专利名称：支链嵌套三自由度动平台可连续回转并联机器人机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械学领域的并联机器人机构，具体为一种支链嵌套三自由度动平台可连续回转并联机器人机构，国际专利分类号拟为Int.Cl B25J 9/08 (2006.01)。
背景技术：
机器人的诞生是20世纪人类科技发展的重大成就。机器人在先进制 造、航空、微电子、包装等领域得到广泛应用，为这些行业的发展注入新的 活力。随着工业技术快速发展，高速度、高精度操作成为现代工业机器人的 主题和发展趋势。SCARA机器人由轴线平行的三个回转关节和一个与回转轴 线方向一致的移动副串联组成，并广泛应用于需要高效率的装配、焊接、密 封、搬运和拿放等场合。不过，由于SCARA (串联)机器人采用串联开环机 构，加之每个关节或运动副均需电机驱动，因而增加了运动部件的质量，影 响了机器人末端操作手的操作刚度和动态特性，在实现高精度、高速度操作 时受到一定程度地限制。并联机器人驱动电机一般安装在机座上，运动部件 质量小，末端操作手的操作刚度和动态性能好，改善了串联机器人的不足。 并联机器人这一固有特性为实现高速度、高精度操作提供了保障，但并联机 器人安装空间较大，工作空间相对较小，末端操作手回转能力相对不足(不 能实现连续回转)，因此并联机器人在工业方面应用在一定程度上也受到限 制。为提高工作空间， 一些非常规结构的并联机器人已经出现。如冗余输入 的并联机器人机构(参见刘欣. 一种平面2自由度冗余并联机构的研究.西 安电子科技大学硕士学位论文，2006)，解决了奇异位形附近的力学和刚性 较差的问题，并提高了工作空间；串并联结构的机器人(参见刘辛军，汪劲 松，高峰，金振林. 一种串并联结构拟人七自由度冗余手臂的设计.中国机 械工程，2002， Vol.13, No. 2: 101-105)，增大了其工作空间。但是，这 些非常规结构的并联机器人也很难实现像SCARA机器人那样的操作，即以较小的设备安装空间，实现很大的操作范围和灵活度。在申请人检索的范围内，尚为发现能够实现类似SCARA机器人那样操作的并联机器人机构。 发明内容针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，设计一种支链嵌套 三自由度动平台可连续回转并联机器人机构，该机构具有三个自由度，运动 支链嵌套在一起，运动和外形类似于串联结构的SCARA机器人，但其动平台 可以实现连续回转，具有串联和并联机器人的综合优点，应用领域和适用范 围更为广泛。本发明解决所述技术问题的技术方案是设计一种支链嵌套三自由度动 平台可连续回转并联机器人机构，其特征在于该机构包括机座和动平台以及 固连在机座和动平台之间且嵌套在一起的第一运动支链、第二运动支链和第 三运动支链；所述的第一运动支链包括固定在机座上的第一电机及其驱动 的螺旋副，回转轴线与螺旋副轴线平行的第一回转副，移动方向垂直于第一 回转副回转轴线的第一移动副；所述的第二运动支链包括固定在机座上的 第二电机及其驱动的第二回转副，嵌套在第二回转副上的第二移动副，以及 与第一支链共用的第一移动副；所述的第三运动支链包括固定在机座上的 第三电机及其驱动的第三回转副，嵌套在第三回转副上的第三移动副，以及 嵌套在第一移动副上且轴线相互平行的第四回转副、第五回转副和第六回转 副。与现有技术相比，本发明并联机器人机构具有三个自由度，但其三个运 动支链不是分离的结构，而是嵌套在一起安装，可使并联机器人机构的末端 动平台连续回转，实现类似于SCARA串联机器人那样所能完成的运动，具 有串联机器人和并联机器人机构的综合优点，扩大了并联机器人机构的应用 领域和适用范围。图l本发明并联机器人机构一种实施例的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图详细叙述本发明。实施例以本发明技术方案为 依据，给出了详细的实施方式和过程，但本发明权利要求的保护范围不限于 下述的实施例。本发明设计的并联机器人机构(以下简称机构，参见
图1)，其特征在于该机构包括机座1和动平台2以及固连在机座1和动平台2之间且嵌套在 一起的第一运动支链A、第二运动支链B和第二运动支链C;所述的机座1 包括水平的上板11和下板12以及连接上板11和下板的立板13;所述的第 一运动支链A包括安装在机座1下板12底面上的第一电机Al及其直接 驱动的螺旋杆A2，螺旋杆A2垂直安装在机座l的上、下板之间，其上配装 有双孔(一个为螺纹孔，另一个为光孔)的螺母A4，螺母A4的螺纹孔与螺 旋杆A2配装组成螺旋副A3，螺母A4的光孔配装有垂直滑杆A6，垂直滑 杆A6穿过机座1的上板11 ，并与螺母A4的光孔构成第一回转副A5，且第 一回转副A5的回转轴线与螺旋副A3的轴线平行，在垂直滑杆A6的上端固 连有水平滑杆A7，水平滑杆A7上配装有滑块A9，水平滑杆A7与配装滑 块A9构成移动方向垂直于第一回转副A5轴线的第一移动副A8;所述的第二运动支链B包括安装在机座l上板ll上的第二电机Bl， 第二电机Bl通过上传动件B2驱动(传动件B2可以是带、链或齿轮，实施 例采用了带)第二回转副B3，第二回转副B3与第一运动支链A的第一回 转副A5共轴线或嵌套，所述垂直滑杆A6穿过第二回转副B3，并构成第二 移动副B4，垂直滑杆A6通过第二移动副B4可上下移动，所述第一支链A 的垂直滑杆A6，水平滑杆A7以及第一移动副A8与第二支链B共用，或者 说它们也属第二支链B的一部分；所述的第三运动支链C包括安装在机座1下板上的第三电机Cl，第 三电机Cl通过下传动件C2驱动(传动件C2可以是带、链或齿轮，实施例 采用了带)的第三回转副C3，第三回转副C3与第一运动支链A的第一回 转副A5共轴线或嵌套共用，第三滑杆C5下端穿过第三回转副C3，并可通 过嵌套的第三移动副C4上下移动，同时第三滑杆C5上端沿轴线方向穿过 第二移动副B4和垂直滑杆A6的中心与水平连杆C7固连，且水平连杆C7 与垂直滑杆A6上端构成第四回转副C6，在水平连杆C7与滑块A9之间连 接有连接杆C9、连接杆C9与水平连杆C7和滑块A9之间分别构成第五回 转副C8和第六回转副CIO，简言之，所述第四回转副C6、第五回和第六回转副C10的轴线与第三回转副C3的轴线相互平行，并嵌套在第一 移动副A8上；所述的滑块A9与动平台2固连或一体设计(实施例为一体 设计)。所述的垂直滑杆A6、第三滑杆C5和螺母A4之间只能相对转动， 在上下移动方向固连在一起。在本发明所述的滑杆A6和第三滑杆C5的横截面形状可以分别是被所 述第一回转副A5和第二回转副B3带动一起转动的任何形状。本发明实施 例的所述垂直滑杆A6、水平滑杆A7和第三滑杆C5均为方形截面的杆，但 也可以是长方形、三角形、六边形、花键形等常用移动副滑杆横截面形状。 所述螺母A4的光孔为圆形孔。在本发明机构中，在不影响所述机构自由运动的情况下，或者在满足所 述机构运动范围要求的情况下，所述动平台2的结构形状可以是任意的，不 受实施例的限定，所述机座1的结构形状也可以是任意的，不受实施例的限 定；同样，所述水平连杆C7、连接杆C9的结构形状也不受实施例的限定。本发明机构的工作原理和过程是(参见图1):本发明机构为并联机器 人，其支链嵌套三自由度动平台，可做连续回转运动。当第一电机Al驱动 所述第一运动支链A的螺旋杆A2时，螺母A4通过螺旋副A3上下移动，与 其上下固连的垂直滑杆A6和第三滑杆C5上下移动，水平滑杆A7连同水平 连杆C7、连接杆C9以及动平台2 —起同步上下移动；当第二电机Bl驱动 所述第二运动支链B的第二回转副B3时，嵌套在其内的垂直滑杆A6 —同 转动，并通过与之固连的水平滑杆A7带动动平台2转动，且动平台2可以 绕Z轴做连续回转运动，同时，水平滑杆A7的转动会造成其与水平连杆C7 之间夹角的变化，从而使动平台2产生沿水平滑杆A7方向的移动；当第三 电机Cl驱动所述第三运动支链C的第三回转副C3时，可使嵌套在其内的 第三滑杆C5—同转动，并进一步带动水平连杆C7转动，使水平滑杆A7与 水平连杆C7之间的夹角发生变化，从而使得动平台2产生沿水平滑杆A7 方向上的移动。本发明并联机器人机构的突出优点在于运动支链采用嵌套结构，实现了 末端动平台的可连续回转，且实现了类似于SCARA串联机器人的运动，综 合了串联和并联机器人的优点，扩大了应用范围。本发明未述及之处适用于现有技术。
权利要求
1.一种支链嵌套三自由度动平台可连续回转并联机器人机构，其特征在于该机构包括机座和动平台以及固连在机座和动平台之间且嵌套在一起的第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链；所述的第一运动支链包括固定在机座上的第一电机及其驱动的螺旋副，回转轴线与螺旋副轴线平行的第一回转副，移动方向垂直于第一回转副回转轴线的第一移动副；所述的第二运动支链包括固定在机座上的第二电机及其驱动的第二回转副，嵌套在第二回转副上的第二移动副，以及与第一支链共用的第一移动副；所述的第三运动支链包括固定在机座上的第三电机及其驱动的第三回转副，嵌套在第三回转副上的第三移动副，以及嵌套在第一移动副上且轴线相互平行的第四回转副、第五回转副和第六回转副。
全文摘要
本发明涉及一种支链嵌套三自由度动平台可连续回转并联机器人机构，其特征在于该机构包括机座和动平台以及固连在机座和动平台之间且嵌套在一起的第一、第二和第三运动支链；第一运动支链包括固定在机座上的第一电机及其驱动的螺旋副，回转轴线与螺旋副轴线平行的第一回转副，移动方向垂直于第一回转副回转轴线的第一移动副；第二运动支链包括固定在机座上的第二电机及其驱动的第二回转副，嵌套在第二回转副上的第二移动副，以及与第一支链共用的第一移动副；第三运动支链包括固定在机座上的第三电机及其驱动的第三回转副，嵌套在第三回转副上的第三移动副以及嵌套在第一移动副上且轴线相互平行的第四、第五和第六回转副。
文档编号B25J9/16GK101259616SQ20081005279
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者张建军, 李为民, 楼云江, 王晓慧 申请人:河北工业大学