专利名称：四自由度工业机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业机器人领域，特别是涉及一种三维移动一维转动 四自由度工业机器人。
背景技术：
早期的工业机器人通常采用串联结构，即以串联机构为其机构原形， 一般由基座、腰部(或肩部)、大臂、小臂、腕部和手部构成，各部分以串 联方式联接，驱动电机大部分都安装在运动着的大臂和小臂上，主要存在 结构复杂、刚度低、惯性大等不足。为了克服这些不足，人们又把注意力 转向了以并联机构为原形的并联结构机器人，这种机器人通常由基座、运 动平台和以并联方式连接两者的多条运动支链组成，其所有驱动电机都可 以安装李基座上或基座附近，使它与串联结构的机器人相比具有一些独特 的性能，如刚度大、对称性好、结构紧凑和动力学性能好等。斯帝瓦特
(Stewart)平台是最典型的六自由度并联机器人，这种机器人由运动平台 和基座和连接两者的六条可伸縮运动支链组成，通过六个运动支链的伸縮 运动使运动平台实现任意位置与姿态的六维空间运动，该种机器人亦即具 有六个自由度。但是，现代生产中的许多实际操作并联机器人只需要具有 部分自由度，这类并联机器人相对六自由度并联机器人称为少自由度并联 机器人，如分别具有二、三、四和五自由度的并联机器人。在少自由度并 联机器人中，四自由度并联机器人并不多见，特别是具有三维移动和一维 转动的且具有实用性的四自由度机器人则更不多见。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有三维移动和一维转动的四自由度工业 机器人，该机器人具有结构简单、工作空间大、精度高、承载能力强和工 艺性好等优点，可应用于汽车、电子、核工业、航空航天等现代工业领域。
本发明所采用的技术方案是在基座与运动平台之间采用四条结构相 同的运动支链相联，构成并联闭环结构。在所述运动支链中，四根连杆通 过四个转动副相联组成平行四边形机构，由滚珠丝杠螺母副、滑台、AC伺服电机、联轴器、滑台座等组成直线移动驱动单元；平行四边形机构中的 一对连杆分别通过转动副与垂直安装在运动平台上的转轴和直线移动驱动 单元的滑台相连。工具或夹具安装在运动平台上，所述直线移动驱动单元 的滑台座固连在基座上。通过四个直线移动驱动单元的AC伺服电机分别驱 动对应的滚珠丝杠带动滑台的运动，可实现运动平台的三维移动和一维转 动。本发明的有益效果是本发明具有机器人运动学算法简单、工作空间 大、精度高、承载能力强和工艺性好等优点，并且还具有明确运动特性， 即三维移动和一维转动。本发明在现代工业领域需要三维移动和一维转动 的作业中有广泛的应用前景。
图1为四自由度工业机器人的结构图； 图2为机器人运动支链的结构图。在图1、图2中，l.基座，2、 3、 6、 7.运动支链，4.运动平台，5.工 具或夹具，8.滚珠丝杠螺母副，9、 10、 13、 14.连杆，ll.转轴，12、 15. 转动副，16.滑台，17.AC伺服电机，18.联轴器，19.滑台座。
具体实施方式
图1是本发明公开的一个实施例，这种四自由度工业机器人主要包括 基座l、运动平台4、四条结构相同的运动支链(2、 3、 6、 7)和工具或夹 具5等部分。在所述结构相同的运动支链(2、 3、 6、 7)中，四根连杆(9、 10、 13、 14)分别由四个转动副相联组成平行四边形机构；滚珠丝杠螺母 副8、滑台16、 AC伺服电机17、联轴器18、滑台座19等组成直线移动驱 动单元;连杆10通过转动副12与垂直安装在运动平台4上的转轴11相连， 连杆14通过转动副15与直线移动驱动单元的滑台16相联；滚珠丝杠螺母 副8的螺母与滑台16固联，滚珠丝杠螺母副8的滚珠丝杠通过转动副与滑台座19相联，AC伺服电 机17安装在滑台座19上，滚珠丝杠螺母副8的滚珠丝杠通过联轴器18与 AC伺服电机17的输出轴相连，工具或夹具5安装在运动平台4上。四个直 线移动驱动单元安装在基座1上并呈交叉布置，并且，安装在基座1上的运动支链(2， 6)中的两个直线移动驱动单元互相平行，安装在基座1上的 运动支链(3， 7)中的两个直线移动驱动单元互相平行，安装在基座1上的 运动支链(2， 3)中的两个直线移动驱动单元互相垂直。通过四个直线移动 驱动单元的驱动，可实现运动平台4的三维移动和一维转动。该工业机器 人结构简单、工作空间大、精度高、承载能力强，可应用于汽车、电子、 核工业、航空航天等现代工业领域。
权利要求
1.一种四自由度工业机器人，包括基座(1)、运动平台(4)和工具或夹具(5)，工具或夹具(5)安装在运动平台(4)上，其特征是基座(1)和运动平台(4)之间采用四条结构相同的运动支链(2，3，6，7)相连接，在所述运动支链中，四根连杆(9，10，13，14)分别由四个转动副相联构成平行四边形机构，连杆(10)通过转动副(12)与垂直安装在运动平台(4)上的转轴(11)相连，连杆(14)通过转动副(15)与滑台(16)相联。
2. 根据权利要求1所述的四自由度工业机器人，其特征是安装在基 座(1)上的运动支链(2， 6)中的两个直线移动驱动单元互相平行；安装在 基座(1)上的运动支链(3， 7)中的两个直线移动驱动单元互相平行；安装 在基座(1)上的运动支链(2， 3)中的两个直线移动驱动单元互相垂直。
全文摘要
本发明公开了一种四自由度工业机器人，包括基座(1)、运动平台(4)和工具或夹具(5)，工具或夹具(5)安装在运动平台(4)上，其特征是基座(1)和运动平台(4)之间采用四条结构相同的运动支链(2，3，6，7)相连接，在所述运动支链中，四根连杆(9，10，13，14)分别由四个转动副相联构成平行四边形机构，连杆(10)通过转动副(12)与垂直安装在运动平台(4)上的转轴(11)相连，连杆(14)通过转动副(15)与滑台(16)相联。通过四个直线移动驱动单元的驱动，可实现运动平台(4)的三维移动和一维转动。该四自由度工业机器人具有结构简单、工作空间大、精度高、承载能力强和工艺性好等优点，可应用于汽车、电子、核工业、航空航天等现代工业领域。
文档编号B25J3/00GK101407059SQ20081007974
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者莉 杨, 金振林, 峰 高 申请人:燕山大学