一種從動臂同側布置自由度能夠重構的搬運機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種從動臂同側布置自由度能夠重構的搬運機器人，屬于機器人技術領域。該機器人包括機架、動平臺三條支鏈及驅(qū)動裝置，各支鏈包括大主動臂、小主動臂、主動臂連桿、襯架及從動臂；襯架的上端部、下端部、中部分都分別設有鉸接位；大主動臂的一端與驅(qū)動裝置的輸出軸相連，其另一端與襯架中部鉸接位置相連；小主動臂一端與驅(qū)動裝置的輸出軸相連，其另一端通過主動連桿與襯架的上端部鉸接位置相連；從動臂的上端與襯架的下端部鉸接位置相連，從動臂的下端與動平臺相連。本發(fā)明所提供的機器人，可通過固定三小主動臂在一定角度使機器人在三自由度與六自由度之間相互切換，有效提高了機構的靈活性，能夠更好地適應搬運需求。
【專利說明】
一種從動臂同側布置自由度能夠重構的搬運機器人
技術領域
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[0001]本發(fā)明屬于機器人技術領域，具體涉及一種從動臂同側布置自由度能夠重構的搬運機器人。
【背景技術】
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[0002]輕工、醫(yī)藥、食品和電子等行業(yè)的自動化生產(chǎn)線中，諸如分揀、包裝、封裝，特別是在物料搬運、機床上下料等這種重復、枯燥、危險性尤為突出工作中，為了減輕人類勞動強度，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性工作的作業(yè)機械人。當下主流的并聯(lián)機器人多為三自由度或者四自由度的機器人，其活動平臺的運動不夠靈活，工作空間往往只是一個厚度不大的蘑菇形空間，末端件的三維轉(zhuǎn)動范圍一般只在60度左右。除此以外，三自由度或者四自由度的并聯(lián)機器人難以承擔如焊接等復雜工作，其應用的范圍較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種從動臂同側布置自由度能夠重構的搬運機器人，該機器人機構是一種實現(xiàn)物料搬運的機器人機構。
[0004]本發(fā)明所提供的一種三自由度六自由度可重構的搬運機器人包括機架4、動平臺
3、第一支鏈18、第二支鏈19、第三支鏈20及驅(qū)動裝置;所述第一支鏈18、第二支鏈19及第三支鏈20均布于所述機架4上，所述第一支鏈18、第二支鏈19及第三支鏈20之間相隔120度，所述第一支鏈18、第二支鏈19及第三支鏈20均包括大主動臂1、小主動臂6、主動臂連桿7、襯架2及從動臂;所述襯架2的上端部、下端部及中部分別設有鉸接位，所述第一支鏈18、第二支鏈19及第三支鏈20中的所述大主動臂I及小主動臂6均同心安裝。所述大主動臂1、小主動臂
6、主動臂連桿7及襯架2通過運動副連接形成平行四邊形結構，保證了機構的位姿精度。
[0005]所述第一支鏈18上的大主動臂I的一端與第一驅(qū)動裝置14的輸出軸相連接，所述第一支鏈18上的大主動臂I的另一端與所述襯架2中部通過鉸鏈相連接;所述第一支鏈18上的小主動臂6的一端與第二驅(qū)動裝置13的輸出軸相連，所述第一支鏈18上的小主動臂6的另一端與所述主動臂連桿7的一端通過球軸承相連，所述主動臂連桿7的另一端通過球軸承與所述襯架2上端相連接。
[0006]所述第一支鏈18中設有一個從動臂:第一支鏈從動臂8a，所述第一支鏈從動臂8a的上端與所述襯架2的下端部通過虎克鉸相連接，所述第一支鏈從動臂8a的下端與所述動平臺3通過虎克鉸相連接。
[0007]所述第三支鏈20上的大主動臂I的一端與第三驅(qū)動裝置16的輸出軸相連，所述第三支鏈20上大主動臂I的另一端通過軸與所述襯架2中部相連接。
[0008]所述第三支鏈20上的小主動臂6的一端與第四驅(qū)動裝置15的輸出軸相連，所述第三支鏈20上的小主動臂6的另一端與所述主動臂連桿7的一端通過球軸承相連接，所述主動臂連桿7的另一端通過球軸承與所述襯架2上端相連接。
[0009]所述第三支鏈20設有兩個從動臂:第三支鏈外側從動臂8b、第三支鏈內(nèi)側從動臂8c，所述第三支鏈外側從動臂8b及第三支鏈內(nèi)側從動臂8c的布置相同，所述第三支鏈外側從動臂Sb及第三支鏈內(nèi)側從動臂Sc安裝于所述襯架2的同一側，所述第三支鏈外側從動臂Sb及第三支鏈內(nèi)側從動臂Sc的上端與所述襯架2的下端部通過球關節(jié)軸承相連接，所述第三支鏈外側從動臂Sb及第三支鏈內(nèi)側從動臂Sc的下端與所述動平臺3通過虎克鉸相連接。
[0010]所述第二支鏈19上的大主動臂I的一端與第五驅(qū)動裝置5的輸出軸相連，所述第二支鏈19上的大主動臂I的另一端通過軸與所述襯架2中部相連接;所述第二支鏈19上的小主動臂6的一端與第六驅(qū)動裝置17的輸出軸相連，所述第二支鏈19上的小主動臂6的另一端與所述主動臂連桿7的一端通過球軸承相連接，所述主動臂連桿7的另一端通過球軸承與所述襯架2上端相連。
[0011]所述第二支鏈19設有兩個從動臂:第二支鏈外側從動臂8d、第二支鏈內(nèi)側從動臂Se，所述第二支鏈外側從動臂Sd及第二支鏈內(nèi)側從動臂Se的布置相同，所述第二支鏈外側從動臂Sd及第二支鏈內(nèi)側從動臂Se安裝于所述襯架2的同一側，所述第二支鏈外側從動臂Sd及第二支鏈內(nèi)側從動臂Se的上端與所述襯架2的下端部通過球鉸關節(jié)軸承相連接，所述第二支鏈外側從動臂Sd及第二支鏈內(nèi)側從動臂Se的下端與所述動平臺3通過球鉸關節(jié)軸承相連接。
[0012]本發(fā)明具有以下技術特點:
[0013]1、本發(fā)明的大主動臂與小主動臂同心安裝，同時小主動臂、襯架、主動臂連桿三者保持平行。從而使得大主動臂、小主動臂、主動臂連桿、襯架形成一個并聯(lián)閉環(huán)的空間五桿機構。從軸向看，大主動臂、小主動臂、主動臂連桿、襯架形成一個平行四邊形結構。同時，本發(fā)明的三支鏈上端與機架同時相連接，下端同時與動平臺相連接，從而構成一個并聯(lián)機器人結構，從而使整個機器人擁有六個自由度。同時此并聯(lián)機構使得機器人剛度大，承載能力強，速度快。
[0014]2、本發(fā)明中三個支鏈的小主動臂分別固定并與水平面成特定角度時，從軸向看，大主動臂、小主動臂、主動臂連桿及襯架2形成一個平行四邊形結構，此時，襯架上端的兩鉸鏈中心與大主動臂的夾角為特定角度，從而使得襯架下端兩鉸鏈的連線與水平面夾角為特定角度，使得動平臺的兩鉸鏈中心連線與襯架下端的兩鉸鏈中心連線平行，從而使得動平臺與水平面平行。此時，機器人擁有的三個支鏈長度相同，相對于機架均勻布置，且三個從動支鏈的長度相同，因此，機器人轉(zhuǎn)化為一個三自由度的機器人，其三個自由度為沿著x、y、Z三個方向的平動。
【附圖說明】
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[0015]圖1是本發(fā)明搬運機器人的結構示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明搬運機器人中第一支鏈的結構示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明搬運機器人中第三支鏈的結構示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明搬運機器人中第二支鏈的結構示意圖；
[0019]圖5是本發(fā)明搬運機器人中各支鏈上并聯(lián)閉環(huán)的空間五桿機構的結構示意圖；
[0020]圖6是本發(fā)明搬運機器人演變?yōu)槿杂啥葧r的機構示意圖。
[0021]圖中:1:大主動臂;2:襯架;3:動平臺；4:機架;5:第五驅(qū)動裝置;6:小主動臂;7:主動臂連桿;8a:第一支鏈從動臂；8b:第三支鏈外側從動臂；8c:第三支鏈內(nèi)側從動臂；8d:第二支鏈外側從動臂;8e:第二支鏈內(nèi)側從動臂;9:減速機；10:球軸承；11:虎克鉸;12:球鉸關節(jié)軸承；13:第二驅(qū)動裝置；14:第一驅(qū)動裝置；15:第四驅(qū)動裝置；16:第三驅(qū)動裝置；17:第六驅(qū)動裝置；18:第一支鏈；19:第二支鏈;20:第三支鏈;a:第一支鏈從動臂8a的長度;b:虎克鉸的中心距；c:第三支鏈外側從動臂8b或第三支鏈內(nèi)側從動臂8c的長度;d:第二支鏈外側從動臂8d或第二支鏈內(nèi)側從動臂8e的長度。
【具體實施方式】
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[0022]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0023]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，一種從動臂同側布置自由度能夠重構的搬運機器人，該機器人包括機架4、動平臺3、三條支鏈及驅(qū)動裝置;所述驅(qū)動裝置均由電機與減速機9構成。所述運動支鏈包括第一支鏈18、第二支鏈19和第三支鏈20，且三支鏈均布于機架4上，各支鏈之間相隔120度。所述動平臺3通過支鏈與機架4形成并聯(lián)閉環(huán)結構，并被支鏈所驅(qū)動。
[0024]如圖2、圖3、圖4、圖5所示，各支鏈上的大主動臂1、小主動臂6、主動臂連桿7、襯架2形成一個并聯(lián)閉環(huán)的空間五桿機構。并從軸向看，所述大主動臂1、小主動臂6、主動臂連桿7、及襯架2形成一個平行四邊形結構，保證了機構的位置姿態(tài)精度。為保證此結構，如圖5所示，直線A、B、C、D形成一個平行四邊形，從而使得大主動臂1、小主動臂6及襯架2的一邊與主動臂連桿7保持平行。為保證整個機構為并聯(lián)閉環(huán)結構，所述各支鏈的從動支鏈的長度必須保持相等。
[0025]如圖2、3、4所不，所述第一從動支鏈，只有一根從動臂:第一支鏈從動臂8a，第一支鏈從動臂8a的上端與襯架2的下端部通過虎克鉸11相連接，第一支鏈從動臂8a的下端與動平臺3通過虎克鉸11相連接，長度E = a+2b，a為第一支鏈從動臂8a的長度，b為虎克鉸的中心距。
[0026]所述第三支鏈20設有兩個從動臂:第三支鏈外側從動臂8b、第三支鏈內(nèi)側從動臂8c，第三支鏈外側從動臂8b與第三支鏈內(nèi)側從動臂8c的布置相同，且第三支鏈外側從動臂8b、第三支鏈內(nèi)側從動臂8c安裝于襯架的同一側。第三支鏈外側從動臂8b及第三支鏈內(nèi)側從動臂8c的上端與襯架2的下端部通過球軸承12相連接，第三支鏈外側從動臂8b及第三支鏈內(nèi)側從動臂8c的下端與動平臺3通過虎克鉸11相連接。長度F = b+c，c為第三支鏈外側從動臂8b或第三支鏈內(nèi)側從動臂8c的長度。
[0027]所述第二支鏈19設有兩個從動臂:第二支鏈外側從動臂8d、第二支鏈內(nèi)側從動臂Se，所述第二支鏈外側從動臂Sd及第二支鏈19內(nèi)側從動臂Se的布置相同，所述第二支鏈外側從動臂Sd及第二支鏈內(nèi)側從動臂Se安裝于所述襯架2的同一側，所述第二支鏈外側從動臂Sd及第二支鏈內(nèi)側從動臂Se的上端與所述襯架2的下端部通過球鉸關節(jié)軸承12相連接，所述第二支鏈外側從動臂Sd及第二支鏈內(nèi)側從動臂Se的下端與所述動平臺3通過球鉸關節(jié)軸承12相連接。長度G等于第二支鏈外側從動臂8d或第二支鏈內(nèi)側從動臂8e的長度d。三條支鏈的從動支鏈的長度相等，即E = F=G。
[0028]如圖6所示，本發(fā)明中的小主動臂6固定并與水平面成特定角度的時候。從軸向看，所述大主動臂1、小主動臂6、主動臂連桿7、襯架2形成一個平行四邊形。此時，襯架2上端的兩鉸鏈中心與大主動臂I的夾角為特定角度，從而使得襯架2下端兩鉸鏈的連線與水平面夾角為特定角度，使得動平臺3的兩鉸鏈中心連線與襯架2下端的兩鉸鏈中心連線平行，從而使得動平臺3與水平面平行。此時，所述機器人轉(zhuǎn)化為一個三自由度的機器人，其三個自由度為沿著x、y、z三個方向的平動。
[0029]如圖1所示，所述驅(qū)動裝置均采用電機減速機的驅(qū)動方式。當然，在具體實施時，采用其它任意一種可實現(xiàn)相同運動功能的結構形式作為驅(qū)動方式都是可以的。為了達到同樣目的，還可以采用扭矩電機驅(qū)動，為與其連接的主動臂提供一個轉(zhuǎn)動自由度。在某種應用狀況下，也可以采用直線電機的驅(qū)動方式，為與其連接的主動臂提供一個移動自由度。當然，在具體實施時，采用其它任意一種可實現(xiàn)相同運動功能的結構形式作為驅(qū)動方式都是可以的。
[0030]以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性地設計出與該技術方案類似的結構方式及實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種從動臂同側布置自由度能夠重構的搬運機器人，其特征在于該搬運機器人包括機架(4)、動平臺(3)、第一支鏈(18)、第二支鏈(19)、第三支鏈(20)及驅(qū)動裝置;所述第一支鏈(18)、第二支鏈(19)及第三支鏈(20)均布于所述機架(4)上，所述第一支鏈(18)、第二支鏈(19)及第三支鏈(20)之間相隔120度，所述第一支鏈(18)、第二支鏈(19)及第三支鏈(20)均包括大主動臂(1)、小主動臂(6)、主動臂連桿(7)、襯架(2)及從動臂;所述襯架(2)的上端部、下端部及中部分別設有鉸接位，所述第一支鏈(18)、第二支鏈(19)及第三支鏈(20)中的所述大主動臂(I)及小主動臂(6)均同心安裝;所述大主動臂(1)、小主動臂(6)、主動臂連桿(7)及襯架(2)通過運動副連接形成平行四邊形結構;所述第一支鏈(18)上的大主動臂(I)的一端與第一驅(qū)動裝置(14)的輸出軸相連接，所述第一支鏈(18)上的大主動臂(I)的另一端與所述襯架(2)中部通過鉸鏈相連接，所述第一支鏈(18)上的小主動臂(6)的一端與第二驅(qū)動裝置(13)的輸出軸相連，所述第一支鏈(18)上的小主動臂(6)的另一端與所述主動臂連桿(7)的一端通過球軸承相連，所述主動臂連桿(7)的另一端通過球軸承與所述襯架(2)上端相連接，所述第一支鏈(18)中設有一個從動臂:第一支鏈從動臂(8a)，所述第一支鏈從動臂(Sa)的上端與所述襯架(2)的下端部通過虎克鉸相連接，所述第一支鏈從動臂(Sa)的下端與所述動平臺(3)通過虎克鉸相連接;所述第三支鏈(20)上的大主動臂(I)的一端與第三驅(qū)動裝置(16)的輸出軸相連，所述第三支鏈(20)上的大主動臂(I)的另一端通過軸與所述襯架(2)中部相連接，所述第三支鏈(20)上小主動臂(6)的一端與第四驅(qū)動裝置(15)的輸出軸相連，所述第三支鏈(20)上小主動臂(6)的另一端與所述主動臂連桿(7)的一端通過球軸承相連接，所述主動臂連桿(7)的另一端通過球軸承與所述襯架(2)上端相連接;所述第三支鏈(20)設有兩個從動臂:第三支鏈外側從動臂(8b)、第三支鏈內(nèi)側從動臂(8c)，所述第三支鏈外側從動臂(8b)及第三支鏈內(nèi)側從動臂(8c)的布置相同，所述第三支鏈外側從動臂(Sb)及第三支鏈內(nèi)側從動臂(Sc)安裝于所述襯架(2)的同一側，所述第三支鏈外側從動臂(Sb)及第三支鏈內(nèi)側從動臂(Sc)的上端與所述襯架(2)的下端部通過球關節(jié)軸承相連接，所述第三支鏈外側從動臂(Sb)及第三支鏈內(nèi)側從動臂(Sc)的下端與所述動平臺(3)通過虎克鉸相連接;所述第二支鏈(19)上的大主動臂(I)的一端與第五驅(qū)動裝置(5)的輸出軸相連，所述第二支鏈(19)上的大主動臂(I)的另一端通過軸與所述襯架(2)中部相連接，所述第二支鏈(19)上的小主動臂(6)的一端與第六驅(qū)動裝置(17)的輸出軸相連，所述第二支鏈(19)上的小主動臂(6)的另一端與所述主動臂連桿(7)的一端通過球軸承相連接，所述主動臂連桿(7)的另一端通過球軸承與所述襯架(2)上端相連;所述第二支鏈(19)設有兩個從動臂:第二支鏈外側從動臂(8d)、第二支鏈內(nèi)側從動臂(Se)，所述第二支鏈外側從動臂(Sd)及第二支鏈內(nèi)側從動臂(Se)的布置相同，所述第二支鏈外側從動臂(Sd)及第二支鏈內(nèi)側從動臂(Se)安裝于所述襯架(2)的同一側，所述第二支鏈外側從動臂(Sd)及第二支鏈內(nèi)側從動臂(Se)的上端與所述襯架(2)的下端部通過球鉸關節(jié)軸承相連接，所述第二支鏈外側從動臂(Sd)及第二支鏈內(nèi)側從動臂(Se)的下端與所述動平臺(3)通過球鉸關節(jié)軸承相連接。
【文檔編號】B25J9/00GK106002947SQ201610474350
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】張良安, 葉增林, 陸書建, 王偉, 張壯, 劉俊, 王夢濤, 劉超, 王彪, 張鵬, 張節(jié), 孫龍
【申請人】安徽海思達機器人有限公司