本发明涉及机械领域，尤其是涉及一种四自由度高速高负载并联分拣机器人。
背景技术：
随着工业水平的发展，机器人和机床的应用需求不断提高，如塑料工业、电子工业、药品工业和食品工业领域内的轻质物料的快速包装、分拣以及搬运等；个性化小型平面数控操作如切割、打印以及雕刻等；制造领域中金属切削、材料焊接以及表面喷涂等。
传统的机器人多采用串联形式实现，存在误差积累、运动部件质量大等问题。与串联机构不同，机器人是由两个或多个运动学支链构成的闭环结构，具有结构紧凑、刚度高、承载能力大等优点，成为机器人和机床设计的理想选择之一，但相关技术中的机器人仍存在一些问题需要解决，如冗余和被动约束支链带来的运动学以及结构复杂性等。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种四自由度高速高负载并联分拣机器人，该四自由度高速高负载并联分拣机器人至少可以实现平面内具有四个移动自由度，结构更加紧凑、简洁，控制灵活，刚度高，适用于精密操作、生产线分拣、加工等领域。相比于传统delta高速并联机器人(采用开放式球铰结构)，本发明采用闭合式铰链，使得机器人刚度得到提升，在高速操作的基础上，易于实现高负载性能。
根据本发明实施例的四自由度高速高负载并联分拣机器人包括：定平台；第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元和第四驱动单元，所述第一驱动单元，所述第二驱动单元、所述第三驱动单元和所述第四驱动单元分别与所述定平台的外壁相连，所述第一驱动单元，所述第二驱动单元、所述第三驱动单元和所述第四驱动单元相对于所述定平台的中心呈圆周分散布置；第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一连杆的上端与所述第一驱动单元相连，所述第二连杆的上端与所述第二驱动单元相连，所述第三连杆的上端与所述第三驱动单元相连，所述第四连杆的上端与所述第四驱动单元相连；动平台，所述动平台位于所述定平台的下方且所述动平台具有始终与水平面平行的主平面，所述第一连杆的下端、所述第二连杆的下端、所述第三连杆的下端和所述第四连杆的下端分别与所述动平台相连；其中，所述定平台、所述第一驱动单元，所述第二驱动单元、所述第三驱动单元、所述第四驱动单元、所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆、所述第四连杆和所述动平台构成空间闭环结构。
根据本发明实施例的四自由度高速高负载并联分拣机器人，通过将四个驱动单元设置在定平台上，并通过利用四个连杆与动平台的相连后再与四个驱动单元分别相连，从而带动动平台运动，这样第一驱动单元，第二驱动单元、第三驱动单元、第四驱动单元、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和动平台构成空间闭环结构，该四自由度高速高负载并联分拣机器人至少可以实现平面内具有四个移动自由度，本实施例中的四自由度高速高负载并联分拣机器人的结构紧凑、简洁，控制灵活，刚度高，适用于精密操作、生产线分拣、加工等领域。相比于传统delta高速并联机器人(采用开放式球铰结构)，本发明采用闭合式铰链，使得机器人刚度得到提升，在高速操作的基础上，易于实现高负载性能。
根据本发明的一个实施例，所述第一连杆的两端通过第一运动副分别与所述第一驱动单元和所述动平台相连，所述第一运动副包括两个轴线垂直相交的第一转动副，且两个所述第一运动副中的第一转动副对应平行；所述第二连杆的两端通过第二运动副分别与所述第二驱动单元和所述动平台相连，所述第二运动副包括两个轴线垂直相交的第二转动副，且两个第二运动副中的第二转动副对应平行；所述第三连杆的两端通过第三运动副分别与所述第三驱动单元和所述动平台相连，所述第三运动副包括两个轴线垂直相交的第三转动副，且两个所述第三运动副中的第三转动副对应平行；所述第四连杆的两端通过第四运动副分别与所述第四驱动单元和所述动平台相连，所述第四运动副包括两个轴线垂直相交的第四转动副，且两个所述第四运动副中的第四转动副对应平行。
根据本发明的一个实施例，所述第一驱动单元包括第一电机和在竖直平面内构成平行四边形的第一运动构件，所述第一运动构件的四个端点依次相连后均为可枢转结构，所述第一运动构件的相邻两个端点位置固定且其中一个与所述第一电机枢转相连，所述第一连杆连接在所述第一运动构件的另外两个端点之间；所述第二驱动单元包括第二电机和在竖直平面内构成平行四边形的第二运动构件，所述第二运动构件的四个端点依次相连后均为可枢转结构，所述第二运动构件的相邻两个端点位置固定且其中一个与所述第二电机枢转相连，所述第二连杆连接在所述第二运动构件的另外两个端点之间；所述第三驱动单元包括第三电机和在竖直平面内构成平行四边形的第三运动构件，所述第三运动构件的四个端点依次相连后均为可枢转结构，所述第三运动构件的相邻两个端点位置固定且其中一个与所述第三电机枢转相连，所述第三连杆连接在所述第三运动构件的另外两个端点之间；所述第四驱动单元包括第四电机和在竖直平面内构成平行四边形的第四运动构件，所述第四运动构件的四个端点依次相连后均为可枢转结构，所述第四运动构件的相邻两个端点位置固定且其中一个与所述第四电机枢转相连，所述第四连杆连接在所述第四运动构件的另外两个端点之间。
根据本发明的一个实施例，所述第一运动构件的其中两个位置固定的端点设在所述定平台上，所述第一运动构件的另外两个相邻的端点之间设有第一中间连接件，所述第一中间连接件与所述第一连杆相连；所述第二运动构件的其中两个位置固定的端点设在所述定平台上，所述第二运动构件的另外两个相邻的端点之间设有第二中间连接件，所述第二中间连接件与所述第二连杆相连；所述第三运动构件的其中两个位置固定的端点设在所述定平台上，所述第三运动构件的另外两个相邻的端点之间设有第三中间连接件，所述第三中间连接件与所述第三连杆相连；所述第四运动构件的其中两个位置固定的端点设在所述定平台上，所述第四运动构件的另外两个相邻的端点之间设有第四中间连接件，所述第四中间连接件与所述第四连杆相连。
根据本发明的一个实施例，所述定平台包括主体；分别与所述主体的外壁相连的第一安装板、第二安装板、第三安装板和第四安装板，所述第一安装板、所述第二安装板、所述第三安装板和所述第四安装板相对于所述主体的中心呈圆周分散布置，且所述第一安装板、所述第二安装板、所述第三安装板和第四安装板均与竖直平面平行，所述第一驱动单元设在所述第一安装板上，所述第二驱动单元设在所述第二安装板上，所述第三驱动单元设在所述第三安装板上，所述第四驱动单元设在所述第四安装板上。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的四自由度高速高负载并联分拣机器人。
附图标记：
四自由度高速高负载并联分拣机器人100；
定平台10；主体11；第一安装板12；第二安装板13；第三安装板14；第四安装板15；
第一驱动单元21；第一电机211；第一运动构件212；
第二驱动单元22；第二电机221；第二运动构件222；
第三驱动单元23；第三电机231；第三运动构件232；
第四驱动单元24；第四电机241；第四运动构件242；
第一中间连接件24；第二中间连接件25；第三中间连接件26；第四中间连接件27；
第一连杆31；第二连杆32；第三连杆33；第四连杆34；
动平台40；
第一运动副51；第二运动副52；第三运动副53；第四运动副54；
末端执行装置60。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1描述根据本发明实施例的四自由度高速高负载并联分拣机器人100。如图1所示，根据本发明实施例的四自由度高速高负载并联分拣机器人100，包括定平台10、第一驱动单元21、第二驱动单元22、第三驱动单元23、第四驱动单元24、第一连杆31、第二连杆32、第三连杆33、第四连杆34以及动平台40。
定平台10为整个四自由度高速高负载并联分拣机器人100提供安装体，定平台10可以固定在四自由度高速高负载并联分拣机器人100的安装地。如图1所示，第一驱动单元21与定平台10相连，第二驱动单元22与定平台10相连，第三驱动单元23与定平台10的相连，第四驱动单月也与定平台10相连，第一驱动单元21，第二驱动单元22、第三驱动单元23和第四驱动单元24相对于定平台10的中心呈圆周分散布置，具体地，在水平面的投影上，第一驱动单元21，第二驱动单元22、第三驱动单元23和第四驱动单元24相对于定平台10的中心在圆周上均匀地分散布置，即相邻两个驱动单元的以定平台10的中心为圆心的圆心角是相等的。
第一连杆31的上端与第一驱动单元21相连，第一连杆31的下端与动平台40相连；第二连杆32的上端与第二驱动单元22相连，第二连杆32的下端与动平台40相连；第三连杆33的上端与第三驱动单元23相连，第三连杆33的下端与动平台40相连；第四连杆34的上端与第四驱动单元24相连，第四连杆34的下端与动平台40相连；其中第一驱动单元21为第一连杆31的运动提供动力，第二驱动单元22为第二连杆32的运动提供动力，第三驱动单元23为第三连杆33的运动提供动力，第四驱动单元24为第四连杆34的运动提供动力。
动平台40位于定平台10的下方且动平台40具有始终与水平面平行的主平面，第一连杆31的下端、第二连杆32的下端、第三连杆33的下端和第四连杆34的下端呈圆周分散地分别与动平台40相连。其中第一连杆31的下端，第二连杆32的下端、第三连杆33的下端和第四连杆34的下端相对于动平台40的中心在圆周上均匀地分散布置，即相邻两个连杆的下端的以动平台40的中心为圆心的圆心角是相等的。
其中，定平台10、第一驱动单元21，第二驱动单元22、第三驱动单元23、第四驱动单元24、第一连杆31、第二连杆32、第三连杆33、第四连杆34和动平台40构成空间闭环结构。
可选地，在该动平台40上可以设置末端执行装置60，由此该四自由度高速高负载并联分拣机器人100可以在水平面内将该末端执行装置60送至任意位置处，从而可以灵活实现机器人和机床操作。
根据本发明实施例的四自由度高速高负载并联分拣机器人100，通过将四个驱动单元设置在定平台10上，并通过利用四个连杆与动平台40的相连后再与四个驱动单元分别相连，从而带动动平台40运动，这样第一驱动单元21，第二驱动单元22、第三驱动单元23、第四驱动单元24、第一连杆31、第二连杆32、第三连杆33、第四连杆34和动平台40构成空间闭环结构，该四自由度高速高负载并联分拣机器人100至少可以实现平面内具有四个移动自由度，本实施例中的四自由度高速高负载并联分拣机器人100的结构紧凑、简洁，控制灵活，刚度高，适用于精密操作、生产线分拣、加工等领域。相比于传统delta高速并联机器人(采用开放式球铰结构)，本发明采用闭合式铰链，使得机器人刚度得到提升，在高速操作的基础上，易于实现高负载性能。
下面参考图1描述根据本发明实施例的四自由度高速高负载并联分拣机器人100。如图1所示，根据本发明实施例的四自由度高速高负载并联分拣机器人100包括：定平台10、第一驱动单元21，第二驱动单元22、第三驱动单元23、第四驱动单元24、第一连杆31、第二连杆32、第三连杆33、第四连杆34和动平台40。
如图1所示，定平台10包括主体11和分别与主体11的外壁相连的第一安装板12、第二安装板13、第三安装板14和第四安装板15，主体11被构造成中空的圆柱体，第一安装板12、第二安装板13、第三安装板14和第四安装板15相对于主体11的中心呈圆周分散布置，具体地，在水平面的投影上，第一安装板12、第二安装板13、第三安装板14和第四安装板15相对于主体11的中心在圆周上均匀地分散布置，即相邻两个安装板的以主体11的中心为圆心的圆心角是相等的。其中，第一安装板12、第二安装板13、第三安装板14和第四安装板15均与竖直平面平行，第一驱动单元21设在第一安装板12上，第二驱动单元22设在第二安装板13上，第三驱动单元23设在第三安装板14上，第四驱动单元24设在第四安装板15上。由此通过定平台10的上述结构可以为第一驱动单元21、第二驱动单元22、第三驱动单元23和第四驱动单元24提供合理的安装结构，四自由度高速高负载并联分拣机器人100的结构简洁、布置合理，而且定平台10的结构稳定。
如图1所示的示例中，第一连杆31的两端通过第一运动副51分别与第一驱动单元21和动平台40相连，第一运动副51包括两个轴线垂直相交的第一转动副，且两个第一运动副51中的第一转动副对应平行，也就是说，第一连杆31的上端通过第一运动副51与第一驱动单元21相连，第一连杆31的下端通过第一运动副51与动平台40相连，其中第一运动副51可以由虎克铰代替，并且第一连杆31两端的第一运动副51中的第一转动副对应平行，由此，第一连杆31与第一驱动单元21具有彼此垂直的两个转动自由度，第一驱动单元21对于第一连杆31的驱动更加灵活，第一连杆31与动平台40具有彼此垂直的两个转动自由度，从而在第一连杆31的带动下，动平台40可以进行相应的位置移动，而且结构简单，成本低，运动灵活。
如图1所示的示例中，第二连杆32的两端通过第二运动副52分别与第二驱动单元22和动平台40相连，第二运动副52包括两个轴线垂直相交的第二转动副，且两个第二运动副52中的第二转动副对应平行，也就是说，第二连杆32的上端通过第二运动副52与第二驱动单元22相连，第二连杆32的下端通过第二运动副52与动平台40相连，其中第二运动副52可以由虎克铰代替，并且第二连杆32两端的第二运动副52中的第二转动副对应平行，由此，第二连杆32与第二驱动单元22具有彼此垂直的两个转动自由度，第二驱动单元22对于第二连杆32的驱动更加灵活，第二连杆32与动平台40具有彼此垂直的两个转动自由度，从而在第二连杆32的带动下，动平台40可以进行相应的位置移动，而且结构简单，成本低，运动灵活。
如图1所示的示例中，第三连杆33的两端通过第三运动副53分别与第三驱动单元23和动平台40相连，第三运动副53包括两个轴线垂直相交的第三转动副，且两个第三运动副53中的第三转动副对应平行，也就是说，第三连杆33的上端通过第三运动副53与第三驱动单元23相连，第三连杆33的下端通过第三运动副53与动平台40相连，其中第三运动副53可以由虎克铰代替，并且第三连杆33两端的第三运动副53中的第三转动副对应平行，由此，第三连杆33与第三驱动单元23具有彼此垂直的两个转动自由度，第三驱动单元23对于第三连杆33的驱动更加灵活，第三连杆33与动平台40具有彼此垂直的两个转动自由度，从而在第三连杆33的带动下，动平台40可以进行相应的位置移动，而且结构简单，成本低，运动灵活。
如图1所示的示例中，第四连杆34的两端通过第四运动副54分别与第四驱动单元24和动平台40相连，第四运动副54包括两个轴线垂直相交的第四转动副，且两个第四运动副54中的第四转动副对应平行，也就是说，第四连杆34的上端通过第四运动副54与第四驱动单元24相连，第四连杆34的下端通过第四运动副54与动平台40相连，其中第四运动副54可以由虎克铰代替，并且第四连杆34两端的第四运动副54中的第四转动副对应平行，由此，第四连杆34与第四驱动单元24具有彼此垂直的两个转动自由度，第四驱动单元24对于第四连杆34的驱动更加灵活，第四连杆34与动平台40具有彼此垂直的两个转动自由度，从而在第四连杆34的带动下，动平台40可以进行相应的位置移动，而且结构简单，成本低，运动灵活。
下面描述根据本发明实施例的驱动单元的实施例。
如图1所示，第一驱动单元21包括第一电机211和在竖直平面内构成平行四边形的第一运动构件212，第一运动构件212的四个端点依次相连后均为可枢转结构，第一运动构件212的相邻两个端点位置固定且其中一个与第一电机211枢转相连，第一连杆31连接在第一运动构件212的另外两个端点之间。其中第一运动构件212的其中两个位置固定的端点设在定平台10上，第一运动构件212的另外两个相邻的端点之间设有第一中间连接件24，第一中间连接件24与第一连杆31相连，由此可以使第一驱动单元21的结构构造更加简单，第一驱动单元21与第一连杆31的连接结构配合更加可靠。
具体而言，参见图1所示的示例中，第一运动构件212包括四个端点，其中两个端点的位置始终固定，例如两个固定端点可以设在第一安装板12上，两个固定端点中的一个与第一电机211的电机轴相连。其中“在竖直平面内构成平行四边形的第一运动构件212”中的“竖直平面”可以是第一安装板12的安装两个固定点所在的平面。可选地，第一电机211和第一运动构件212的两个固定点分别设在第一安装板12的相对的两个平面上，由此可以使第一驱动单元21的安装更加简单。
如图1所示，第二驱动单元22包括第二电机221和在竖直平面内构成平行四边形的第二运动构件222，第二运动构件222的四个端点依次相连后均为可枢转结构，第二运动构件222的相邻两个端点位置固定且其中一个与第二电机221枢转相连，第二连杆32连接在第二运动构件222的另外两个端点之间。其中第二运动构件222的其中两个位置固定的端点设在定平台10上，第二运动构件222的另外两个相邻的端点之间设有第二中间连接件25，第二中间连接件25与第二连杆32相连，由此可以使第二驱动单元22的结构构造更加简单，第二驱动单元22与第二连杆32的连接结构配合更加可靠。
具体而言，参见图1所示的示例中，第二运动构件222包括四个端点，其中两个端点的位置始终固定，例如两个固定端点可以设在第二安装板13上，两个固定端点中的一个与第二电机221的电机轴相连。其中“在竖直平面内构成平行四边形的第二运动构件222”中的“竖直平面”可以是第二安装板13的安装两个固定点所在的平面。可选地，第二电机221和第二运动构件222的两个固定点分别设在第二安装板13的相对的两个平面上，由此可以使第二驱动单元22的安装更加简单。
如图1所示，第三驱动单元23包括第三电机231和在竖直平面内构成平行四边形的第三运动构件232，第三运动构件232的四个端点依次相连后均为可枢转结构，第三运动构件232的相邻两个端点位置固定且其中一个与第三电机231枢转相连，第三连杆33连接在第三运动构件232的另外两个端点之间。其中第三运动构件232的其中两个位置固定的端点设在定平台10上，第三运动构件232的另外两个相邻的端点之间设有第三中间连接件26，第三中间连接件26与第三连杆33相连，由此可以使第三驱动单元23的结构构造更加简单，第三驱动单元23与第三连杆33的连接结构配合更加可靠。
具体而言，参见图1所示的示例中，第三运动构件232包括四个端点，其中两个端点的位置始终固定，例如两个固定端点可以设在第三安装板14上，两个固定端点中的一个与第三电机231的电机轴相连。其中“在竖直平面内构成平行四边形的第三运动构件232”中的“竖直平面”可以是第三安装板14的安装两个固定点所在的平面。可选地，第三电机231和第三运动构件232的两个固定点分别设在第三安装板14的相对的两个平面上，由此可以使第三驱动单元23的安装更加简单。
如图1所示，第四驱动单元24包括第四电机241和在竖直平面内构成平行四边形的第四运动构件242，第四运动构件242的四个端点依次相连后均为可枢转结构，第四运动构件242的相邻两个端点位置固定且其中一个与第四电机241枢转相连，第四连杆34连接在第四运动构件242的另外两个端点之间。其中第四运动构件242的其中两个位置固定的端点设在定平台10上，第四运动构件242的另外两个相邻的端点之间设有第四中间连接件27，第四中间连接件27与第四连杆34相连，由此可以使第四驱动单元24的结构构造更加简单，第四驱动单元24与第四连杆34的连接结构配合更加可靠。
具体而言，参见图1所示的示例中，第四运动构件242包括四个端点，其中两个端点的位置始终固定，例如两个固定端点可以设在第四安装板15上，两个固定端点中的一个与第四电机241的电机轴相连。其中“在竖直平面内构成平行四边形的第四运动构件242”中的“竖直平面”可以是第四安装板15的安装两个固定点所在的平面。可选地，第四电机241和第四运动构件242的两个固定点分别设在第四安装板15的相对的两个平面上，由此可以使第四驱动单元24的安装更加简单。
综上，根据本发明实施例的四自由度高速高负载并联分拣机器人100，定平台10、第一驱动单元21，第二驱动单元22、第三驱动单元23、第四驱动单元24、第一连杆31、第二连杆32、第三连杆33、第四连杆34和动平台40构成空间闭环结构，从而使得本实施例中的四自由度高速高负载并联分拣机器人100的结构紧凑、简洁，控制灵活，刚度高，适用于精密操作、生产线分拣、加工等领域。相比于传统delta高速并联机器人(采用开放式球铰结构)，本发明采用闭合式铰链，使得机器人刚度得到提升，在高速操作的基础上，易于实现高负载性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。