专利名称：一种可实现scara运动的四自由度单动平台并联机构的制作方法
技术领域：
本发明属于并联机器人领域，特别涉及一种应用于包装、制造、装配以及材料拾取等生产线的能够实现高速运动的四自由度单平台并联机构。
背景技术：
SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)意为具有选择顺应性的装配机器人手臂，这种机器人手臂最早通过串联机构实现，广泛应用于自动搬运、喷涂、焊接以及装配等工业领域。并联机构是与串联机构相对的由多个支链构成的闭环机构，其独特的结构使得该类机构具有更高的动态响应性能，更容易实现高速高加速度运动。在该领域内，Clavel提出了由三条对称支链构成的可实现三维平动的Delta并联机构，具有高速运动特性，后被ABB公司推广并应用于食品包装等生产线中代替人工完成食品等的快速分拣操作。为了进一步增加拾取动作的柔性并提高效率，同时解决分拣生产线输送产品的杂乱无章排列对机械手转动灵活性的需求，Pierrot等提出了具有四支链、双动平台结构特征的可实现SCARA运动的H4型并联机构，并将其成功商业化,典型的代表产品如Adept Quattro S650H等。H4型并联机构的转动输出运动是由其双动平台的相对运动产生的，满足了分拣生产线对于机械手转动能力的需求。H4型并联机构满足了生产线上对于机械手实现SCARA运动的应用需求，但是该类机构的双动平台结构增加了其结构复杂性，进而导致了复杂的运动学特性，对闻速闻动态响应的运动特性广生不利影响，不利于生广效率的提闻。
发明内容
本发明的目的是为了简化H4型并联机构的结构复杂性并克服其双动平台结构对机械手高速高动态响应的不利影响，提出一种可实现SCARA运动的四自由度单动平台并联机构，具有相对简洁的运动学以及更好的高速高动态响应特性。本发明提出的一种可实现SCARA运动的四自由度单平台并联机构，其特征在于包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的四个支链；第一、第二、第三和第四支链均包括驱动臂、左连杆、右连杆、支撑杆、连接件以及运动副；所述运动副有八个，一个是连接于定平台和驱动臂之间的转动副(R)，一个是连接于驱动臂和左连杆之间的球铰(S)，一个是连接于驱动臂和右连杆之间的球铰(S)，一个是连接于支撑杆和左连杆之间的转动副(R)，一个是连接于支撑杆和右连杆之间的转动副(R)，一个是连接于连接件和左连杆之间的球铰(S)，一个是连接于连接件和右连杆之间的球铰(S)，一个是连接于连接件与动平台之间的转动副(R);其中，连接于定平台和驱动臂之间的转动副(R)是主动驱动的；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个平动自由度和Iv转动自由度。本发明还提出另一种可实现SCARA运动的四自由度单平台并联机构，其特征在于包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的四个支链；第一、第二、第三和第四支链均包括滑块、左连杆、右连杆、支撑杆、连接件以及运动副；所述运动副有八个，一个是连接于定平台和滑块之间的移动副(P)，一个是连接于滑块和左连杆之间的球铰(S)，一个是连接于滑块和右连杆之间的球铰(S)，一个是连接于支撑杆和左连杆之间的转动副(R)，一个是连接于支撑杆和右连杆之间的转动副(R)，一个是连接于连接件和左连杆之间的球铰(S)，一个是连接于连接件和右连杆之间的球铰(S)，一个是连接于连接件与动平台之间的转动副(R);其中，连接于定平台和滑块之间的移动副(P)是主动驱动的；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个平动自由度和一个转动自由度。本发明的特点及技术效果本发明提出一种可实现SCARA运动的单平台并联机构，具有三个平动自由度和一个转动自由度。本发明的一种可实现SCARA运动的单平台并联机构通过四个主动驱动的运动副驱动动平台运动，实现空间内的三维平动运动和一维旋转运动，该机构具有结构简洁、运动学相对简单的特点，其单平台的结构特征有利于实现高速高加速的动态响应特性，应用于分拣生产线时易于实现高速运动，进而可有效提高生产效率。
图I为本发明实施例一的结构示意图。图2为本发明实施例二的结构示意图。
具体实施例方式本发明的一种可实现SCARA运动的四自由度单平台并联机构结合附图及实施例详细说明如下本发明提出的一种可实现SCARA运动的四自由度单平台并联机构，包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的具有相同结构的第一、第二、第三和第四支链，该第一、第二、第三和第四支链均含有一个主动驱动的运动副；其特征在于所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个平动自由度和一个转动自由度。本发明的一种可实现SCARA运动的四自由度单平台并联机构，第一、第二、第三和第四支链结构相同。具体说明如下第一、第二、第三和第四支链均包括驱动臂、左连杆、右连杆、支撑杆、连接件以及运动副。所述运动副有八个，一个是连接于定平台和驱动臂之间的转动副R，一个是连接于驱动臂和左连杆之间的球铰S，一个是连接于驱动臂和右连杆之间的球铰S，一个是连接于支撑杆和左连杆之间的转动副R，一个是连接于支撑杆和右连杆之间的转动副R，一个是连接于连接件和左连杆之间的球铰S，一个是连接于连接件和右连杆之间的球铰S，一个是连接于连接件与动平台之间的转动副R。其中，连接于定平台和驱动臂之间的转动副R是主动驱动的。
第一、第二、第三和第四支链还可包括滑块、左连杆、右连杆、支撑杆、连接件以及运动副。所述运动副有八个，一个是连接于定平台和滑块之间的移动副P，一个是连接于滑块和左连杆之间的球铰S，一个是连接于滑块和右连杆之间的球铰S，一个是连接于支撑杆和左连杆之间的转动副R，一个是连接于支撑杆和右连杆之间的转动副R，一个是连接于连接件和左连杆之间的球铰S，一个是连接于连接件和右连杆之间的球铰S，一个是连接于连接件与动平台之间的转动副R。其中，连接于定平台和滑块之间的移动副P是主动驱动的。实施例一本实施例的一种可实现SCARA运动的四自由度单平台并联机构的结构如图I所示，包括定平台17、动平台11以及第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV，所述四条支链分别连接于定平台17和动平台11之间，并与定平台17和动平台11构成空间闭环机构。所述第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV结构完全相同，图中以第四支链IV为例，包括驱动臂16、左连杆14、右连杆15、支撑杆13、连接件12以及运动副。所述运动副有七个，一个是连接于定平台17和驱动臂16之间的转动副R，一个是连接于驱动臂16和左连杆14之间的球铰S，一个是连接于驱动臂16和右连杆15之间的球铰S，一个是连接于支撑杆13和左连杆14之间的转动副R，一个是连接于支撑杆13和右连杆15之间的转动副R，一个是连接于连接件12和左连杆14之间的球铰S，一个是连接于连接件12和右连杆15之间的球铰S，一个是连接于连接件12与动平台11之间的转动副R。其中，连接于定平台17和驱动臂16之间的转动副R是主动驱动的。连接于所述动平台11与所述第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV之间的四个转动副相互平行且在所述动平台11上呈非正方形布置，当呈正方形布置时机构发生奇异，此时机构无效。因此，所有呈非正方形布置情形均属于本发明保护范围。实施例二 本实施例的一种可实现SCARA运动的四自由度单平台并联机构的结构如图2所示，与实施例一类似，同样包括结构完全相同的第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV。本实施例与实施例一不同的是所述第一支链I、第二支链II、第三支链III和第四支链IV均采用了移动副主动驱动的驱动形式。体现在具体结构上为其第四支链IV的滑块23与所述左连杆21通过球铰连接，滑块23与所述右连杆22通过球铰连接，滑块23与定平台24通过移动副连接且该移动副是主动驱动的。本实施例中，定平台由四块分离的固定平板(24、25、26和27)所组成，该四块分离的固定平板均竖直放置且在圆周上呈均匀对称布置。
权利要求
1.一种可实现SCARA运动的四自由度单平台并联机构，其特征在于包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的四个支链；第一、第二、第三和第四支链均包括驱动臂、左连杆、右连杆、支撑杆、连接件以及运动副；所述运动副有八个，一个是连接于定平台和驱动臂之间的转动副(R)，一个是连接于驱动臂和左连杆之间的球铰(S)，一个是连接于驱动臂和右连杆之间的球铰(S)，一个是连接于支撑杆和左连杆之间的转动副(R)，一个是连接于支撑杆和右连杆之间的转动副(R)，一个是连接于连接件和左连杆之间的球铰(S)，一个是连接于连接件和右连杆之间的球铰(S)，一个是连接于连接件与动平台之间的转动副(R);其中，连接于定平台和驱动臂之间的转动副(R)是主动驱动的；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个平动自由度和一个转动自由度。
2.如权利要求I所述的机构，其特征在于，连接于所述动平台与所述第一支链、第二支链、第三支链和第四支链之间的四个转动副相互平行且在所述动平台上呈非正方形布置。
3.一种可实现SCARA运动的四自由度单平台并联机构，其特征在于包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的四个支链；第一、第二、第三和第四支链均包括滑块、左连杆、右连杆、支撑杆、连接件以及运动副；所述运动副有八个，一个是连接于定平台和滑块之间的移动副(P)，一个是连接于滑块和左连杆之间的球铰(S)，一个是连接于滑块和右连杆之间的球铰(S)，一个是连接于支撑杆和左连杆之间的转动副CR), 一个是连接于支撑杆和右连杆之间的转动副(R)，一个是连接于连接件和左连杆之间的球铰(S), —个是连接于连接件和右连杆之间的球铰(S), —个是连接于连接件与动平台之间的转动副(R);其中，连接于定平台和滑块之间的移动副(P)是主动驱动的；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个平动自由度和一个转动自由度。
4.如权利要求3所述的机构，其特征在于，定平台由分离的四块固定平板所组成，该四块分离的固定平板均竖直放置且在圆周上呈均匀对称布置。
全文摘要
本发明涉及一种可实现SCARA运动的四自由度单平台并联机构，属于并联机器人技术领域。包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的具有相同结构的第一、第二、第三和第四支链，该第一、第二、第三和第四支链均含有一个主动驱动的运动副；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现空间内的三维平动和一维转动运动。该并联机构具有结构简洁、运动学相对简单的特点，其单平台的结构特征有利于实现高速高加速的动态响应特性。
文档编号B25J9/00GK102922513SQ20121043537
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月2日 优先权日2012年11月2日
发明者刘辛军, 谢福贵, 王立平, 尤政 申请人:清华大学