六内置杆六自由度并联机器人的制作方法

本发明涉及并联机器人的技术领域，具体为六内置杆六自由度并联机器人。

背景技术：

并联机器人，主要由驱动电机、主机械臂、副机械臂、固定平台、动平台、爪具等部件构成，并联机器人是典型的空间三自由度机械臂机构，因其驱动组均匀分布于固定架上，所以具有结构紧凑、重量轻、定位精度高、运动速度快等特点。

现有的并联机器人均涉及成为主机械臂和副机械臂向固定平台的外周扩展进而带动动平台升降的结构，该种结构由于中心靠外侧，严重影响到载荷重量，故急需要一款能够在自动化生产线领域(包括食品包装生产线、药品分拣生产线、pcb焊接封装生产线)快速精准应用的额定载荷较大的并联机器人。

而现有的六轴机器人，均通过对应的主动臂和一个杆件与动平台链接，所有链接杆件都可以独立运动，现有的六轴机器人的支承强度不够，为此，急需研发一款负载强度实用的六轴机器人。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了六内置杆六自由度并联机器人，其将连杆分别内延伸、外延伸设计，增强机构的刚性，以及将整体重心拉回悬挂架的面域范围的立体空间内，增加负载质量，且将整个机器人的下联动板的输出末端扩展到具备六个自由度，比常规结构更加灵活，角度范围更大，满足更严苛的使用环境。

六内置杆六自由度并联机器人，其特征在于：其包括一个悬挂架、六组伺服系统、六组传动杆组件、一块上联动板、一块下联动板；

所述悬挂架具体为正六边形悬挂架、其用于整体结构的硬件支承，所述正六边形悬挂架的每条边的中心区域位置分别固设有一组所述伺服系统；

每组所述伺服系统用于传递动力，所述伺服系统的输出端连接对应组的传动杆组件的动力传动臂；

六组传动杆组件包括三组内侧上传动杆组件、三组外侧下传动杆组件，内侧上传动杆组件包括第一动力传动臂、第一平行四边形传动组件，所述外侧下传动杆组件包括第二动力传动臂、第二平行四边形传动组件，所述内侧上传动杆组件、外侧下传动杆组件顺次间隔排布于悬挂架的对应边的伺服系统的输出端，初始状态下所述第一动力传动臂的输出端朝向悬挂架的几何中心区域布置，初始状态下的第二动力传动臂的输出端远离悬挂架的几何中心区域布置，所述第一动力传动臂的输出端宽度方向插装有水平布置的第一联动轴，所述第二动力传动臂的输出端宽度方向插装有水平布置的第二联动轴；

所述第一联动轴的两端分别枢接两侧的第一支杆，每根第一支杆的下端分别枢接所述上联动板的对应侧凸枢接点，两根第一支杆和第一联动轴、上联动板及对应侧凸枢接点组合形成所述第一平行四边形传动组件；

所述第二联动轴的两端分别枢接两侧的第二支杆，每根第二支杆的下端分别枢接所述下联动板的对应侧凸枢接点，两根第二支杆和第二联动轴、下联动板及对应侧凸枢接点组合形成所述第二平行四边形传动组件；

所述上联动板和所述下联动板之间通过万向组连接，所述下联动板相对于所述上联动板进行万向偏转移动；

所述下联动板为整个机器人的动力输出端，所述上联动板、下联动板在初始位置时位于所述悬挂架的几何中心的正下方位置布置，所述上联动板上设置有三组所述第一平行四边形传动组件的传动杆，每两根第一支杆所对应的侧凸枢接点即组合形成一组对应的传动杆，所述下联动板上设置有三组所述第二平行四边形传动组件的传动杆，每两根第二支杆所对应的侧凸枢接点即组合形成一组对应的传动杆，所述下联动板用于固接末端夹具。

其进一步特征在于：

所述悬挂架由六根相同长度的杆件一体成型或分体组装而成，所述悬挂架的中心为空心区域；

每组伺服系统具体包括伺服电机和减速机构，所述减速机构的输出端即为伺服系统的输出端，其将电能转化输出为动能，向外界提供动力，借助传动杆组件控制联动板的姿态速度；伺服电机受到伺服驱动器地指令控制做出加减速或匀速的对应动作；所述减速机构用于将伺服电机处输出的动力放大后转移输出到动力传动臂处，即将伺服电机的额定速度降下来并增加输出力矩；

所述第一支杆、第二支杆的上端和下端均通过球面副连接对应的联动轴、联动板的对应侧凸枢接点；

所述上联动板包括三块第一侧凸块，第一侧凸块是动力传递链条的接收点，每两根第一支杆所对应的侧凸枢接点对应于其一块第一侧凸块的两侧布置、作为动力传递链条的接收点；

所述下联动板包括三块第二侧凸块，第二侧凸块是动力传递链条的接收点，每两根第二支杆所对应的侧凸枢接点对应于其一块第二侧凸块的两侧布置、作为动力传递链条的接收点；

所述下联动板的下部中心位置固装有转接法兰，所述转接法兰的下部用于固接末端夹具；

所述悬挂架的每条边的中心区域下部固装有法兰支座，所述法兰支座上固设有减速机构和对应的伺服电机，所述伺服电机的输出端连接所述减速机构的输入端，所述减速机构的输出端连接对应的第一动力传动臂或第二动力传动臂的输入端；

所述动力传动臂具体为弧形结构的力臂，确保整个力臂的传力稳定可靠；

所述万向组具体包括上部转接轴、中部十字架端、下部转轴件，所述上部转接轴与所述上联动板的下部中心通过球面结构铰接，所述中部十字架端和所述下联动板同轴连接，使得下联动板相对于上联动板可进行二次形态调整；

优选地，所述第一动力传动臂、第二动力传动臂为相同的动力传动臂、仅布置方向和位置不同，所述第一支杆、第二支杆为相同的支杆、仅布置位置不同；初始状态下第一动力传动力臂的两端点之间的长度为l1，第一动力传动臂的两端处于水平状态时的第一动力传动臂的外侧端至上联动板的中垂线的长度为l3，所述第一支杆、第二支杆的长度为l2，l2＝4l1、l3＝2l1。

采用上述结构后，其将和上联动板、下联动板各自互相连接的三组连杆分别内延伸、外延伸设计，即六组连杆分成两组动力传动，可明显增强机构的刚性，以及将整体重心拉回悬挂架的面域范围的立体空间内，可增加负载质量，且不影响其高速的特性，上部联动板运行到对应的位置形态后，下部联动板仍可根据需求运行到对应的位置形态，即将整个机器人的下联动板的输出末端扩展到具备六个自由度，比常规结构更加灵活，角度范围更大，满足更严苛的使用环境。

附图说明

图1是本发明的立体图结构示意图；

图2是图1的主视图结构示意图；

图3是图1的主视图的部件标注示意图；

图4为图1的局部放大结构示意图；

图5是本发明的第一动力传动臂所对应的传动杆组件的等效原理示意图。

具体实施方式

六内置杆六自由度并联机器人，见图1-图5：其包括一个悬挂架1、六组伺服系统、六组传动杆组件、一块上联动板11、一块下联动板13；

悬挂架1具体为正六边形悬挂架、其用于整体结构的硬件支承，正六边形悬挂架的每条边的中心区域位置分别固设有一组伺服系统；

每组伺服系统用于传递动力，伺服系统的输出端连接对应组的传动杆组件的动力传动臂；

六组传动杆组件包括三组内侧上传动杆组件100、三组外侧下传动杆组件200，内侧上传动杆组件100包括第一动力传动臂5、第一平行四边形传动组件，外侧下传动杆组件200包括第二动力传动臂16、第二平行四边形传动组件，内侧上传动杆组件100、外侧下传动杆组件200顺次间隔排布于悬挂架1的对应边的伺服系统的输出端，初始状态下第一动力传动臂5的输出端朝向悬挂架1的几何中心区域布置，初始状态下的第二动力传动臂6的输出端远离悬挂架1的几何中心区域布置，第一动力传动臂5的输出端宽度方向插装有水平布置的第一联动轴7，第二动力传动臂6的输出端宽度方向插装有水平布置的第二联动轴8；

第一联动轴7的两端分别枢接两侧的第一支杆9，每根第一支杆9的下端分别枢接上联动板11的对应侧凸枢接点，两根第一支杆9和第一联动轴7、上联动板11及对应侧凸枢接点组合形成第一平行四边形传动组件；

第二联动轴8的两端分别枢接两侧的第二支杆10，每根第二支杆10的下端分别枢接下联动板13的对应侧凸枢接点，两根第二支杆10和第二联动轴8、下联动板13及对应侧凸枢接点组合形成第二平行四边形传动组件；

上联动板11和下联动板13之间通过万向组12连接，下联动板13相对于上联动板11进行万向偏转移动；

下联动板13为整个机器人的动力输出端，上联动板11、下联动板13在初始位置时位于悬挂架1的几何中心的正下方位置布置，上联动板11上设置有三组第一平行四边形传动组件的传动杆，每两根第一支杆9所对应的侧凸枢接点即组合形成一组对应的传动杆，下联动板13上设置有三组第二平行四边形传动组件的传动杆，每两根第二支杆10所对应的侧凸枢接点即组合形成一组对应的传动杆，下联动板用于固接末端夹具。

具体实施时：悬挂架1由六根相同长度的杆件一体成型或分体组装而成，悬挂架的中心为空心区域；

每组伺服系统具体包括伺服电机2和减速机构3，减速机构3的输出端即为伺服系统的输出端，其将电能转化输出为动能，向外界提供动力，借助传动杆组件控制联动板的姿态速度；伺服电机2受到伺服驱动器地指令控制做出加减速或匀速的对应动作；减速机构3用于将伺服电机2处输出的动力放大后转移输出到动力传动臂处，即将伺服电机2的额定速度降下来并增加输出力矩；

第一支杆9、第二支杆10的上端和下端均通过球面副连接对应的联动轴、联动板的对应侧凸枢接点；

上联动板11包括三块第一侧凸块111，第一侧凸块111是动力传递链条的接收点，每两根第一支杆9所对应的侧凸枢接点对应于其一块第一侧凸块111的两侧布置、作为动力传递链条的接收点；

下联动板13包括三块第二侧凸块131，第二侧凸块131是动力传递链条的接收点，每两根第二支杆10所对应的侧凸枢接点对应于其一块第二侧凸块131的两侧布置、作为动力传递链条的接收点；

下联动板13的下部中心位置固装有转接法兰14，转接法兰14的下部用于固接末端夹具15；

悬挂架1的每条边的中心区域下部固装有法兰支座4，法兰支座4上固设有减速机构3和对应的伺服电机2，伺服电机2的输出端连接减速机构3的输入端，减速机构3的输出端连接对应的第一动力传动臂5或第二动力传动臂6的输入端；

动力传动臂具体为弧形结构的力臂，确保整个力臂的传力稳定可靠；

万向组12具体包括上部转接轴121、中部十字架结构123、下部转轴件122，上部转接轴121与上联动板11的下部中心通过球面结构铰接，中部十字架结构123和下联动板13同轴连接，使得下联动板13相对于上联动板11可进行二次形态调整。

具体实施时，第一动力传动臂5、第二动力传动臂6为相同的动力传动臂、仅布置方向和位置不同，第一支杆9、第二支杆41为相同的支杆、仅布置位置不同；初始状态下第一动力传动力臂8的两端点之间的长度为l1，第一动力传动臂8的两端处于水平状态时的第一动力传动臂8的外侧端至上联动板44的中垂线的长度为l3，第一支杆、第二支杆的长度为l2，l2＝4l1、l3＝2l1，将支杆,的长度尺寸设置为动力传动臂的力臂的倍数长度，便于计算联动板运动到空间行程内的任意一点时相关的夹角以及重心；

每根动力传动臂5上开设有减重槽孔16，确保整个结构的刚性不变的前提下，重量较轻；

其工作原理如下：驱动组规格尺寸相同，动力臂5外形呈现圆弧状，相较于常规直线型，在外观、刚性以及传动方面更有优势。

如上图(1-俯视图2)所示，由上述可知，驱动组构成如下：

驱动组a：伺服电机201+行星减速机301+动力臂501+联动轴701；

驱动组b：伺服电机202+行星减速机302+动力臂601+联动轴801；

驱动组c：伺服电机203+行星减速机303+动力臂502+联动轴702；

驱动组d：伺服电机204+行星减速机304+动力臂602+联动轴802；

驱动组e：伺服电机204+行星减速机304+动力臂503+联动轴703；

驱动组f：伺服电机204+行星减速机304+动力臂603+联动轴803；

上述6个驱动组各自独立存在，每组内部子部件均是同轴联接，构成此并联机器人的2组起始驱动部件。

2、球头杆组g/h

由上述可知，球头杆组总共6组，g和h各有3组，每组由2根支杆9(支杆10)、动力臂5和上联板9(下联板10)构成，且上3组球头杆组的末端交汇点在上联板9侧端处，下3组球头杆组的末端交汇点在下联板10侧端处，与前端驱动组a/b/c/d/e/f构成一个闭环。

各连杆关系：

l2＝4l1、l3＝2l1。

基于对称性的考虑，将各支杆长度尺寸均设置为动力传动臂的倍数，便于计算当上联板11或下联板13运动到空间行程内的任意一点时相关的夹角以及重心等。

由上述可知，联动轴701+支杆901/902+上联板11构成第1个球头杆组g；联动轴702+支杆903/904+上联板11构成第2个球头杆组g；联动轴703+支杆905/906+上联板11构成第3个球头杆组g；联动轴801+支杆1001/1002+下联板13构成第4个球头杆组h；联动轴802+支杆1003/1004+下联板13构成第5个球头杆组h；联动轴803+支杆1005/1006+下联板13构成第6个球头杆组h；每个球头杆组四角端点均是球面副联接，构成此并联机器人的第1/2/3/4/5/6个平行四边形。

上述并联机器人归属于delta机器人类，从结构上分析，是基于连杆机构来驱动施力，利用球面副、回转副等关节旋转运动以及平面四边形连杆机构的组合，实现多角度的各种姿态动作，以达到完成指定任务的目的。

通电正常启动，收到指令后，伺服电机201/202/203/204/205/206将电能转化为旋转动能，并通过输出轴传递到减速机3处。经过降低速度并增加力矩处理后，传递到动力臂5处(端部与减速机3输出端同轴联接固定)，因动力臂5/6的后端与联动轴7/8的中间处是回转副联接，且联动轴7/8的两端分别与2根支杆9(支杆10)前端形成球面副联接，2根支杆9(支杆10)后端分别与上联板11(下联板13)侧端形成球面副联接，即驱动组输出的原动力通过上述各自的平行四边形闭环机构传递到上联板11或下联板13的端面处。

此并联机器人有6组独立的输出动力传递链条，且动力终点分别是上联板11或下联板13端面处，即上联板11的位置和姿态由3个驱动组共同决定，下联板13的位置和姿态由3个驱动组决定。由于下联板13与上联板11通过万向组12联接固定，故上联板11的行动可影响到下联板13的位置姿态。

具体实施时：万向组12上端与上联板11球面联接，中间十字架端与下联板13同轴联接，转轴件1202下端与转接法兰14联接固定，而气缸夹爪15(示例参考)作为末端执行器，可实现物料地快速抓取搬运识别分拣。由此可知，末端执行器的位置速度等均由下联板13和上联板11共同控制，从自由度角度而言，末端具备六个自由度，比常规结构更加灵活，角度范围更大，满足更严苛的使用环境。

采用上述结构后，其将和上联动板、下联动板各自互相连接的三组连杆分别内延伸、外延伸设计，即六组连杆分成两组动力传动，可明显增强机构的刚性，以及将整体重心拉回悬挂架的面域范围的立体空间内，可增加负载质量，且不影响其高速的特性，上部联动板运行到对应的位置形态后，下部联动板仍可根据需求运行到对应的位置形态，即将整个机器人的下联动板的输出末端扩展到具备六个自由度，比常规结构更加灵活，角度范围更大，满足更严苛的使用环境。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。