多自由度导向机构的制作方法

本发明涉及机器人领域，尤其涉及并联机器人的组成机构。

背景技术：

从机构学的角度可以将机器人分为串联机器人和并联机器人两大类，并联机器人相比于串联机器人，具有刚度大、承载能力强、精度高和末端件惯性小等优势。然而，现有的并联机器人多采用完全对称设计，导致机器人整体体积较大，不适用于多台机器人在有限空间内同时布置。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的状态而做出本发明，本发明提供的多自由度导向机构，属于并联机构，采用非完全对称的结构设计，适用于有限空间内多机构的协同工作。

一种多自由度导向机构，其包括基台、第一导轨、第二导轨、第一活动组件、第二活动组件和桥组件，所述第一导轨和所述第二导轨设置于所述基台上，所述第一活动组件能够沿所述第一导轨往复运动，所述第二活动组件能够沿所述第二导轨往复运动，其中，所述桥组件的一端与所述第一活动组件铰接，所述桥组件的另一端与所述第二活动组件铰接，在所述第一活动组件沿所述第一导轨往复运动和/或所述第二活动组件沿所述第二导轨往复运动过程中，所述桥组件的长度和/或姿态能相应调整。

在至少一种实施方式中，所述第一活动组件包括第一活动导轨和第一活动块，所述第一活动块能够沿所述第一活动导轨往复运动，所述第一活动导轨的导向与所述第一导轨的导向不同；所述第二活动组件包括第二活动导轨和第二活动块，所述第二活动块能够沿所述第二活动导轨往复运动，所述第二活动导轨的导向与所述第二导轨的导向不同。

在至少一种实施方式中，所述桥组件包括第一铰接件、第二铰接件、中转桥第一组件和中转桥第二组件，所述第一铰接件和所述第二铰接件构成所述桥组件的两个端部；所述第一铰接件的一端与所述第一活动组件铰接，所述第一铰接件的另一端与所述中转桥第一组件的第一端铰接；所述第二铰接件的一端与所述第二活动组件铰接，所述第二铰接件的另一端与所述中转桥第二组件的第一端铰接；所述中转桥第一组件的第二端与所述中转桥第二组件的第二端相连。

在至少一种实施方式中，所述桥组件包括第一铰接件、第二铰接件、中转桥第一组件和中转桥第二组件，所述第一铰接件和所述第二铰接件构成所述桥组件的两个端部；所述第一铰接件的一端与所述第一活动块铰接，所述第一铰接件的另一端与所述中转桥第一组件的第一端铰接；所述第二铰接件的一端与所述第二活动块铰接，所述第二铰接件的另一端与所述中转桥第二组件的第一端铰接；所述中转桥第一组件与所述中转桥第二组件能相对移动地连接。

在至少一种实施方式中，所述中转桥第一组件的第二端设有导杆，所述中转桥第二组件的第二端设有引导块，所述引导块上设有贯通槽，所述导杆穿过所述贯通槽，当所述桥组件的姿态发生变化时，所述导杆能相对所述贯通槽伸入或伸出。

在至少一种实施方式中，所述桥组件包括第一铰接件、第二铰接件、中转桥第一组件和中转桥第二组件，所述第一铰接件和所述第二铰接件构成所述桥组件的两个端部；所述第一铰接件的一端与所述第一活动块铰接，所述第一铰接件的另一端与所述中转桥第一组件的第一端铰接；所述第二铰接件的一端与所述第二活动块铰接，所述第二铰接件的另一端与所述中转桥第二组件的第一端铰接；所述中转桥第一组件的第二端与所述中转桥第二组件的第二端互相铰接。

在至少一种实施方式中，所述桥组件还包括桥导轨和终端活动块，所述终端活动块能够沿所述桥导轨往复运动。

在至少一种实施方式中，所述桥组件还包括桥导轨和终端活动块，所述桥导轨设置于所述中转桥第一组件或所述中转桥第二组件上，所述终端活动块能够沿所述桥导轨往复运动。

在至少一种实施方式中，所述基台能够往复运动。

本发明能够实现以下技术效果中的一个或多个：

1、通过第一活动组件和第二活动组件分别沿第一导轨和第二导轨的独立的运动，给终端活动块提供一个平移自由度和一个转动自由度；

2、通过在第一活动组件和第二活动组件上各自叠加另一套滑轨，为终端活动块附加一个平移自由度和一个转动自由度；

3、通过在桥组件上设置桥导轨或使基台整体移动，为终端活动块增加又一个平移自由度；

4、导向机构整体属于并联机器人结构中的非完全对称结构，该导向机构体积小、承载能力强、精度高。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施方式的结构示意图。

图2是根据本发明的第二实施方式的部分连接件结构示意图。

附图标记说明

1基台

2第一导轨

3第二导轨

400第一活动组件

401第一活动导轨

402第一活动块

500第二活动组件

501第二活动导轨

502第二活动块

600桥组件

601第一铰接件

602第二铰接件

603中转桥第一组件

6031导杆

604中转桥第二组件

6041引导块

605桥导轨

606终端活动块

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

参照图1-2，下面介绍本发明的主要结构和实现方式。

基台1上间隔一定距离设置有第一导轨2和第二导轨3，在本实施方式中，第一导轨2和第二导轨3与图1所示的y轴平行设置，且在z轴方向上彼此对准；然而这样的位置设置不是必须的，即第一导轨2和第二导轨3各自在xoy平面的投影可以不重合，且第一导轨2和第二导轨3也可以彼此形成一定的夹角(夹角不为90°)。

第一导轨2上设有第一活动组件400，第一活动组件400可以在电机驱动下沿第一导轨2往复运动；第二导轨3上设有第二活动组件500，第二活动组件500可以在电机驱动下沿第二导轨3往复运动。第一活动组件400包括第一活动导轨401，第一活动导轨401上设有第一活动块402，第一活动块402可以在电机驱动下沿第一活动导轨401往复运动；第二活动组件500包括第二活动导轨501，第二活动导轨501上设有第二活动块502，第二活动块502可以在电机驱动下沿第二活动导轨501往复运动。在本实施方式中，第一活动导轨401设置为与第一导轨2互相垂直，第二活动导轨501设置为与第二导轨3互相垂直；然而这不是必须的，即第一活动导轨401可以与第一导轨2呈其他角度(不为平行)设置，第二活动导轨501可以与第二导轨3呈其他角度(不为平行)设置。

第一活动块402上铰接有第一铰接件601，铰接轴为第一铰接轴；第二活动块502上铰接有第二铰接件602，铰接轴为第二铰接轴；在本实施方式中，第一铰接轴和第二铰接轴均与x轴平行，然而这并不是必须的，对应本实施方式中各部件的位置关系，第一铰接轴和第二铰接轴也可以分别设置为相对于x轴呈一定角度(不为90°)。

第一铰接件601的另一端与中转桥第一组件603铰接，铰接轴为第三铰接轴；第二铰接件602的另一端与中转桥第二组件604铰接，铰接轴为第四铰接轴；在本实施方式中，第三铰接轴与第一铰接轴垂直、第四铰接轴与第二铰接轴垂直，然而这并不是必须的，对应本实施方式中各部件的位置关系，第三铰接轴可以与第一铰接轴成其他角度设置(不为平行)、第四铰接轴可以与第二铰接轴成其他角度设置(不为平行)。

中转桥第一组件603与中转桥第二组件604相连，构成中间桥接件。在第一活动组件400、第二活动组件500、第一活动块402和第二活动块502中的任一者或多者相对于各自配合的导轨往复运动过程中，该中间桥接件的长度和/或姿态将相应发生变化，以使第一活动块402和第二活动块502之间铰接的整个桥组件600能顺应导向机构整体姿态的调整。

以下介绍中间桥接件的长度和/或姿态发生变化的两种实施方式。

第一实施方式

在第一实施方式中，中间桥接件以整体伸长或缩短的方式适应导向机构整体姿态的调整。

参照图1，在中转桥第一组件603远离第三铰接轴的一端设置导杆6031，在中转桥第二组件604远离第四铰接轴的一端设置引导块6041。引导块6041上设有与导杆6031配合、供导杆6031穿过的贯通槽，导杆6031穿过贯通槽与引导块6041可相对滑动地连接。从而在第一活动组件400、第二活动组件500、第一活动块402和第二活动块502中的任一者或多者相对于各自配合的导轨往复运动过程中，当第三铰接轴和第四铰接轴之间距离发生变化时，导杆6031可以伸入或伸出引导块6041，使中间桥接件以整体缩短或伸长的方式适应导向机构整体姿态的调整。

应当理解，中间桥接件整体伸长或缩短的方式并不限于导杆与引导块的连接方式，也可以采用现有技术中其他可实现两部件相对滑动的连接方式，或者说是采用可为两部件提供一个自由度的相对运动的连接方式。

第二实施方式

对于与第一实施方式相同或相似的部件标注相同或相似的附图标记，并省略对这些部件的详细说明。

在第二实施方式中，中间桥接件以姿态发生变化(中转桥第一组件613与中转桥第二组件614之间的夹角发生变化)的方式适应导向机构整体姿态的调整。

参照图2，中转桥第一组件613远离第三铰接轴的一端与中转桥第二组件614远离第四铰接轴的一端铰接，铰接轴为第五铰接轴。从而在第一活动组件400、第二活动组件500、第一活动块402和第二活动块502中的任一者或多者相对于各自配合的导轨往复运动过程中，当第三铰接轴和第四铰接轴之间距离发生变化时，中转桥第一组件613和中转桥第二组件614能够相对转动，使中间桥接件的姿态发生变化，实现中间桥接件两端部之间距离的调整，以适应导向机构整体姿态的调整。

进一步，本发明的导向机构的中转桥第二组件604/614上设有桥导轨605。参照图1，桥导轨605上设有终端活动块606，终端活动块606可以沿桥导轨605往复运动，终端活动块606在沿桥导轨605往复运动的过程中可以发生沿z轴的位移。

自此，在以上实施方式中，终端活动块606具有五个自由度，分别为：第一导轨2与第一活动组件400的配合以及第二导轨3与第二滑动块500的配合为终端活动块606提供了沿y轴平移的自由度；当第一活动组件400在第一导轨2上的位移与第二活动组件500在第二导轨3上的位移不同步时，为终端活动块606提供了绕x轴旋转的自由度；第一活动块402与第一活动导轨401的配合以及第二活动块502与第二活动导轨501的配合为终端活动块606提供了沿x轴平移的自由度；当第一活动块402在第一活动导轨401的位移与第二活动块502在第二活动导轨501的位移不同步时，为终端活动块606提供了绕y轴旋转的自由度；桥导轨605与终端活动块606的配合为终端活动块606提供了沿z轴平移的自由度。

该导向机构在实际应用中，通过分别驱动以下几个部件实现对终端活动块位移的控制，即分别驱动：(1)第一活动组件400沿第一导轨2往复运动，(2)第二活动组件500沿第二导轨3往复运动，(3)第一活动块402沿第一活动导轨401往复运动，(4)第二活动块502沿第二活动导轨501往复运动和(5)终端活动块606沿桥导轨605往复运动。驱动的方式可以是电机驱动，也可以是气压、液压等其他现有技术中常用的驱动方式。

在实际应用中，可以在终端活动块606上设置操作部件，例如实现精细操作的机械手，从而通过导向机构为操作部件提供多自由度的位移导向。

本发明的导向机构相比于现有技术，采用了非完全对称的并联机器人结构，可以在有限空间内设置多套导向机构，即多套导向机构上分别设置终端活动块，多个终端活动块组成终端活动块组协调作业。

以上各个实施例在不违背本发明精神范围内可以任意地进行组合。为简洁起见，本文省略了部分零部件的描述，然而该部分零部件均应当理解为能够采用现有技术实施。

应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。

例如：

(1)本发明中，终端活动块606也可以固定设置在中间桥接件上(不设置桥导轨605)，例如将终端活动块606固定设置在中转桥第二组件604/614上，而将基台1设置成具有沿z轴方向平移的自由度。本发明中所指的基台1是与第一导轨2和第二导轨3直接固定的座体部分，其可以单独作为导向机构的支承座体，也可以是导向机构的支承座体的一部分；当基台1作为导向机构的支承座体的一部分，基台1沿z轴平移时，导向机构的支承座体的另一部分可以保持固定。

(2)本发明中的导轨不限于直线状的导轨，导轨路径也可以是曲线形式，只需要满足让在导轨上往复运动的活动组件/活动块能够相应在运动过程中具有沿x、y和z轴的位移分量。

(3)本发明第二实施方式中记载的第一铰接件601为终端活动块606提供了两个转动自由度，分别通过第一铰接件601与第一活动块402相铰接的第一铰接轴和第一铰接件601与中转桥第一组件613铰接的第三铰接轴实现；第二铰接件602为终端活动块606提供了两个转动自由度，分别通过第二铰接件602与第二活动块502相铰接的第二铰接轴和第二铰接件602与中转桥第二组件614铰接的第四铰接轴实现。在其他实施方式中，可以将第一铰接件601与第一活动块402设置为固定连接、而将相应的铰接轴转移到第一铰接件601与中转桥第一组件613之间(即将一个转动自由度转移到第一铰接件601与中转桥第一组件613之间)，和/或将第二铰接件602与第二活动块502设置为固定连接、而将相应的铰接轴转移到中转桥第二组件614与中转桥第一组件613之间(即将一个转动自由度转移到中转桥第二组件614与中转桥第一组件613之间)。在这种变形思想指导下，具体铰接轴的设置属于本领域的常规设置，本领域技术人员也可以在现有技术中选择合适的铰链实现相应的转动自由度，例如，当把第一铰接件601给终端活动块606提供的两个转动自由度中的一个转移到中转桥第一组件613上时，可以把中转桥第一组件613与第一铰接件601的铰链替换为胡克铰链。

(4)当终端活动块606不需要五个自由度时，可以省略本发明导向机构中的若干部件，例如，第一活动组件400上不设置第一活动导轨401和第一活动块402，和/或第二活动组件500上不设置第二活动导轨501和第二活动块502，即第一铰接件601直接与第一活动组件400铰接和/或第二铰接件602直接与第二活动组件500铰接。

(5)本发明中根据x、y和z轴定义的位置关系是相对的，根据装置的实际应用场合，坐标轴可在空间内旋转。