降，完成从带传送机构上拿取物品、平移物品和将物品放置在作业平台的作业，且铰接轴二带动取放执行器在平移和升降的过程中不会相对于水平面发生偏转；
11、其中，驱动电机一的输出轴正转或反转时，驱动电机一通过直齿轮副驱动主动连杆一带动铰接轴一绕固定轴的中心轴线反转或正转，进而从动连杆一、从动连杆二、铰接轴二和从动连杆三绕相应的转动中心轴线转动，并在水平面上平移，从而带动取放执行器在水平面上平移。
12、平行四边形机构一中主动连杆二和主动连杆三在运动过程中始终保持平行，锥齿轮副一和锥齿轮副二中与主动连杆二和主动连杆三分别具有固定关系的从动锥齿轮一和从动锥齿轮二的运动也始终保持同步，因此锥齿轮副一和锥齿轮副二组成锥齿轮差动传动机构，锥齿轮副一和锥齿轮副二的主动锥齿轮一和主动锥齿轮二由驱动电机二和驱动电机三分别驱动；在锥齿轮差动传动机构中，从动锥齿轮一和从动锥齿轮二既有绕连接轴一和连接轴二中心轴线分别转动的自转，也有绕固定轴中心轴线分别转动的公转，由此使得平行四边形机构一具有两自由度运动；
13、当驱动电机二的转动角度为a，驱动电机三的转动角度为b，从动锥齿轮一通过连接轴一带动主动连杆二和驱动轴一绕固定轴转动，从动锥齿轮二通过连接轴二带动主动连杆三和驱动轴二绕固定轴转动，进而使得平行四边形机构一整体绕固定轴中心轴线公转，且旋转角度为(a+b)/2，从动锥齿轮一通过连接轴一带动主动连本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于取放作业的反对称空间并联机器人，其特征在于：包括基座、支链一、支链二和驱动组件；所述支链一包括主动连杆一、铰接轴一、从动连杆一、从动连杆二和铰接轴二；所述支链二包括驱动轴一、驱动轴二、连接轴一、连接轴二、主动连杆二、主动连杆三、铰接轴三和从动连杆三；所述驱动组件包括驱动电机一、驱动电机二、驱动电机三、直齿轮副、锥齿轮副一和锥齿轮副二；所述基座上固定有固定轴；所述垂直于固定轴的主动连杆一一端与固定轴的中部铰接，并由设于基座上的驱动电机一通过直齿轮副驱动，且驱动电机一的输出轴平行于固定轴；所述主动连杆一的另一端与铰接轴一的中部铰接，铰接轴一的两端与从动连杆一和从动连杆二的一端分别铰接，且从动连杆一平行于从动连杆二；从动连杆一和从动连杆二的另一端与铰接轴二的两端分别铰接；所述驱动轴一和驱动轴二对称设于主动连杆一的两侧，并与固定轴同轴设置，且驱动轴一和驱动轴二靠近主动连杆一的一端与固定轴的两端分别构成转动副；所述平行且垂直于固定轴的连接轴一和连接轴二与驱动轴一和驱动轴二远离主动连杆一的一端分别构成转动副，并由设于基座上的驱动电机二和驱动电机三分别通过锥齿轮副一和锥齿轮副二驱动
2.根据权利要求1所述的一种用于取放作业的反对称空间并联机器人，其特征在于：所述直齿轮副包括主动直齿轮和从动直齿轮，从动直齿轮与连接轴一构成转动副，并与主动连杆一固定，主动直齿轮与基座构成转动副，并与从动直齿轮啮合，且由驱动电机一驱动。
3.根据权利要求1所述的一种用于取放作业的反对称空间并联机器人，其特征在于：所述锥齿轮副一包括主动锥齿轮一和从动锥齿轮一，从动锥齿轮一固定于连接轴一上，主动锥齿轮一与基座构成转动副，并与从动锥齿轮一啮合，且由驱动电机二驱动。
4.根据权利要求1所述的一种用于取放作业的反对称空间并联机器人，其特征在于：所述锥齿轮副二包括主动锥齿轮二和从动锥齿轮二，从动锥齿轮二固定于连接轴二上，主动锥齿轮二与基座构成转动副，并与从动锥齿轮二啮合，且由驱动电机三驱动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种用于取放作业的反对称空间并联机器人的工作方法，其特征在于：具体如下：
6.根据权利要求5所述的一种用于取放作业的反对称空间并联机器人的工作方法，其特征在于：所述从带传送机构上拿取物品、平移物品和将物品放置在作业平台的作业轨迹采用门字运动轨迹，当带传送机构将物品传送至带传送机构上的目标位置时，控制器控制驱动电机一正转预设角度一，通过直齿轮副驱动主动连杆一绕固定轴的中心轴线反转，主动连杆一通过铰接轴一带动从动连杆一、从动连杆二、铰接轴二和从动连杆三绕相应的转动中心轴线转动，并在水平面上平移，进而通过铰接轴二带动取放执行器在水平面上平移，从而带动取放执行器平移至带传送机构的正上方；接着控制器控制驱动电机二和驱动电机三的输出轴同向等速转动，驱动电机二通过锥齿轮副一和连接轴一对驱动轴一产生的扭矩与驱动电机三通过锥齿轮副二和连接轴二对驱动轴二产生的扭矩相等，进而使得驱动轴一和驱动轴二绕固定轴的中心轴线同步转动，从而驱动轴一通过连接轴一带动主动连杆二绕固定轴的中心轴线正转或反转，驱动轴二通过连接轴二带动主动连杆三绕固定轴的中心轴线同步正转或反转，进而带动铰接轴三绕固定轴的中心轴线正转或反转，铰接轴三通过从动连杆三带动铰接轴二和取放执行器平移，调整取放执行器的位置，使取放执行器平移至物品的上方；控制器控制驱动电机二和驱动电机三的输出轴反向等速转动，且驱动电机二输出轴正转预设角度二，驱动电机三输出轴反转预设角度二，驱动电机二通过锥齿轮副一驱动连接轴一带动主动连杆二向下转动，驱动电机三通过锥齿轮副二驱动连接轴二带动主动连杆三同步向下转动，进而主动连杆二和主动连杆三带动铰接轴三向下移动，铰接轴三通过从动连杆三和铰接轴二带动从动连杆一和从动连杆二同步向下转动，进而通过铰接轴二带动取放执行器下降至与物品接触，取放执行器拿取物品；
...【技术特征摘要】
1.一种用于取放作业的反对称空间并联机器人，其特征在于：包括基座、支链一、支链二和驱动组件；所述支链一包括主动连杆一、铰接轴一、从动连杆一、从动连杆二和铰接轴二；所述支链二包括驱动轴一、驱动轴二、连接轴一、连接轴二、主动连杆二、主动连杆三、铰接轴三和从动连杆三；所述驱动组件包括驱动电机一、驱动电机二、驱动电机三、直齿轮副、锥齿轮副一和锥齿轮副二；所述基座上固定有固定轴；所述垂直于固定轴的主动连杆一一端与固定轴的中部铰接，并由设于基座上的驱动电机一通过直齿轮副驱动，且驱动电机一的输出轴平行于固定轴；所述主动连杆一的另一端与铰接轴一的中部铰接，铰接轴一的两端与从动连杆一和从动连杆二的一端分别铰接，且从动连杆一平行于从动连杆二；从动连杆一和从动连杆二的另一端与铰接轴二的两端分别铰接；所述驱动轴一和驱动轴二对称设于主动连杆一的两侧，并与固定轴同轴设置，且驱动轴一和驱动轴二靠近主动连杆一的一端与固定轴的两端分别构成转动副；所述平行且垂直于固定轴的连接轴一和连接轴二与驱动轴一和驱动轴二远离主动连杆一的一端分别构成转动副，并由设于基座上的驱动电机二和驱动电机三分别通过锥齿轮副一和锥齿轮副二驱动，且驱动电机二和驱动电机三的输出轴与固定轴同轴设置；所述平行设置的主动连杆二和主动连杆三一端与连接轴一和连接轴二分别固定，另一端与铰接轴三的两端分别铰接；所述平行于主动连杆一的从动连杆三两端与铰接轴三和铰接轴二的中部分别铰接；
2.根据权利要求1所述的一种用于取放作业的反对称空间并联机器人，其特征在于：所述直齿轮副包括主动直齿轮和从动直齿轮，从动直齿轮与连接轴一构成转动副，并与主动连杆一固定，主动直齿轮与基座构成转动副，并与从动直齿轮啮合，且由驱动电机一驱动。
3.根据权利要求1所述的一种用于取放作业的反对称空间并联机器人，其特征在于：所述锥齿轮副一包括主动锥齿轮一和从动锥齿轮一，从动锥齿轮一固定于连接轴一上，主动锥齿轮一与基座构成转动副，并与从动锥齿轮一啮合，且由驱动电机二驱动。
4.根据权利要求1所述的一种用于取放作业的反对称...
【专利技术属性】
技术研发人员：靳励行，
申请(专利权)人：西安电子科技大学杭州研究院，
类型：发明
国别省市：
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