三自由度机械腕和新型六自由度delta机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种三自由度机械腕，涉及机器人领域，包括机械腕基座和机械腕头部，所述机械腕基座上设有第一传动轴和两个第二传动轴，所述机械腕头部内设有末端转轴，所述末端转轴同轴连接有一第三传动轴，所述第三传动轴上端通过万向节与所述第一传动轴下端连接，所述第二传动轴下端通过换向传动装置与所述机械腕基座外的第一主驱动臂连接，所述第一主驱动臂依次通过中间连杆和从动臂连接到所述机械腕头部侧壁，本实用新型还提供一种具有该机械腕的新型六自由度DELTA机器人，所述机械腕连接在所述DELTA机器人末端；本实用新型的DELTA机器人灵活、速度快、制造生产成本低、负载大。
【专利说明】三自由度机械腕和新型六自由度DELTA机器人
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机器人，尤其涉及三自由度机械腕和新型六自由度DELTA机器人。
【背景技术】
[0002]并联机器人具有刚度大，承载能力强，精度高，末端件惯性小等优点，在高速，大承载能力的场合，与串联机器人相比具有明显优势。成功的运用案例如Delta机器人。目前市场上的delta机器人多为3个或4个自由度，能实现的动作有限，在一些特殊动作需要的作业场合，例如需要将物件竖立摆放时，传统的Delta机器人无法实现该动作，限制了机器人的运用，通过6自由度Delta机器人可以打破该限制。
[0003]现有的六自由度Delta机器人，如发那科公司的Delta机器人，采用了在传统delta机器人末端加装3自由度的串联机械碗实现了六自由度的结构，该结构存在承重力小，控制精度低，动平台重量过重等问题。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种灵活、速度快、制造生产成本低、负载大的三自由度机械腕和新型六自由度DELTA机器人。
[0005]本实用新型是这样实现的:一种三自由度机械腕，包括机械腕基座和机械腕头部，所述机械腕基座上设有第一传动轴和两个第二传动轴，所述机械腕头部内设有末端转轴，所述末端转轴同轴连接有一第三传动轴，所述第三传动轴上端通过万向节与所述第一传动轴下端连接，所述第二传动轴下端通过换向传动装置与所述机械腕基座外的第一主驱动臂连接，所述第一主驱动臂依次通过中间连杆和从动臂连接到所述机械腕头部侧壁。
[0006]进一步地，所述第一主驱动臂为绕所述机械腕基座的弧形结构，所述从动臂为绕所述机械腕头部的弧形结构，所述中间连杆为V型。
[0007]进一步地，所述换向传动装置为蜗轮蜗杆传动装置。
[0008]进一步地,所述换向传动装置为伞齿轮传动装置。
[0009]进一步地，所述万向节为十字万向节。
[0010]本实用新型还提供一种具有上述三自由度机械腕的新型六自由度DELTA机器人，包括本体基座、动平台以及连接所述本体基座和所述动平台的三个结构相同的第一运动支链，所述三个第一运动支链使得所述动平台具有XYZ轴向自由度，所述动平台下端与机械腕固定连接，所述机械腕由固定在所述本体基座上的三个结构相同的第一驱动电机及分别与所述第一驱动电机连接的滚珠花键副驱动，所述滚珠花键副分别与第一传动轴和两个第二传动轴连接。
[0011]进一步地，所述第一运动支链包括固定在所述本体基座上的第二驱动电机、与所述第二驱动电机驱动轴连接的第二主驱动臂以及连接所述第二主驱动臂另一端和所述动平台的两根从动杆，所述第二主驱动臂由所述第二驱动电机驱动在垂直所述第二驱动电机驱动轴的平面运动，所述第二主驱动臂另一端和所述动平台上分别设有连接轴，所述两根从动杆两端分别与所述第二主驱动臂和动平台上的连接轴球铰接。
[0012]进一步地，所述第二主驱动臂上设有减重结构。
[0013]进一步地，所述减重结构为通孔。
[0014]进一步地，所述机械腕基座上还设有一备用传动轴，所述备用传动轴连接到所述机械腕头部的传动结构与所述第二传动轴连接到所述机械腕头部的传动结构相同。
[0015]本实用新型提供一种三自由度机械腕和具有三自由度机械腕的新型六自由度DELTA机器人，新型六自由度DELTA机器人相比传统DELTA机器人具有更多自由度，可以实现更复杂的抓取和放置动作；相比串联六轴机器人其速度更快，制造和生产成本也更低，在轻载荷包装零件具有更多优势；本实用新型中所有动力部件都放置于本体基座上，并没有随着活动部件而运动，大大减小了末端部件的重量，使得机器人具有更优的动力特性；本实用新型中的机械碗采用并联机构，相对于现有的串联机械碗具有重量轻，速度更快，负载大，控制精度高以及结构对称等诸多优点，对称性结构更有利于该机器人的实际加工生产及装配过程。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本实用新型实施例提供的三自由度机械腕结构示意图；
[0018]图2为本实用新型实施例提供的三自由度机械腕结构示意图剖视图；
[0019]图3为本实用新型实施例提供的三自由度机械腕结构示意图剖视图；
[0020]图4为本实用新型实施例提供的新型六自由度DELTA机器人结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0022]如图1-图3，本实用新型实施例提供一种三自由度机械腕，包括机械腕基座I和机械腕头部9，所述机械腕基座I上设有第一传动轴2和两个第二传动轴3，所述机械腕头部9内设有末端转轴10，所述末端转轴10可在所述机械腕头部9内转动，所述末端转轴10上端同轴连接有一第三传动轴8，所述第三传动轴8上端通过万向节11与所述第一传动轴2下端连接，第一传动轴2通过万向节11和第三传动轴8可驱动所述末端转轴10变换自转角度，所述第二传动轴3下端通过换向传动装置与所述机械腕基座I外的第一主驱动臂5连接，所述第一主驱动臂5依次通过中间连杆6和从动臂7连接到所述机械腕头部9侧壁，以驱动所述机械腕头部9做俯仰运动，进而带动所述机械腕头部9内的末端转轴10做俯仰运动；所述机械腕头部9内的末端转轴10通过所述第一传动轴2和第二传动轴3传来的驱动力而具有变换俯仰角及自转角度的三个自由度。
[0023]在本实用新型一种三自由度机械腕的实施例中，为方便传动，所述第一主驱动臂5为绕所述机械腕基座I的弧形结构，所述从动臂7为绕所述机械腕头部9的弧形结构，所述中间连杆6为V型。
[0024]进一步地，如图2，所述换向传动装置为蜗轮蜗杆传动装置12，在本实用新型的其他实施例中，如图3,所述换向传动装置也可为伞齿轮传动装置13 ;所述万向节11为十字万向节11，在其他实施例中，也可用其他万向节11，皆在本实用新型保护范围之内。
[0025]在本实用新型一种三自由度机械腕的实施例中，所述机械腕基座I上还设有一备用传动轴4，所述备用传动轴4连接到所述机械腕头部9的传动结构与所述第二传动轴3连接到所述机械腕头部9的传动结构相同，当有一个第二传动轴3出现故障时，可马上换到备用传动轴4，提高生产效率，减少维修时耗。
[0026]如图4，本实用新型实施例还提供一种具有上述三自由度机械腕的新型六自由度DELTA机器人，包括固定的本体基座14、动平台20以及连接所述本体基座14和所述动平台20的三个结构相同的第一运动支链，所述三个第一运动支链使得所述动平台20具有XYZ轴向自由度，所述动平台20优选地为环形，所述动平台20下端与机械腕边缘固定连接，所述机械腕由固定在所述本体基座14上的三个结构相同的第一驱动电机15及分别与所述第一驱动电机15驱动轴连接的滚珠花键副18驱动，所述滚珠花键副18分别与第一传动轴2和两个第二传动轴3连接。本实用新型提供的一种新型六自由度DELTA机器人相比传统DELTA机器人具有更多自由度，可以实现更复杂的抓取和放置动作；相比串联六轴机器人其速度更快，制造和生产成本也更低，在轻载荷包装零件具有更多优势；本实用新型中所有动力部件都放置于本体基座14上，并没有随着活动部件而运动，大大减小了末端部件的重量，使得机器人具有更优的动力特性；本实用新型中的机械碗采用并联机构，相对于现有的串联机械碗具有重量轻，速度更快，负载大，控制精度高以及结构对称等诸多优点，对称性结构更有利于该机器人的实际加工生产及装配过程。
[0027]在本实用新型一种新型六自由度DELTA机器人的实施例中，第一运动支链包括固定在所述本体基座14上的第二驱动电机16、与所述第二驱动电机16驱动轴连接的第二主驱动臂17以及连接所述第二主驱动臂17另一端和所述动平台20的两根从动杆19，所述第二主驱动臂17由所述第二驱动电机16驱动在垂直所述第二驱动电机16驱动轴的平面运动，即所述第二主驱动臂17垂直地固定在所述第二驱动电机16的驱动轴上，所述第二主驱动臂17另一端和所述动平台20上分别设有连接轴，所述两根从动杆19两端分别与所述第二主驱动臂17和动平台20上的连接轴球铰接，使所述两根从动杆19、第二主驱动臂17端部的连接轴以及动平台20上的连接轴之间形成一个平行四边形；通过这样的三个第一运动支链可以使得所述动平台20具有XYZ轴三个方向的自由度。
[0028]进一步地，所述第二主驱动臂17上设有减重结构，在保证所述第二主驱动臂17强度的情况下，这样可以减少主驱动臂的自动，提高整个机构的灵活性，减少功耗，优选地，所述减重结构为通孔，进一步地，所述通孔为由所述第二主驱动臂17的上端贯通至所述第二主驱动臂17的下端，这样更有利于在减轻所述第二主驱动臂17自重的情况下保证所述第二主驱动臂17的强度，当然，在保证强度的前提下，所述第二主驱动臂17采用其他的减重结构也在本实用新型的保护范围之内，比如在第二主驱动臂17中间设置若干孔洞，或采用更为轻质的高强度材料。
[0029]进一步地，所述机械腕基座I上还设有一备用传动轴4，所述备用传动轴4连接到所述机械腕头部9的传动结构与所述第二传动轴3连接到所述机械腕头部9的传动结构相同，当有一个第二传动轴3出现故障时，可马上换到备用传动轴4，提高生产效率，减少维修时耗。
[0030]本实用新型的机械腕安装在所述新型六自由度DELTA机器人的末端，由三个第一支链驱动可以得到XYZ三个方向的自由度，再通过滚珠花键副18将所述三个第一驱动电机15的动力传到机械腕上，机械腕再通过机械腕基座I内的传动机构及整个机械腕的并联作用，使得机械腕头部9上的末端转轴10具有变换俯仰角及自转角度的三个自由度，最终实现了末端夹具六个自由度的位置及姿态变换。
[0031]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种三自由度机械腕，其特征在于，包括机械腕基座和机械腕头部，所述机械腕基座上设有第一传动轴和两个第二传动轴，所述机械腕头部内设有末端转轴，所述末端转轴同轴连接有一第三传动轴，所述第三传动轴上端通过万向节与所述第一传动轴下端连接，所述第二传动轴下端通过换向传动装置与所述机械腕基座外的第一主驱动臂连接，所述第一主驱动臂依次通过中间连杆和从动臂连接到所述机械腕头部侧壁。
2.如权利要求1所述的三自由度机械腕，其特征在于:所述第一主驱动臂为绕所述机械腕基座的弧形结构，所述从动臂为绕所述机械腕头部的弧形结构，所述中间连杆为V型。
3.如权利要求1所述的三自由度机械腕，其特征在于:所述换向传动装置为蜗轮蜗杆传动装置。
4.如权利要求1所述的三自由度机械腕，其特征在于:所述换向传动装置为伞齿轮传动装置。
5.如权利要求1所述的三自由度机械腕，其特征在于:所述万向节为十字万向节。
6.一种具有权利要求1-5任意一项所述的三自由度机械腕的新型六自由度DELTA机器人，其特征在于，包括本体基座、动平台以及连接所述本体基座和所述动平台的三个结构相同的第一运动支链，所述三个第一运动支链使得所述动平台具有XYZ轴向自由度，所述动平台下端与机械腕固定连接，所述机械腕由固定在所述本体基座上的三个结构相同的第一驱动电机及分别与所述第一驱动电机连接的滚珠花键副驱动，所述滚珠花键副分别与第一传动轴和两个第二传动轴连接。
7.如权利要求6所述的新型六自由度DELTA机器人，其特征在于:所述第一运动支链包括固定在所述本体基座上的第二驱动电机、与所述第二驱动电机驱动轴连接的第二主驱动臂以及连接所述第二主驱动臂另一端和所述动平台的两根从动杆，所述第二主驱动臂由所述第二驱动电机驱动在垂直所述第二驱动电机驱动轴的平面运动，所述第二主驱动臂另一端和所述动平台上分别设有连接轴，所述两根从动杆两端分别与所述第二主驱动臂和动平台上的连接轴球铰接。
8.如权利要求7所述的新型六自由度DELTA机器人，其特征在于:所述第二主驱动臂上设有减重结构。
9.如权利要求8所述的新型六自由度DELTA机器人，其特征在于:所述减重结构为通孔。
10.如权利要求6所述的新型六自由度DELTA机器人，其特征在于:所述机械腕基座上还设有一备用传动轴，所述备用传动轴连接到所述机械腕头部的传动结构与所述第二传动轴连接到所述机械腕头部的传动结构相同。
【文档编号】B25J17/00GK203779485SQ201320760105
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】李泽湘, 俞春华, 普成龙, 石金博 申请人:东莞华中科技大学制造工程研究院