一种带有四边形机构的五轴并联机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及并联机器人技术领域，尤其涉及一种带有四边形机构的五轴并联机器人。
【背景技术】
[0002]目前国内外机器人可以分为串联机器人和并联机器人，其中串联机器人以其控制简单，工作空间大，在工业机器人和机床领域已经得到广泛应用。但是，由于串联机构的结构特征，其不具有良好的刚度，另外对于误差是逐级积累的，由于这些缺陷，一些学者开始尝试新的机器人构型，然后就诞生了并联构型，与串联构型相比，并联机构具有负载大，刚度大，而且其对于误差并不是叠加关系，因此合理的并联构型可以大大提高精度。
[0003]并联机构从自由度方面划分可以分为6自由度机构和少于6自由度的机构，虽然6自由度机构具有更高的灵活性，但是就应用方面而言，很多情况下只需要少于6自由度的构型，尤其在机床领域，由于其主轴具有一个旋转自由度，因此，只需五个自由度即可满足加工要求。利用并联构型的五自由度机床通常也被称为五轴虚拟轴机床，目前对于五轴虚拟轴机床的研究还很少，也较为困难。
【发明内容】
[0004]基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种带有四边形机构的五轴并联机器人，具有动力学性能良好，刚度大，速度快的并联构型特点，解决现有串联机床及机器人刚度小，动力学性能不佳的问题。
[0005]本发明提出的一种带有四边形机构的五轴并联机器人，包括底座、动平台和设置在底座、动平台之间的四边形机构，四边形机构包括底边杆、顶边杆、第一直线驱动机构、第二直线驱动机构，底边杆与底座连接，顶边杆与动平台连接，底边杆、第一直线驱动机构、第二直线驱动机构顶边杆首尾顺次转动连接构成平面四连杆机构，第一直线驱动机构、第二直线驱动机构均驱动顶边杆，在四边形机构两个分别设有第四直线驱动机构、第五直线驱动机构，第四直线驱动机构、第五直线驱动机构两端分别与底座、动平台铰接，且第四直线驱动机构、第五直线驱动机构均驱动动平台。
[0006]优选地，底边杆绕其轴线方向相对于底座旋转，顶边杆沿其轴线方向与动平台铰接。
[0007]优选地，四边形机构还包括第三直线驱动机构，第三直线驱动机构沿平面四连杆机构的对角设置，第三直线驱动机构两端分别与四边形机构转动连接，且自由端驱动顶边杆。
[0008]优选地，第四直线驱动机构、第五直线驱动机构的固定端与底座通过球铰连接，自由端通过虎克铰与动平台连接。
[0009]本发明提出的一种带有四边形机构的五轴并联机器人，四边形机构中底边杆、顶边杆处于同一平面内，其底边杆可以绕其轴线相对于底座旋转，其顶边杆与该杆轴线同动平台铰接，从而达到限制动平台绕其法线的旋转；四边形机构中具有三个直线驱动机构即两侧的一对对边和一条对角线，三个驱动共同决定顶边杆相对于底边杆的状态；第四直线驱动机构、第五直线驱动机构分别放置在四边形机构平面的两侧，两个直线驱动的底端与底座通过球铰连接，顶端与动平台通过虎克铰连接。
[0010]本发明全部采用直线驱动机构，增强了整机的动力特性，并具有较好的刚度；四边形机构提供机构的三个自由度并约束了动平台绕其法线的转动，使得系统运动可靠性增强。第四直线驱动机构、第五直线驱动机构对称布置，在提供余下两个自由度时，降低了各项异性，增强了工作空间内的刚度相似性。本发明采用了面对称布局方式，使得整机的可加工性大大增强；无被动约束支链，使得机构更加精简可靠。
【附图说明】
[0011]图1为本发明提出的一种带有四边形机构的五轴并联机器人的结构示意图。
[0012]图2为本发明带有四边形机构的五轴并联机器人中的四边形机构结构示意图。
[0013]图中:1、底座；2、四边形机构；3、第四直线驱动机构；4、第五直线驱动机构；5、动平台，6、底边杆；7、第一直线驱动机构；8、第二直线驱动机构；9、第三直线驱动机构；10、顶边杆。
【具体实施方式】
[0014]如图1-2所示，图1为本发明提出的一种带有四边形机构的五轴并联机器人的结构示意图；图2为本发明带有四边形机构的五轴并联机器人中的四边形机构结构示意图。
[0015]参照图1-2，一种带有四边形机构的五轴并联机器人，包括底座1、动平台5和设置在底座1、动平台5之间的四边形机构，四边形机构包括底边杆6、顶边杆10、第一直线驱动机构7、第二直线驱动机构8，底边杆6与底座I连接，顶边杆10与动平台5连接，底边杆6、第一直线驱动机构7、第二直线驱动机构8顶边杆10首尾顺次转动连接构成平面四连杆机构，第一直线驱动机构7、第二直线驱动机构8均驱动顶边杆10，四边形机构还包括第三直线驱动机构9，第三直线驱动机构9沿平面四连杆机构的对角设置，第三直线驱动机构9两端分别与四边形机构转动连接，且自由端驱动顶边杆10。
[0016]本发明中，在四边形机构两个分别设有第四直线驱动机构3、第五直线驱动机构4，第四直线驱动机构3、第五直线驱动机构4两端分别与底座1、动平台5铰接，且第四直线驱动机构3、第五直线驱动机构4均驱动动平台5。第四直线驱动机构3、第五直线驱动机构4的固定端与底座I通过球铰连接，自由端通过虎克铰与动平台5连接。在具体实施例中，底边杆6绕其轴线方向相对于底座旋转，顶边杆10沿其轴线方向与动平台5铰接。
[0017]本发明中，动平台5上的各铰链轴线可以不共面，具体可根据具体安装情况对结构进行适当调整。
[0018]本发明中，所有用到的球铰都可以用交于一心的不共面的三个转动副代替，例如可以用一个虎克铰加上一个同心的转动副代替，机构功能不变。
[0019]本发明中，所有直线驱动机构均为独立控制，使得机器人的控制可靠度增强。
[0020]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种带有四边形机构的五轴并联机器人，其特征在于，包括底座(I)、动平台(5)和设置在底座(I)、动平台(5)之间的四边形机构，四边形机构包括底边杆(6)、顶边杆(10)、第一直线驱动机构(7 )、第二直线驱动机构(8 )，底边杆(6 )与底座(I)连接，顶边杆(10 )与动平台(5)连接，底边杆(6)、第一直线驱动机构(7)、第二直线驱动机构(8)顶边杆(10)首尾顺次转动连接构成平面四连杆机构，第一直线驱动机构(7)、第二直线驱动机构(8)均驱动顶边杆(10)，在四边形机构两个分别设有第四直线驱动机构(3)、第五直线驱动机构(4)，第四直线驱动机构(3)、第五直线驱动机构(4)两端分别与底座(1)、动平台(5)铰接，且第四直线驱动机构(3)、第五直线驱动机构(4)均驱动动平台(5)。2.根据权利要求1所述的带有四边形机构的五轴并联机器人，其特征在于，底边杆(6)绕其轴线方向相对于底座旋转，顶边杆(10)沿其轴线方向与动平台(5)铰接。3.根据权利要求1所述的带有四边形机构的五轴并联机器人，其特征在于，四边形机构还包括第三直线驱动机构(9)，第三直线驱动机构(9)沿平面四连杆机构的对角设置，第三直线驱动机构(9)两端分别与四边形机构转动连接，且自由端驱动顶边杆(10)。4.根据权利要求3所述的带有四边形机构的五轴并联机器人，其特征在于，第四直线驱动机构(3)、第五直线驱动机构(4)的固定端与底座(I)通过球铰连接，自由端通过虎克铰与动平台(5)连接。
【专利摘要】本发明公开了一种带有四边形机构的五轴并联机器人，四边形机构包括底边杆、顶边杆、第一直线驱动机构、第二直线驱动机构，底边杆与底座连接，顶边杆与动平台连接，底边杆、第一直线驱动机构、第二直线驱动机构顶边杆首尾顺次转动连接构成平面四连杆机构，第一直线驱动机构、第二直线驱动机构均驱动顶边杆，在四边形机构两个分别设有第四直线驱动机构、第五直线驱动机构，第四直线驱动机构、第五直线驱动机构两端分别与底座、动平台铰接，且第四直线驱动机构、第五直线驱动机构均驱动动平台。本发明具有动力学性能良好，刚度大，速度快的并联构型特点，解决现有串联机床及机器人刚度小，动力学性能不佳的问题。
【IPC分类】B25J9/00
【公开号】CN105058371
【申请号】CN201510560364
【发明人】高建设, 王保糖, 侯伯杰
【申请人】郑州大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年9月7日