四自由度混联机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种四自由度混联机器人，属于机器人【技术领域】。本实用新型包括下底座，下底座的上部通过垂直转轴Ⅰ活动连接有回转箱体Ⅰ，回转箱体Ⅰ通过下部平行四边形机构串联铰接有上底座，上底座的上部通过垂直转轴Ⅱ活动连接有回转箱体Ⅱ，回转箱体Ⅱ通过上部平行四边形机构铰接有上部工作平台；每个平行四边形机构的两台驱动电机独立的并联布置在回转箱体内。本实用新型实现沿X、Y、Z轴的3个平动自由度和1个绕Z轴转动自由度。本实用新型结构简单，占用空间相对较小，抗扭刚度较高，工作面始终保持水平，工作空间对称，工作范围较大等优点，可用于大范围喷涂、测量等场合。
【专利说明】四自由度混联机器人
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及ー种エ业机器人，属于エ业机器人【技术领域】。
【背景技术】
[0002]现有的常规四自由度机器人应该有四个动カ装置。其布置方式有三种选择:
[0003]1、串联机构:四个独立的铰链各自配置动カ装置。
[0004]2、混合机构:部分动カ装置串联，部分并联。
[0005]3、并联机构:四个驱动装置安装在同一个基础上。
[0006]串联机构在SCARA形式的机器人系统中很普遍，从肩部到肘部到腕部，每个铰链都有一个动カ元件。另外，腕部还有与转动副串联的移动副。
[0007]混合机构的ー个例子就是Delta机器人。它拥有并联机构的特征，在作平面运动时，有三个方向的平动。三个电机驱动工作台运动，工作台连接在固定坐标系上(通常为天花板)。电机的轴线形成等边三角形，第四个电机驱动工作台的升降，围绕前面三个电机所形成的平面的法线旋转。
[0008]串联机构提供了丰富、复杂的机构形式，并联机构提供了简单的结构形式。混合机构介于二者之间。
[0009]如果仅从结构简单上考虑，可以选择并联机构。然而，并联机构在工作空间受到限制以及需要较大的工作范围及很高的灵活性时就有点カ不从心。
【发明内容】
[0010]为了克服上述现有技术的不足之处，本实用新型提供ー种四自由度混联机器人，对建立在并联基础上的两个平行四边形驱动模块进行串联连接，实现沿X、Y、Z轴的3个平动自由度和I个绕Z轴转动自由度。
[0011]本实用新型是通过如下技术方案实现的:ー种四自由度混联机器人，它包括下底座，下底座的上部通过垂直转轴I活动连接有回转箱体I，回转箱体I通过下部平行四边形机构串联铰接有上底座，上底座的上部通过垂直转轴II活动连接有回转箱体II，回转箱体II通过上部平行四边形机构铰接有上部工作平台；
[0012]所述的下部平行四边形机构由平行的连杆I和连杆I1、及两个平行的连杆IV铰接而成，连杆I和连杆II之间铰接有与连杆IV平行的连杆III，两个所述的连杆IV与所述的连杆I和连杆II之间采用活动铰链I连接，两个所述的连杆IV分别采用固定铰链I和固定铰链II与所述的回转箱体I连接，所述的连杆IV的上端通过固定铰链III连接所述的上底座，所述的回转箱体I内并联布置有两台独立的下部驱动电机，其中一台下部驱动电机通过传动副连接所述的垂直转轴I，另一台下部驱动电机连接动力输出轴I，动カ输出轴I连接所述的连杆III;
[0013]所述的上部平行四边形机构由平行的连杆V和连杆V1、及两个平行的连杆VDI铰接而成，连杆V和连杆VI之间铰接有与连杆VDI平行的连杆VL两个所述的连杆VDI与所述的连杆V和连杆VI之间采用活动铰链II连接，两个所述的连杆VDI分别采用固定铰链IV和固定铰链V与所述的回转箱体II连接，所述的连杆珊的上端通过固定铰链VI连接所述的上部工作平台，所述的回转箱体II内并联布置有两台独立的上部驱动电机，其中一台上部驱动电机通过传动副连接所述的垂直转轴II，另一台上部驱动电机连接动カ输出轴II，动カ输出轴II连接所述的连杆vn。
[0014]本实用新型的有益效果是:本实用新型对建立在并联基础上的两个平行四边形驱动模块进行串联连接，实现沿X、Y、Z轴的3个平动自由度和I个绕Z轴转动自由度。本实用新型结构简单，占用空间相对较小，抗扭刚度较高，工作面始終保持水平，工作空间对称，工作范围较大等优点，可用于大范围喷涂、測量等场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面根据附图和实施例对本实用新型进ー步说明。
[0016]图1是本实用新型结构示意图。
[0017]图中，(I)下底座；(1-1)垂直转轴I ;(2)固定铰链I ;(3)回转箱体I ;(4)连杆I ;(5)活动铰链I ;(6)固定铰链II ;(7)连杆II ;(8)动カ输出轴I ; (9)连杆III; (10)连杆IV ;(11)固定铰链III ;(12)上底座；(12-1)垂直转轴II ;(13)连杆V ;(14)固定铰链IV; (15)活动铰链II ;(16)固定铰链V ;(17)动カ输出轴II ;(18)回转箱体II ;(19)连杆VI ; (20)连杆VII ; (21)连杆VDI ; (22)固定铰链VI ; (23)上部工作平台。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例对本实用新型进ー步说明。
[0019]ー种四自由度混联机器人，其特征在于:它包括下底座1，下底座I的上部通过垂直转轴I 1-1活动连接有回转箱体I 3，回转箱体I 3通过下部平行四边形机构串联铰接有上底座12，上底座12的上部通过垂直转轴II 12-1活动连接有回转箱体II 18，回转箱体II 18通过上部平行四边形机构铰接有上部工作平台23 ；
[0020]所述的下部平行四边形机构由平行的连杆I 4和连杆II 7、及两个平行的连杆IV 10铰接而成，连杆I 4和连杆II 7之间铰接有与连杆IV 10平行的连杆III 9，两个所述的连杆IV 10与所述的连杆I 4和连杆II 7之间采用活动铰链I 5连接，两个所述的连杆IV 10分别采用固定铰链I 2和固定铰链II 6与所述的回转箱体I 3连接，所述的连杆IV 10的上端通过固定铰链III 11连接所述的上底座12，所述的回转箱体I 3内并联布置有两台独立的下部驱动电机，其中一台下部驱动电机通过传动副连接所述的垂直转轴I 1-1，另一台下部驱动电机连接动力输出轴I 8，动カ输出轴I 8连接所述的连杆III 9 ;
[0021]所述的上部平行四边形机构由平行的连杆V 13和连杆VI 19、及两个平行的连杆VDI 21铰接而成，连杆V 13和连杆VI19之间铰接有与连杆VDI 21平行的连杆VII 20，两个所述的连杆珊21与所述的连杆V 13和连杆VI 19之间采用活动铰链II 15连接，两个所述的连杆VDI 21分别采用固定铰链IV 14和固定铰链V 16与所述的回转箱体II 18连接，所述的连杆VDI 21的上端通过固定铰链VI 22连接所述的上部工作平台23，所述的回转箱体II 18内并联布置有两台独立的上部驱动电机，其中一台上部驱动电机通过传动副连接所述的垂直转轴II 12-1，另一台上部驱动电机连接动力输出轴II 17，动カ输出轴II 17连接所述的连杆vn 20。
[0022]本实用新型的工作原理是:要求机器人要能够实现三个独立的平动和ー个绕垂直轴的转动，而且必须能承受住较大的垂直和水平方向的受力，即较高的抗扭刚度，同时要求工作平台尽可能的保持在水平内。
[0023]机器人的动カ来自于两个方向的运动，一个是绕水平轴的倾转运动，另ー个是绕垂直轴的旋转运动，从而使得上部工作平台23保持着如图1所示的水平状态。
[0024]为使电机在不同载荷情况下能产生独立的倾转和旋转运动，选用2组结构完全相同的平行四边形机构进行串联、而每组平行四边形机构动カ元件并联的传动机构。每ー组平行四边形单元由若干个长短不同的连杆通过铰链链接而成，如图1所示。每组平行四边形机构由布置在相应的回转箱体中的两台直流电机提供动力，以图1下部平行四边形机构为例，一台直流电机提供了绕Z轴的旋转运动，速率为
ゑ，另一台电机通过动カ输出轴I 8将动カ传递给连杆III 9，再由连杆III 9通过连杆I 4和
连杆II 7及活动铰链I 5将动カ传递至整个平行四边形机构，使平行四边形以固定铰链I 2
和固定铰链II 6为转动圆心进行旋转，从而提供绕水平轴的旋转运动，速率为ゑ。
[0025]在布局上，每个平行四边形机构的两台驱动电机独立的并联布置在回转箱体内，通过齿轮传动分别提供绕Z轴(垂直转轴I 1-1、垂直转轴II 12-1)旋转的运动，速率为為，
以及绕水平轴旋转的运动，速率为ふ。
[0026]上部平行四边形机构和下部平行四边形机构通过串联连接，最終将运动传递给上部工作平台23。
[0027]在机构中，用ち，Bi代表绕Z轴的旋转角度，直接生成；用ち，ち表示摆动角度，由平行四边形的角速度％ , %间接生成，如图1所示。
[0028]两个串联在一起的平行四边形机构，能够分别在相应的垂直平面内产生两个独立的运动(在两个相互垂直平面内绕垂直于相应平面的轴旋转)，第一个运动通过ー个转动副
围绕固定在底座I上的垂直轴Z轴转动，即巧，各；第二个运动为图1所示平行四边形平面围绕X轴或Y轴的旋转，即ら，A。
[0029]图1机构在色為為為的共同作用下即可产生4个自由度的运动，即绕Z轴的旋转和沿X、Y、Z轴的平动。
【权利要求】
1.ー种四自由度混联机器人，其特征在于:它包括下底座(1)，下底座(1)的上部通过垂直转轴I (1-1)活动连接有回转箱体I (3)，回转箱体I (3)通过下部平行四边形机构串联铰接有上底座(12)，上底座(12)的上部通过垂直转轴II (12-1)活动连接有回转箱体II(18)，回转箱体II (18)通过上部平行四边形机构铰接有上部工作平台(23)； 所述的下部平行四边形机构由平行的连杆I (4)和连杆II (7)、及两个平行的连杆IV(10)铰接而成，连杆I (4)和连杆II (7)之间铰接有与连杆IV(IO)平行的连杆111(9)，两个所述的连杆IV (10)与所述的连杆I (4)和连杆II (7)之间采用活动铰链I (5)连接，两个所述的连杆IV(IO)分别采用固定铰链I (2)和固定铰链II (6)与所述的回转箱体I (3)连接，所述的连杆IV (10)的上端通过固定铰链III (11)连接所述的上底座(12)，所述的回转箱体I (3)内并联布置有两台独立的下部驱动电机，其中一台下部驱动电机通过传动副连接所述的垂直转轴I (1-1)，另一台下部驱动电机连接动力输出轴I (8)，动カ输出轴I (8)连接所述的连杆III (9); 所述的上部平行四边形机构由平行的连杆V (13)和连杆VK19)、及两个平行的连杆VDK21)铰接而成，连 杆乂(13)和连杆/1(19)之间铰接有与连杆珊(21)平行的连杆1/11(20)，两个所述的连杆VDI(21)与所述的连杆V (13)和连杆VK19)之间采用活动铰链II (15)连接，两个所述的连杆珊(21)分别采用固定铰链IV(14)和固定铰链V (16)与所述的回转箱体II (18)连接，所述的连杆珊(21)的上端通过固定铰链VK22)连接所述的上部工作平台(23)，所述的回转箱体II (18)内并联布置有两台独立的上部驱动电机，其中一台上部驱动电机通过传动副连接所述的垂直转轴II (12-1)，另一台上部驱动电机连接动力输出轴II(17)，动カ输出轴II (17)连接所述的连杆VII (20)。
【文档编号】B25J9/00GK203427028SQ201320516491
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】鹿毅 申请人:江苏建筑职业技术学院