一種動(dòng)支架三自由度搬運(yùn)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)支架三自由度搬運(yùn)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
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[0002]輕工、醫(yī)藥、食品和電子等行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，諸如分揀、包裝、封裝，特別是在物料搬運(yùn)、機(jī)床上下料等這種重復(fù)、枯燥、危險(xiǎn)性尤為突出工作中，為了減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，在作業(yè)工序中往往需要在空間中安置重復(fù)性工作的作業(yè)機(jī)器人，而采用多自由度空間并聯(lián)機(jī)械手則顯得沒必要，或制造成本太高，如傳統(tǒng)的SCARA機(jī)器人由于其自身因素，其小臂上安裝了三個(gè)電機(jī)和一個(gè)滾珠絲杠，這樣就限制了其作用范圍，串聯(lián)式的五軸機(jī)器人制造成本太高。然而，在平動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，采用動(dòng)平臺(tái)上的執(zhí)行器通過傳動(dòng)軸與機(jī)架上的電機(jī)相連的方法縮小了機(jī)構(gòu)的工作空間范圍，限制了末端執(zhí)行器加速度的提高，使得位置和姿態(tài)精度難以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種動(dòng)支架三自由度搬運(yùn)機(jī)器人。本發(fā)明通過的機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，通過轉(zhuǎn)移末端執(zhí)行器的一個(gè)自由度到動(dòng)支架的方法，從而縮小了機(jī)械手在執(zhí)行末端的工作空間，使得位置和姿態(tài)精度得以保證的同時(shí)，不僅縮小了末端執(zhí)行器的空間要求，而且擴(kuò)大了機(jī)構(gòu)的操作空間。
[0004]本發(fā)明所提供一種動(dòng)支架三自由度搬運(yùn)機(jī)器人包括機(jī)架12、動(dòng)支架16、動(dòng)平臺(tái)8、滾珠絲杠直線滑臺(tái)、第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈、從動(dòng)支鏈、第一驅(qū)動(dòng)裝置9、第二驅(qū)動(dòng)裝置10以及第三驅(qū)動(dòng)裝置11 ;所述第一驅(qū)動(dòng)裝置9通過螺栓固連在所述動(dòng)支架16上；所述第二驅(qū)動(dòng)裝置10通過螺栓固連在所述動(dòng)支架16上，所述第一驅(qū)動(dòng)裝置9與第二驅(qū)動(dòng)裝置10同心設(shè)置，所述第三驅(qū)動(dòng)裝置11安裝在所述機(jī)架12上；所述滾珠絲杠直線滑臺(tái)包括基座14、滑塊17、絲杠18以及滑桿15，所述動(dòng)支架16安裝在所述滾珠絲杠直線滑臺(tái)的所述滑塊17上，所述動(dòng)支架16與所述滑塊17之間采用螺栓固連，所述絲杠18軸向固定在所述基座14上，所述基座14通過螺栓固連于所述機(jī)架12上，所述絲杠18的末端與所述第三驅(qū)動(dòng)裝置11通過聯(lián)軸器13固連，從而由第三驅(qū)動(dòng)裝置11驅(qū)動(dòng)完成絲杠18的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述滑塊17通過絲杠螺母與所述絲杠18連接，隨著所述絲杠18的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述動(dòng)支架16以及所述滑塊17同步在所述基座14上做垂直方向的上下運(yùn)動(dòng)，所述絲杠18與所述第三驅(qū)動(dòng)裝置11同心設(shè)置。
[0005]所述第一主動(dòng)支鏈包括動(dòng)支架16、第一主動(dòng)臂1、第一保姿態(tài)連接桿2、保姿態(tài)桿6 ;所述第一主動(dòng)臂I通過鍵與所述第一驅(qū)動(dòng)裝置9上的減速機(jī)配合連接，所述第一主動(dòng)臂I與所述保姿態(tài)桿6之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，所述第一保姿態(tài)連接桿2的兩端分別與所述動(dòng)支架16以及所述保姿態(tài)桿6采用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，所述動(dòng)支架16、第一主動(dòng)臂1、第一保姿態(tài)連接桿2、保姿態(tài)桿6通過運(yùn)動(dòng)副連接形成平行四邊形結(jié)構(gòu)。
[0006]所述第二主動(dòng)支鏈包括第一主動(dòng)臂1、第二主動(dòng)臂4、從動(dòng)臂3、小臂連接桿5 ;所述第二主動(dòng)臂4通過鍵與所述第二驅(qū)動(dòng)裝置10上的減速機(jī)配合連接，所述第二主動(dòng)臂4與所述小臂連接桿5之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，所述小臂連接桿5所述從動(dòng)臂3之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，所述從動(dòng)臂3與所述第一主動(dòng)臂I之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，所述第一主動(dòng)臂1、第二主動(dòng)臂4、從動(dòng)臂3、小臂連接桿5通過運(yùn)動(dòng)副連接形成平行四邊形結(jié)構(gòu)。
[0007]所述從動(dòng)支鏈包括動(dòng)平臺(tái)8、從動(dòng)臂3、保姿態(tài)桿6以及第二保姿態(tài)連接桿7 ;所述動(dòng)平臺(tái)8與所述從動(dòng)臂3之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，所述動(dòng)平臺(tái)8與所述第二保姿態(tài)連接桿7之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，所述第二保姿態(tài)連接桿7與所述保姿態(tài)桿6之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，所述動(dòng)平臺(tái)8、從動(dòng)臂3、保姿態(tài)桿6以及第二保姿態(tài)連接桿7通過運(yùn)動(dòng)副連接形成平行四邊形結(jié)構(gòu)。
[0008]所述第一主動(dòng)支鏈與所述第二主動(dòng)支鏈擁有共同的所述第一主動(dòng)臂I，所述從動(dòng)支鏈與所述第一主動(dòng)支鏈擁有共同的所述保姿態(tài)桿6，所述從動(dòng)支鏈與所述第二主動(dòng)支鏈擁有共同的所述從動(dòng)臂3。所述第一驅(qū)動(dòng)裝置9、第二驅(qū)動(dòng)裝置10采用伺服電機(jī)一減速器結(jié)構(gòu)；所述第三驅(qū)動(dòng)裝置11采用伺服電機(jī)一減速器結(jié)構(gòu)或采用氣動(dòng)裝置。
[0009]本發(fā)明由第一以及第二主動(dòng)支鏈驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)8，從動(dòng)支鏈配合主動(dòng)支鏈限制動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡，保證動(dòng)平臺(tái)8的平動(dòng)并有明確的運(yùn)動(dòng)路線和位置精度，主、從動(dòng)支鏈的共同約束作用，限制了動(dòng)平臺(tái)8的回轉(zhuǎn)自由度，使動(dòng)平臺(tái)8相對(duì)動(dòng)支架16僅具有兩個(gè)平動(dòng)自由度，保證了機(jī)器人機(jī)構(gòu)姿態(tài)穩(wěn)定，而動(dòng)平臺(tái)8在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)則由動(dòng)支架16的上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，動(dòng)支架16安裝在滾珠絲杠直線滑臺(tái)的滑塊17上，第三驅(qū)動(dòng)裝置11驅(qū)動(dòng)絲杠18轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠18與滑塊17通過絲桿螺母連接，從而將絲杠18的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成滑塊17的直線運(yùn)動(dòng)，間接完成動(dòng)支架16的豎直方向的運(yùn)動(dòng)。三組驅(qū)動(dòng)裝置提供的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，使得該三自由度機(jī)器人機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)，保證了該機(jī)構(gòu)位置精確。
[0010]本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn):
[0011](I)本發(fā)明將末端執(zhí)行器的豎直方向自由度轉(zhuǎn)移到動(dòng)支架上，遠(yuǎn)離末端執(zhí)行器的操作范圍，從而減小了末端執(zhí)行器的操作空間需要，同時(shí)增大了整個(gè)機(jī)構(gòu)的操作范圍。
[0012](2)本發(fā)明的末端動(dòng)平臺(tái)的兩自由度平動(dòng)由不同的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，豎直方向的自由度由另一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0013](3)本發(fā)明將三個(gè)動(dòng)力源通過三個(gè)傳動(dòng)支鏈輸送到末端執(zhí)行器上。
[0014](4)本發(fā)明的末端執(zhí)行器由主動(dòng)支鏈驅(qū)動(dòng)，從動(dòng)支鏈配合主動(dòng)支鏈限制執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)軌跡；保證末端執(zhí)行器有明確的運(yùn)動(dòng)軌跡和位置精度，并且使得本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、慣性小。
[0015]本發(fā)明將末端執(zhí)行器的豎直自由度轉(zhuǎn)移到動(dòng)支架上，縮小了末端執(zhí)行器操作空間的需要，可以在狹小的空間進(jìn)行精密的動(dòng)作；另外，本發(fā)明不僅把兩個(gè)伺服電機(jī)輸出的動(dòng)力匯合到主動(dòng)支鏈上，而且在從動(dòng)支鏈也添加了一個(gè)動(dòng)力，三個(gè)支鏈不僅都起到動(dòng)力的作用，也有結(jié)構(gòu)約束的作用。三條支鏈中都使用平行四邊形結(jié)構(gòu)，使得末端執(zhí)行器有明確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和定位精度。本發(fā)明所提供的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，有效提高了機(jī)構(gòu)的靈活性，簡(jiǎn)化了并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，同時(shí)較好地保持了機(jī)構(gòu)的慣性小，高速度、高加速度、高定位精度和重復(fù)定位精度的特點(diǎn)。
【附圖說明】
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[0016]圖1是本發(fā)明機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明機(jī)器人的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明機(jī)器人中直線段A、B、C、D、E所在位置示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明機(jī)器人中第一主動(dòng)支鏈的平行四邊形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明機(jī)器人中第二主動(dòng)支鏈的平行四邊形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6是本發(fā)明機(jī)器人中從動(dòng)支鏈的平行四邊形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7是本發(fā)明機(jī)器人中滾珠絲杠直線滑臺(tái)及其驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:1:第一主動(dòng)臂；2:第一保姿態(tài)連接桿；3:從動(dòng)臂；4:第二主動(dòng)臂；5:小臂連接桿；6:保姿態(tài)桿；7:第二保姿態(tài)連接桿；8:動(dòng)平臺(tái)；9:第一驅(qū)動(dòng)裝置；10:第二驅(qū)動(dòng)裝置；11:第三驅(qū)動(dòng)裝置；12:機(jī)架；13:聯(lián)軸器；14:基座；15:滑桿；16:動(dòng)支架；17:滑塊；18:絲杠。
【具體實(shí)施方式】
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[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0025]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示，一種動(dòng)支架三自由度搬運(yùn)機(jī)器人包括機(jī)架12、滾珠絲杠直線滑臺(tái)、動(dòng)支架16、驅(qū)動(dòng)裝置、運(yùn)動(dòng)支鏈以及動(dòng)平臺(tái)8。驅(qū)動(dòng)裝置包括第一驅(qū)動(dòng)裝置9、第二驅(qū)動(dòng)裝置10、第三驅(qū)動(dòng)裝置11 ;滾珠絲杠直線滑臺(tái)包括基座14、滑塊
17、絲杠18、滑竿15，滾珠絲杠直線滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)著動(dòng)支架16做豎直方向上的運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)支鏈包括第一主動(dòng)支鏈、第二主動(dòng)支鏈以及從動(dòng)支鏈，主動(dòng)支鏈和從動(dòng)支鏈相互作用驅(qū)動(dòng)著動(dòng)平臺(tái)8平動(dòng)。
[0026]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，第一主動(dòng)支鏈包括動(dòng)支架16、第一主動(dòng)臂1、第一保姿態(tài)連接桿2、保姿態(tài)桿6 ;所述第一主動(dòng)臂I通過鍵與第一驅(qū)動(dòng)裝置9上的減速機(jī)配合連接；所述第一主動(dòng)臂I與所述保姿態(tài)桿6之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，鉸鏈中心為C1;所述第一保姿態(tài)連接桿2與所述動(dòng)支架16和所述保姿態(tài)桿6之間都采用轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，鉸鏈中心分別為為a、d ;所述第一主動(dòng)臂I的桿長(zhǎng)blCl與所述第一保姿態(tài)連接桿2的桿長(zhǎng)ad相等，所述動(dòng)支架16上第一保姿態(tài)連接桿2和所述動(dòng)支架16的鉸鏈連接中心點(diǎn)a與第一驅(qū)動(dòng)裝置9的中心點(diǎn)Id1的長(zhǎng)度ab i (見圖3中的線段A)，所述保姿態(tài)桿6