过约束的四自由度高速并联机器人的制作方法

本申请涉及机器人制造技术领域，尤其是涉及一种过约束的四自由度高速并联机器人。

背景技术：

高速并联机器人机构可满足空间物体的搬运等操作，已被广泛应用于食品医药、现代物流、电子信息等领域自动化生产线高速轻载搬运作业。其中，现有的四自由度高速并联机器人机构的被动臂与动平台之间一般仅通过一对球头+球窝式球铰相连，但在动平台运动的过程中，特别接近机器人工作空间边界时，极易出现被动臂与动平台连接脱离的问题，无法保证机器人进行准确地操作，存在改进的空间。

技术实现要素：

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种过约束的四自由度高速并联机器人，通过多驱动件协作不仅可实现动平台的移动，还可实现转动，灵活性较佳。

根据本申请实施例的过约束的四自由度高速并联机器人，包括：定平台，所述定平台设有n个第一连接部，且每个所述第一连接部上均设有驱动件；动平台，所述动平台设有n个第二连接部；n组被动臂组件，n个所述第一连接部、n个第二连接部和n组所述被动臂组件一一对应，每组所述被动臂组件包括m个被动臂，所述被动臂的两端分别与所述第一连接部、所述第二连接部通过球头+球窝式球铰相连，满足：n≥4，m≥3；约束件，m个所述被动臂通过所述约束件相连以使m个所述被动臂朝靠近彼此的方向弹性预紧；其中，n个所述第一连接部中的至少两个的所述驱动件用于通过所述被动臂组件驱动对应的所述第二连接部朝第一方向运动，且n个所述第一连接部中的另外至少两个的所述驱动件用于通过所述被动臂组件驱动对应所述第二连接部朝第二方向运动，以使所述动平台绕第一轴线转动，所述第一轴线穿过所述动平台的中心。

根据本申请实施例的过约束的四自由度高速并联机器人，定平台和动平台通过多组被动臂组件可活动地连接，且多组被动臂组件之间可协作动作，以使动平台能够实现三个自由度的平移和一个自由度的转动，使得过约束的四自由度高速并联机器人的运动更加灵活，便于用户实现多种类型的操作。

根据本申请一些实施例的过约束的四自由度高速并联机器人，n＝4，四个所述第一连接部中相对设置的两个的驱动件用于驱动对应的所述第二连接部朝靠近彼此的方向运动，四个所述第一连接部中另外相对设置的两个的驱动件用于驱动对应的所述第二连接部朝远离彼此的方向运动。

根据本申请一些实施例的过约束的四自由度高速并联机器人，所述动平台包括第一连接架和第二连接架，所述第一连接架和所述第二连接架均具有两个所述第二连接部，四个所述第一连接部中相邻的两个对应所述第一连接架的两个所述第二连接部，四个所述第一连接部中另外相邻的两个对应所述第二连接架的两个所述第二连接部，所述第一连接架和所述第二连接架通过连接杆可活动地连接。

根据本申请一些实施例的过约束的四自由度高速并联机器人，所述连接杆为两个，且两个所述连接杆平行间隔开。

根据本申请一些实施例的过约束的四自由度高速并联机器人，所述第一连接架和所述第二连接架均设有第一连接孔和第二连接孔，两个所述连接杆中的一个的两端分别与所述第一连接架的第一连接孔、所述第二连接架的第一连接孔通过销轴可转动地相连，两个所述连接杆中的另一个的两端分别与所述第一连接架的第二连接孔、所述第二连接架的第二连接孔通过销轴可转动地相连。

根据本申请一些实施例的过约束的四自由度高速并联机器人，所述第一连接架的所述第一连接孔与所述第二连接孔之间的间距和所述第二连接架的所述第一连接孔与所述第二连接孔之间的间距相等。

根据本申请一些实施例的过约束的四自由度高速并联机器人，所述动平台包括第一连接架和第二连接架，所述第一连接架和所述第二连接架均具有两个所述第二连接部，四个所述第一连接部中相对设置的两个对应所述第一连接架的两个所述第二连接部，四个所述第一连接部中另外相对设置的两个对应所述第二连接架的两个所述第二连接部，所述第一连接架和所述第二连接架通过丝杠机构配合。

根据本申请一些实施例的过约束的四自由度高速并联机器人，所述第一连接架具有螺纹杆，所述第二连接架具有螺纹套，所述螺纹杆贯穿所述螺纹套以与所述螺纹套螺纹连接。

根据本申请一些实施例的过约束的四自由度高速并联机器人，所述螺纹杆设于所述第一连接架的两个所述第二连接部之间，且所述螺纹套设于所述第二连接架的两个所述第二连接部之间。

根据本申请一些实施例的过约束的四自由度高速并联机器人，所述被动臂包括：中间段和与所述中间段的两端相连的连接段，两个所述连接段分别与所述第一连接部、所述第二连接部相连。

本申请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，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/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是根据本申请一个实施例的过约束的四自由度高速并联机器人的结构示意图；

图2是图1中a处的放大图；

图3是根据本申请另一个实施例的过约束的四自由度高速并联机器人的结构示意图；

图4是图3中b处的放大图。

附图标记：

过约束的四自由度高速并联机器人100，

定平台1，第一连接部11，连接臂12，铰接架13，驱动件14，固定臂15，

动平台2，第二连接部21，第一连接架22，第二连接架23，连接杆24，螺纹杆25，螺纹套26，销轴27，支撑板28，

被动臂组件3，被动臂31，中间段32，连接段33，约束件34。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，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，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考图1-图4描述根据本申请实施例的过约束的四自由度高速并联机器人100，该过约束的四自由度高速并联机器人100可通过多个驱动件14、多个被动臂组件3对动平台2协同驱动，不仅可实现动平台2三个自由度的移动，且可实现动平台2在平面内的转动，灵活性更佳，适用范围更广。

如图1-图4所示，根据本申请实施例的过约束的四自由度高速并联机器人100，包括：定平台1、动平台2和n组被动臂组件3。

如图1和图3所示，定平台1设有n个第一连接部11，n个第一连接部11沿定平台1的周向间隔开布置，如图1和图3所示，第一连接部11为四个，四个第一连接部11沿定平台1的周向均匀地间隔开布置，即四个第一连接部11中相邻的两个沿周向的夹角为90°，当然，第一连接部11也可为更多个，如6个，或8个。其中，定平台1可固定于试验台架或者其他支撑设备。

动平台2设有n个第二连接部21，n个第二连接部21沿动平台2的周向间隔开布置，如图1和图3所示，第二连接部21为四个，四个第二连接部21沿定平台1的周向均匀地间隔开布置，即四个第二连接部21中相邻的两个沿周向的夹角为90°，当然，第二连接部21也可为更多个，如6个，或8个。其中，动平台2可用于承载物品，以将被承载物运输到目标位置。

n组被动臂组件3用于将动平台2和定平台1相连，n个第一连接部11、n个第二连接部21和n组被动臂组件3一一对应，满足：n≥4，即定平台1和动平台2可通过至少四组被动臂组件3相连。如图1和图3所示，四个第一连接部11、四个第二连接部21和四组被动臂组件3一一对应，以使动平台2和定平台1通过被动臂组件3连接为一个整体。

被动臂组件3的两端分别与第一连接部11和第二连接部21可活动地连接；

其中，如图1和图3所示，每组被动臂组件3均包括约束件34和m个被动臂31，m个被动臂31通过约束件34相连，以使m个被动臂31朝靠近彼此的方向弹性预紧，满足：m≥3，即被动臂31为至少三个，被动臂31的两端分别与第一连接部11和第二连接部21可活动地连接。具体地，如图1和图3所示，每个第一连接部11和每个第二连接部21均设有三个连接位，且被动臂31为三个，被动臂的两端分别与第一连接部11的连接位、第二连接部21的连接位通过球头+球窝式球铰相连，且约束件34弹性连接在三个被动臂31之间，以使三个被动臂31相对稳定，保证被动臂31在第一连接部11和第二连接部21之间可靠地传动。当然，每组被动臂组件3也可包括4个被动臂31，或更多个。

这样，约束件可限制m个被动臂31朝相互背离的方向运动，可保证被动臂3始终与第一连接部11、第二连接位21稳定连接，防止被动臂3与动平台2或定平台1相互脱离，保证过约束的四自由度高速并联机器人100的传动的准确性，使得机器人的整体结构更加稳定。

被动臂31包括中间段和连接在中间段两端的连接段，且两个连接段分别与第一连接部、第二连接部相连。如图1所示，中间段32上端的连接段33用于与第一连接部11相连，中间段32下端的连接段33用于与第二连接部21相连。

如图1和图3所示，被动臂组件3的上端与第一连接部11相连，被动臂组件3的下端与第二连接部21相连，以在被动臂组件3相对于定平台1转动时，被动臂组件3的下端可在空间内移动。

其中，每个第一连接部11上均设有驱动件14，驱动件14用于驱动被动臂组件3相对于定平台1转动，以使被动臂组件3带动动平台2相对于定平台1运动，需要说明的是，每个第一连接部11上的驱动件14均为单独控制。

其中，如图1和图3所示，第一连接部11还包括连接臂12、固定臂15和铰接架13。

如图1和图3所示，驱动件14安装于定平台1，铰接架13整体呈三角形，固定臂15的第一端与定平台1的本体固定相连，固定臂15的另一端与铰接架13的第一拐角处可转动地相连，连接臂12的第一端与驱动件14的输出端相连，且驱动件14用于驱动连接臂12转动，连接臂12的第二端与铰接架13的第二拐角处可转动地相连，连接臂12和固定臂15间隔开设置，如图1所示，连接臂12位于固定臂15的上方，且铰接架13的靠近第三拐角处的区域用于与被动臂组件3的上端铰接相连。

在驱动件14动作时，驱动件14的输出端能够通过连接臂12带动铰接架13、被动臂组件3绕铰接架13的第二拐角处转动，以使被动臂组件3的下端向上或向下运动，进而进行动平台2的位置调节，需要说明的是，动平台2通过沿周向间隔开的n组被动臂组件3相连。由此，在n组被动臂组件3对应的n个驱动件14配合动作时，可使得动平台2在空间内朝不同的方向移动。

这样，n个驱动件14可单独动作，也可同时动作，且n个驱动件14可以相同的状态输出驱动力，也可以不同的状态输出驱动力。由此，通过控制n个第一连接部11上的驱动件14协同动作，以使得n组被动臂组件3灵活地以不同的幅度运动，进而使得动平台2做不同的动作，使得动平台2的运动状态更加丰富，且在动平台2运动的过程中，n组被动臂组件3通过动平台2联动，且相互约束，由此，通过n个驱动件14之间的协同动作可使得动平台2实现三个自由度的平移。

在具体地执行中，n个第一连接部11中的至少两个的驱动件14用于通过被动臂组件3驱动对应的第二连接部21朝第一方向运动，且n个第一连接部11中的另外至少两个的驱动件14用于通过被动臂组件3驱动对应第二连接部21朝第二方向运动，以使动平台2绕第一轴线转动。其中，第一轴线穿过动平台2的中心，即第一轴线为动平台2的中心轴线。这样，动平台2可在平面内绕其中心轴线转动，灵活地调节动平台2所处的角度，实现一个自由度的转动。由此，可使得过约束的四自由度高速并联机器人100能够作出复杂的动作，使其在具体工作时更加灵活。

根据本申请实施例的过约束的四自由度高速并联机器人100，定平台1和动平台2通过多组被动臂组件3可活动地连接，且多组被动臂组件3之间可协同动作，以使动平台2能够实现三个自由度的平移和一个自由度的转动，使得过约束的四自由度高速并联机器人100的运动更加灵活，便于用户实现多种类型的操作。

在一些实施例中，如图1和图3所示，n＝4，即过约束的四自由度高速并联机器人100包括4个第一连接部11、4个驱动件14、4组被动臂组件3和4个第二连接部21。如图1所示，4个第一连接部11沿定平台1的周向均匀地间隔开布置，且4个第一连接部11和动平台2上的4个第二连接部21分别通过4组被动臂组件3沿上下方向连接，以使定平台1上的4个驱动件14能够驱动对应的被动臂组件3、第二连接部21动作，进而实现动平台2的动作过程。

其中，如图1-图4所示，四个第一连接部11中相对设置的两个的驱动件14用于驱动对应的第二连接部21朝靠近彼此的方向运动，即第二连接部21向上运动，四个第一连接部11中另外两个相对设置的驱动件14用于驱动对应的第二连接部21朝远离彼此的方向运动，即第二连接部21向下运动。这样，在驱动件14带动对应的被动臂组件3和第二连接部21运动时，动平台2能够产生绕第一轴线的转动，以使过约束的四自由度高速并联机器人100可实现一个自由度的转动，约束高速并联机器人的结构简单，安装难度较低，且利于实现多种复杂的运行动作。

下面参考图1-图4描述本申请的两个实施例的过约束的四自由度高速并联机器人100的具体结构及对应的工作过程。

实施例一：

如图1-图2所示，动平台2包括第一连接架22和第二连接架23，如图2所示，第一连接架22和第二连接架23的结构相连，第一连接架22和第二连接架23均具有两个第二连接部21，如图2所示，第一连接架22和第二连接架23均包括架本体和连接在架本体两端的第二连接部21。这样，第一连接架22可通过其两端的两个第二连接部21与两组被动臂组件3相连，第二连接架23可通过其两端的两个第二连接部21与另外两组被动臂组件3相连。

如图2所示，四个第一连接部11中相邻的两个第一连接部11对应第一连接架22的两个第二连接部21，四个第一连接部11中另外相邻的两个第一连接部11对应第二连接架23的两个第二连接部21。换言之，定平台1的相邻的两个第一连接部11与第一连接架22的两个第二连接部21一一对应，定平台1的另外相邻的两个第一连接部11与第二连接架23的两个第二连接部21一一对应。

如图2所示，第一连接架22和第二连接架23通过连接杆24可活动地连接。如图2所示，连接杆24的两端分别与第一连接架22、第二连接架23可转动地连接，这样，在第一连接架22、第二连接架23在运动的过程中，能够带动连接杆24运动，且连接杆24、第一连接架22和第二连接架23能够起到相互约束的作用，以使第一连接架22和第二连接架23受力运动时，连接杆24会产生绕第一轴线的转动。

如图2所示，连接杆24为两个，且两个连接杆24平行间隔开，如图2所示，两个连接杆24的长度相同，第一连接架22、第二连接架23和两个连接杆24沿轴向以连接形成动平台2，且动平台2整体呈平行四边形结构。这样，在第一连接架22和第二连接架23绕第一轴线朝相同的方向转动时，两个连接杆24能够实现绕第一轴线的转动，即动平台2可实现一个自由度的转动。

具体地，第一连接架22和第二连接架23均设有第一连接孔和第二连接孔，两个连接杆24中的一个的两端分别与第一连接架22的第一连接孔、第二连接架23的第一连接孔通过销轴27可转动地相连，两个连接杆24中的另一个的两端分别与第一连接架22的第二连接孔、第二连接架23的第二连接孔通过销轴27可转动地相连，使得第一连接架22、第二连接架23与两个连接杆24可活动地连接。

其中，第一连接架22的第一连接孔与第二连接孔之间的间距和第二连接架23的第一连接孔与第二连接孔之间的间距相等，且在一些实施例中可将第一连接架22的第一连接孔和第二连接孔之间的间距设置为与连接杆24的长度相等。由此，动平台2整体呈菱形结构。

如图2所示，在进行动平台2绕第一轴线的转动操作时，四个第一连接部11中的相对设置的两个可通过驱动件14驱动对应的第二连接部21向上运动，且四个第一连接部11中的另外相对设置的两个可通过驱动件14驱动对应的第二连接部21向下运动。

这样，第一连接架22的一个第二连接部21和第二连接架23的一个第二连接部21受到朝靠近动平台2中心的作用力，第一连接架22的另一个第二连接部21和第二连接架23的另一个第二连接部21受到远离动平台2中心的作用力，且第一连接架22和第二连接架23还通过连接杆24进行约束，由此，可使得第一连接架22和第二连接架23能够绕第一轴线转动，实现动平台2的转动操作，其中，可通过调整驱动件14对连接臂12的转动幅度，以调节动平台2的转动角度，利于适应多种工作环境。

实施例二：

如图3-图4所示，动平台2包括第一连接架22和第二连接架23。如图4所示，第一连接架22具有避让腔，第二连接架23贯穿避让腔，且第一连接架22和第二连接架23交叉相连，且第一连接架22可与第二连接架23相对转动，以使第一连接架22与第二连接架23的相对角度可调。如图4所示，第一连接架22包括上下间隔开的两个支撑板28，两个支撑板28限定出避让腔，即第二连接架23位于两个支撑板28之间，且支撑板28可用于承载待运输物品。

如图4所示，第一连接架22和第二连接架23均具有两个第二连接部21，如图4所示，第一连接架22的两个第二连接部21分别连接在支撑板28的两端，第二连接架23包括架本体，第二连接架23的两个第二连接部21分别连接在架本体的两端。这样，第一连接架22可通过其两端的两个第二连接部21与两组被动臂组件3相连，第二连接架23通过其两端的两个第二连接部21与另外两组被动臂组件3相连。

如图4所示，四个第一连接部11中相对设置的两个第一连接部11对应第一连接架22的两个第二连接部21，四个第一连接部11中另外相对设置的两个第一连接部11对应第二连接架23的两个第二连接部21。换言之，定平台1的相对设置的两个第一连接部11与第一连接架22的两个第二连接部21一一对应，定平台1的另外相邻的两个第一连接部11与第二连接架23的两个第二连接部21一一对应。

其中，如图4所示，第一连接架22和第二连接架23通过丝杠机构配合，这样，在第一连接架22和第二连接架23中的一个直线运动时，第一连接架22和第二连接架23中的另一个转动，以实现动平台2的转动操作。

在一些实施例中，如图4所示，第一连接架22具有螺纹杆25，螺纹杆25的轴线与第一轴线重合，螺纹杆25的两端分别与两个支撑板28相连，第二连接架23具有螺纹套26，螺纹套26位于两个支撑板28之间，且螺纹杆25贯穿螺纹套26以与螺纹套26螺纹连接，进而使得第一连接架22和第二连接架23形成丝杠机构配合。

如图4所示，螺纹杆25设于第一连接架22的两个第二连接部21之间，螺纹套26设于第二连接架23的两个第二连接部21之间，由此，第一连接架22和第二连接架23通过螺纹杆25和螺纹套26配合形成交叉结构。且在第一连接架22对应的两个被动臂组件3沿上下方向运动时，第二连接架23在第一连接架22的作用力下绕第一轴线转动，这样，动平台2可实现一个自由度的转动。

如图4所示，在进行动平台2绕第一轴线的转动操作时，四个第一连接部11中的相对设置的两个可通过驱动件14驱动对应的第二连接部21向上或向下运动。这样，可使得第一连接架22向上或向下运动，以使第二连接架23绕第一轴线转动，或者使得第二连接架23向上或向下运动，以使第一连接架22绕第一轴线转动，实现动平台2的转动操作。其中，可通过调整驱动件14对连接臂12的转动幅度，以调节动平台2的转动角度，利于适应多种工作环境。

其中，在四个第一连接部11中的相对设置的两个可通过驱动件14驱动对应的第二连接部21向上运动时，四个第一连接部11中的另外相对设置的两个可通过驱动件14驱动对应的第二连接部21向下运动，或者四个第一连接部11中的另外相对设置的两个对应的驱动件14不动作，均可实现动平台2的转动，结构简单，灵活性较强。

在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

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申请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申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请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，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。