一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機(jī)器人，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及四組結(jié)構(gòu)相同的支鏈；動(dòng)平臺(tái)包括相對(duì)的子平臺(tái)I和子平臺(tái)II，兩子平臺(tái)分別與兩組相鄰支鏈的下連接軸連接；在兩子平臺(tái)之間設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)導(dǎo)向架和兩根導(dǎo)向軸，兩根導(dǎo)向軸相互平行，分別固定在子平臺(tái)II的上下兩側(cè)；兩個(gè)導(dǎo)向架分別固定在子平臺(tái)I的上下兩側(cè)，每個(gè)導(dǎo)向架與對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向軸滑動(dòng)連接；角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括齒條和齒輪，齒條固定在子平臺(tái)II上，齒輪安裝在齒輪軸上，齒輪與齒條嚙合，齒輪軸的末端固接有執(zhí)行器，齒輪軸與子平臺(tái)I轉(zhuǎn)動(dòng)連接。本發(fā)明的動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)輕巧，傳動(dòng)精度高且力傳遞效果好，滿足高速抓放操作的要求。
【專利說明】一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，特別是涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)空間三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的高速并聯(lián)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有專利US6516681、US7735390和JP3931296所公開的可實(shí)現(xiàn)三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)器人，包括四條主動(dòng)支鏈和一個(gè)動(dòng)平臺(tái)，每條主動(dòng)支鏈的一端由安裝在靜平臺(tái)上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，相對(duì)于靜平臺(tái)僅具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)自由度；另一端與動(dòng)平臺(tái)連接，保證機(jī)構(gòu)的三維平動(dòng)。其轉(zhuǎn)動(dòng)自由度是通過不同形式的動(dòng)平臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。
[0003]專利US6516681所公開的并聯(lián)機(jī)器人兩相鄰支鏈與一子平臺(tái)連接，兩子平臺(tái)通過一根連桿鉸接，并利用增速齒輪機(jī)構(gòu)將兩者的相對(duì)平動(dòng)轉(zhuǎn)換為末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)。其局限性在于，這種平臺(tái)結(jié)構(gòu)要求連架副軸線以特定方式布局從而避免奇異，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)學(xué)性能在工作空間中非軸對(duì)稱。
[0004]專利US7735390所公開的并聯(lián)機(jī)器人兩相鄰支鏈與一子平臺(tái)連接，兩子平臺(tái)間通過兩根等長連桿鉸接構(gòu)成平行四邊形，并利用角度放大機(jī)構(gòu)將平行四邊形兩對(duì)邊的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)轉(zhuǎn)換為末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)。其局限性在于，角度放大機(jī)構(gòu)降低了動(dòng)平臺(tái)的傳動(dòng)精度，同時(shí)增加了動(dòng)平臺(tái)的重量，不利于提高機(jī)構(gòu)效率。
[0005]專利JP3931296所公開的并聯(lián)機(jī)器人兩相鄰支鏈與一子平臺(tái)連接，兩子平臺(tái)間通過導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)相連，保證其平行錯(cuò)動(dòng)。其角度轉(zhuǎn)換方式有兩種:第一種為利用滑輪和鋼絲繩的組合傳動(dòng)，其局限性在于，當(dāng)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)不可靠的情況；第二種為齒輪和雙齒條嚙合傳動(dòng)，其局限性在于，雙導(dǎo)軌滑塊的使用增加了動(dòng)平臺(tái)的尺寸和重量，不利于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機(jī)器人，該機(jī)器人的動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)輕巧，傳動(dòng)精度高且力傳遞效果好，滿足高速抓放操作的要求。
[0007]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機(jī)器人，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及軸正交布置在所述靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間的四組結(jié)構(gòu)相同的支鏈；每組所述支鏈包括一驅(qū)動(dòng)裝置、一主動(dòng)臂和一從動(dòng)臂，所述從動(dòng)臂包括上連接軸、下連接軸和兩根平行且等長的從動(dòng)桿，兩根所述從動(dòng)桿的上端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸連接，下端分別通過球鉸鏈與所述下連接軸連接，兩根所述從動(dòng)桿、所述上連接軸和所述下連接軸構(gòu)成平行四邊形，所述下連接軸固接在所述動(dòng)平臺(tái)上，所述上連接軸固接在所述主動(dòng)臂的外端上，所述主動(dòng)臂的內(nèi)端與驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述驅(qū)動(dòng)裝置安裝在所述靜平臺(tái)上；
[0008]所述動(dòng)平臺(tái)包括相對(duì)的子平臺(tái)I和子平臺(tái)II,所述子平臺(tái)I和所述子平臺(tái)II分別與兩組相鄰支鏈的下連接軸固接；在所述子平臺(tái)I和所述子平臺(tái)II之間設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)導(dǎo)向架和與其對(duì)應(yīng)的兩根導(dǎo)向軸，兩根所述導(dǎo)向軸相互平行，分別固定在所述子平臺(tái)II的上下兩側(cè)；兩個(gè)所述導(dǎo)向架分別固定在所述子平臺(tái)I的上下兩側(cè)，每個(gè)所述導(dǎo)向架與對(duì)應(yīng)的所述導(dǎo)向軸滑動(dòng)連接；所述角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括齒條和齒輪，所述齒條固定在所述子平臺(tái)II上，所述齒輪安裝在齒輪軸上，所述齒輪與所述齒條嚙合，所述齒輪軸的末端固接有執(zhí)行器，所述齒輪軸與所述子平臺(tái)I轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0009]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:采用齒輪齒條傳動(dòng)，消除了角度放大機(jī)構(gòu)所帶來的誤差放大，提高了傳動(dòng)精度，同時(shí)降低了動(dòng)平臺(tái)的質(zhì)量；兩個(gè)子平臺(tái)間采用導(dǎo)向軸的連接方式，使其整體結(jié)構(gòu)緊湊，有利于減小動(dòng)平臺(tái)尺寸，并且具有導(dǎo)向性好、剛度高、傳動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)，滿足復(fù)雜抓放操作的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明的動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖之一；
[0012]圖3為本發(fā)明的動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖之二。
[0013]圖中:1、靜平臺(tái)，2、伺服電機(jī)，3、減速器，4、主動(dòng)臂，5、上連接軸，6a、6b、從動(dòng)桿，7、下連接軸，8、動(dòng)平臺(tái)；11、子平臺(tái)I，12、子平臺(tái)II，13、導(dǎo)向軸，14、導(dǎo)向架，15、滑動(dòng)軸承，16、齒條，17、齒輪，18、齒輪軸，19、執(zhí)行器。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0015]請(qǐng)參閱圖1，一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機(jī)器人，包括靜平臺(tái)1、伺服電機(jī)
2、減速器3、動(dòng)平臺(tái)8以及軸正交布置在所述靜平臺(tái)I與動(dòng)平臺(tái)8之間的四組結(jié)構(gòu)相同的支鏈；每組支鏈由主動(dòng)臂4、上連接軸5、平行且等長的從動(dòng)桿6a、6b和下鏈接軸7組成；所述主動(dòng)臂4的內(nèi)端與固定在靜平臺(tái)I上的減速器3的輸出端固接，所述減速器3的輸入端與所述伺服電機(jī)2的輸出端固接，主動(dòng)臂4的外端與上連接軸5固接；所述兩根從動(dòng)桿6a、6b的上端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸5連接，下端分別通過球鉸鏈與固接在所述動(dòng)平臺(tái)8上的下連接軸7連接；每組所述支鏈上兩根平行的從動(dòng)桿6a、6b、上連接軸5和下連接軸7構(gòu)成平行四邊形從動(dòng)臂。所述伺服電機(jī)2和減速器3為主動(dòng)臂4提供一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
[0016]請(qǐng)參閱圖2和圖3，所述動(dòng)平臺(tái)8包括相對(duì)的子平臺(tái)111和子平臺(tái)II12，所述子平臺(tái)Ill和子平臺(tái)1112分別與兩組相鄰支鏈的下連接軸7固接。在所述子平臺(tái)Ill和所述子平臺(tái)1112之間設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)導(dǎo)向架14和與其對(duì)應(yīng)的兩根導(dǎo)向軸13，兩根所述導(dǎo)向軸13相互平行，分別固定在所述子平臺(tái)1112的上下兩偵牝兩個(gè)所述導(dǎo)向架14分別固定在所述子平臺(tái)Ill的上下兩側(cè)，每個(gè)所述導(dǎo)向架14與對(duì)應(yīng)的所述導(dǎo)向軸13通過滑動(dòng)軸承15連接。兩根所述導(dǎo)向軸13和兩個(gè)所述導(dǎo)向架14構(gòu)成一組導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，保證子平臺(tái)Π12相對(duì)于子平臺(tái)Ill只能沿導(dǎo)向軸13的軸向移動(dòng)。所述角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括齒條16和齒輪17，所述齒條16固定在子平臺(tái)1112上，可隨子平臺(tái)1112移動(dòng)；所述齒輪17安裝在齒輪軸18上，與所述齒條16嚙合。所述齒輪軸18末端固接有執(zhí)行器19，并通過軸承與子平臺(tái)Ill轉(zhuǎn)動(dòng)連接。上述角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可以將子平臺(tái)1112沿導(dǎo)向軸13的移動(dòng)轉(zhuǎn)換為齒輪17的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)齒輪軸18和吸盤19轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器19繞垂直于動(dòng)平臺(tái)8所在平面軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其不同點(diǎn)在于:
[0018](I)齒輪齒條傳動(dòng)不產(chǎn)生放大誤差，具有較高的傳動(dòng)精度；
[0019](2)使用導(dǎo)向軸連接兩個(gè)子平臺(tái)，可以減小動(dòng)平臺(tái)的尺寸和質(zhì)量，使其整體結(jié)構(gòu)剛性、導(dǎo)向性和穩(wěn)定性好。
[0020]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種齒輪齒條式四自由度高速并聯(lián)機(jī)器人，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及軸正交布置在所述靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間的四組結(jié)構(gòu)相同的支鏈；每組所述支鏈包括一驅(qū)動(dòng)裝置、一主動(dòng)臂和一從動(dòng)臂，所述從動(dòng)臂包括上連接軸、下連接軸和兩根平行且等長的從動(dòng)桿，兩根所述從動(dòng)桿的上端分別通過球鉸鏈與所述上連接軸連接，下端分別通過球鉸鏈與所述下連接軸連接，兩根所述從動(dòng)桿、所述上連接軸和所述下連接軸構(gòu)成平行四邊形，所述下連接軸固接在所述動(dòng)平臺(tái)上，所述上連接軸固接在所述主動(dòng)臂的外端上，所述主動(dòng)臂的內(nèi)端與驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述驅(qū)動(dòng)裝置安裝在所述靜平臺(tái)上；其特征在于， 所述動(dòng)平臺(tái)包括相對(duì)的子平臺(tái)I和子平臺(tái)II，所述子平臺(tái)I和所述子平臺(tái)II分別與兩組相鄰支鏈的下連接軸固接；在所述子平臺(tái)I和所述子平臺(tái)II之間設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)導(dǎo)向架和與其對(duì)應(yīng)的兩根導(dǎo)向軸，兩根所述導(dǎo)向軸相互平行，分別固定在所述子平臺(tái)II的上下兩側(cè)；兩個(gè)所述導(dǎo)向架分別固定在所述子平臺(tái)I的上下兩側(cè)，每個(gè)所述導(dǎo)向架與對(duì)應(yīng)的所述導(dǎo)向軸滑動(dòng)連接；所述角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括齒條和齒輪，所述齒條固定在所述子平臺(tái)II上，所述齒輪安裝在齒輪軸上，所述齒輪與所述齒條嚙合，所述齒輪軸的末端固接有執(zhí)行器，所述齒輪軸與所述子平臺(tái)I轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
【文檔編號(hào)】B25J9/08GK103753521SQ201410022926
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】黃田, 李玉航, 梅江平, 劉松濤 申請(qǐng)人:天津大學(xué)