一種多坐標混聯機器人的製作方法

2023-06-18 17:54:06

專利名稱：一種多坐標混聯機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人，特別是涉及ー種帶定位頭的多坐標混聯機器人。
背景技術：
現有專利GB2173472 (或 EP0200369、US4790718)、SE8502327 (或 US4732525)、EP0674969 (或US6336375)、CN1524662 (或W02005025816)所公開的帶定位頭的多坐標混
聯機器人，包括至少三個可沿縱向伸長或縮短的長度調節裝置。其中一個從動或主動的調節裝置的一端與一可動定位頭固接並通過鉸鏈與固定架連接，以限制定位頭的某幾個自由度。而其他各調節裝置則是一端通過鉸鏈緊固與固定架上，以使其能相對於固定架繞各個方向的轉動，另一端通過鉸鏈與所述的從動或主動調節裝置的另一端連接。此類機器人，由幹與固接定位頭的從動或主動長度調節裝置連接的鉸鏈為三自由度鉸鏈，其不足是機構的整體剛度低，負載能力差，因而不適於高速重載的加工應用場合。現有專利CN101049692所公開的帶定位頭的五自由度混聯機器人，包括固定架、動平臺、定位頭以及在固定架與動平臺之間的三個可沿縱向伸長或縮短的長度調節裝置。各長度調節裝置一端通過鉸鏈連接於固定架上，另一端則轉動連接於動平臺，所述鉸鏈是ー個三轉動自由度鉸鏈，且其中的某一旋轉軸線與長度調節裝置的伸縮方向平行，其不足是，設計困難或所需鉸鏈尺寸很大，並且難於裝配。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供ー種僅由單自由度鉸鏈連接的高剛度的多坐標混聯機器人。本發明所採用的技術方案是一種多坐標混聯機器人，包括固定架、動平臺、連接在動平臺末端的定位頭以及結構相同的第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈，所述的第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈均包括有轉動叉、長度調節裝置和T形鉸，所述的長度調節裝置旋轉的連接在轉動叉ー側的插槽內，所述的轉動叉的另ー側旋轉的連接在固定架上，所述的T形鉸的一端旋轉的連接在長度調節裝置的末端，所述的T形鉸的另外兩端同軸線且同時旋轉的連接在動平臺上，所述長度調節裝置的頂端連接有一個驅動裝置，使所述長度調節裝置成為主動移動副，其中，連接所述的T形鉸和長度調節裝置的旋轉軸線平行於所述主動移動副的移動方向，連接所述轉動叉和固定架的旋轉軸線與連接所述長度調節裝置和轉動叉的旋轉軸線垂直相交，所述的第一支鏈和第二支鏈分別位於固定架的兩側，第三支鏈位於固定架的下面。所述定位頭為具有兩個自由度的串聯轉頭。所述T形鉸包括有縱梁和橫梁，所述的橫梁垂直的連接在縱梁的ー側，其中，所述的橫梁的另一端延長的形成有用於與長度調節裝置一端連接的橫鉸軸，所述的縱梁的兩端分別延長的形成有用於與動平臺連接的縱鉸軸。一種多坐標混聯機器人，包括固定架、動平臺、連接在動平臺末端的定位頭以及連接在固定架與動平臺之間的第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈，所述的第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈均包括有轉動叉、長度調節裝置和T形鉸，所述的長度調節裝置旋轉的連接在轉動叉ー側的插槽內，所述的轉動叉的另ー側旋轉的連接在固定架上，所述的T形鉸的一端與長度調節裝置的末端連接，所述的T形鉸的另外兩端同軸線且同時旋轉的連接在動平臺上，其中，所述第一支鏈和第二支鏈的T形鉸的一端是固定連接在所對應的長度調節裝置末端的，所述第三支鏈的T形鉸的一端是旋轉的連接在第三支鏈(3)的長度調節裝置末端的，所述長度調節裝置的頂端連接有一個驅動裝置，使所述長度調節裝置成為主動移動副，所述的第一支鏈和第二支鏈分別位於固定架的兩側，第三支鏈位於固定架的下面，並且，連接所述第一支鏈的轉動叉和固定架的旋轉軸線與連接所述第二支鏈的轉動叉和固定架的旋轉軸線共線，連接所述的T形鉸和長度調節裝置的軸線平行於所述主動移動副的移動方向，連接所述轉動叉和固定架的旋轉軸線與連接所述長度調節裝置和轉動叉的旋轉軸線垂直相交；第一支鏈的長度調節裝置與轉動叉所形成的旋轉軸線、第二支鏈的長度調節裝置與轉動叉形成的旋轉軸線、第一支鏈的T形鉸與動平臺形成的旋轉 軸線，以及第二支鏈的T形鉸與動平臺形成的旋轉軸線這四條軸線相互平行。所述定位頭為具有2自由度的串聯轉頭結構的定位頭，或為具有3自由度的串聯轉頭結構的定位頭。所述T形鉸包括有縱梁和橫梁，所述的橫梁垂直的連接在縱梁的ー側，其中，所述的橫梁的另一端延長的形成有用於與長度調節裝置一端連接的橫鉸軸，所述的縱梁的兩端分別延長的形成有用於與動平臺連接的縱鉸軸。本發明的一種多坐標混聯機器人，結構緊湊，設計巧妙，整機剛度好、精度高，具有大的工作空間機架體積比，所有構件均通過單自由度運鉸鏈連接，具有良好的製造和裝配エ藝性。沒有球鉸鏈，機構具有高剛度。可實現可重構布局，便於不同エ況的選擇。本發明可視為ー個模塊，該模塊可通過固定架上的機械接ロ連接於長行程導軌、大角度迴轉機構等，以便大幅度提高其工作範圍，也可將本發明的多自由度度機器人安裝在同一機械結構上進行大規模或較大規模的流水作業。


圖I是本發明實施例I的結構示意圖；圖2是本發明所述支鏈的結構示意圖；圖3是本發明所述的T形鉸的結構示意圖；圖4是本發明實施例2的結構示意圖；圖5是本發明實施例2的一種可重構結構示意圖。圖中，I :第一支鏈2 :第二支鏈3:第三支鏈4:固定架5 :動平臺6 :定位頭7:固定架8:動平臺9:定位頭11、21、31 :轉動叉12、22、32 :長度調節裝置 13、23、33 :驅動裝置
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明的一種多坐標混聯機器人做出詳細說明。如圖I所示，本發明的一種多坐標混聯機器人，包括固定架4、動平臺5、連接在動平臺5末端的定位頭6以及結構相同的第一支鏈I、第二支鏈2和第三支鏈3。所述定位頭6為具有兩個自由度的串聯轉頭，此實施例中採用A/C軸的結構形式，使所述多坐標混聯機器人為5自由度混聯機器人。如圖I、圖2所示，所述的第一支鏈I、第二支鏈2和第三支鏈3均包括有轉動叉11/21/31、長度調節裝置12/22/32和T形鉸14/24/34，所述的長度調節裝置12/22/32旋轉的連接在轉動叉11/21/31 —側的插槽內，所述的轉動叉11/21/31的另ー側旋轉的連接在固定架4上，所述的T形鉸14/24/34的一端旋轉的連接在長度調節裝置12/22/32的末端，所述的T形鉸14/24/34的另外兩端同軸線且同時旋轉的連接在動平臺5上，所述長度調節裝置12/22/32的頂端連接有一個驅動裝置13/23/33，所述的驅動裝置為電機，使所述長度調節裝置12/22/32成為主動移動副，其中，連接所述的T形鉸14/24/34和長度調節裝置12/22/32的旋轉軸線Ic平行於所述主動移動副的移動方向，連接所述轉動叉11/21/31和固定架4的旋轉軸線Ia與連接所述長度調節裝置12/22/32和轉動叉11/21/31的軸線Ib垂直相交，所述的第一支鏈I和第二支鏈2分別位於固定架4的兩側，第三支鏈3位於固定架4的下面。此時所述三條支鏈結構相同，均為5自由度支鏈，且呈空間軸對稱布置，機構為非過約束機構。如圖3所示，所述T形鉸14/24/34包括有縱梁141/241/341和橫梁142/242/342，所述的橫梁142/242/342垂直的連接在縱梁141/241/341的ー側，其中，所述的橫梁142/242/342的另一端延長的形成有用於與長度調節裝置12/22/32 —端連接的橫鉸軸a，所述的縱梁141/241/341的兩端分別延長的形成有用於與動平臺5連接的縱鉸軸b。如圖4、圖5所示，本發明的一種多坐標混聯機器人還可以是，包括固定架7、動平臺8、連接在動平臺8末端的定位頭以及連接在固定架與動平臺之間的第一支鏈I、第二支鏈2和第三支鏈3。所述定位頭為具有2自由度的串聯轉頭結構的定位頭6 (圖4所示)，或為具有3自由度的串聯轉頭結構的定位頭9 (圖5所示)，所述3自由度的串聯轉頭採用機器人手腕的結構形式，使本發明所述的多坐標混聯機器人變為6自由度混聯機器人。如圖2所示，所述的第一支鏈I、第二支鏈2和第三支鏈3均包括有轉動叉11/21/31、長度調節裝置12/22/32和T形鉸14/24/34，所述的長度調節裝置12/22/32旋轉的連接在轉動叉11/21/31 —側的插槽內，所述的轉動叉11/21/31的另ー側旋轉的連接在固定架7上，所述的T形鉸14/24/34的一端與長度調節裝置12/22/32的末端連接，所述的T形鉸14/24/34的另外兩端同軸線且同時旋轉的連接在動平臺8上，其中，所述第一支鏈I和第二支鏈2的T形鉸14/24的一端是固定連接在所對應的長度調節裝置12/22末端的，所述第三支鏈3的T形鉸34的一端是旋轉的連接在第三支鏈(3)的長度調節裝置32末端的，所述長度調節裝置12/22/32的頂端連接有一個驅動裝置13/23/33，所述的驅動裝置為電機，使所述長度調節裝置12/22/32成為主動移動副，所述的第一支鏈I和第二支鏈2分別位於固定架7的兩側，第三支鏈3位於固定架7的下面，並且，連接所述第一支鏈(I)的轉動叉(11)和固定架(7)的旋轉軸線與連接所述第二支鏈(I)的轉動叉(21)和固定架7的旋轉軸線共線，連接所述的T形鉸(14/24/34)和長度調節裝置12/22/32的軸線Ic平行於所述主動移動副的移動方向，連接所述轉動叉11/21/31和固定架4的旋轉軸線Ia與連接所述長度調節裝置12/22/32和轉動叉11/21/31的旋轉軸線(Ib)垂直相交；第ー支鏈I的長度調節裝置12與轉動叉11所形成的旋轉軸線、第二支鏈2的長度調節裝置22與轉動叉21形成的旋轉軸線、第一支鏈I的T形鉸14與動平臺8形成的旋轉軸線ld，以及第ニ支鏈2的T形鉸24與動平臺8形成的旋轉軸線這四條軸線相互平行。此時，第一支鏈和第二支鏈與固定架連接的的結構相同，且均為4自由度支鏈，而第三支鏈仍為5自由度支鏈，第三支鏈與固定架連接的結構與實施例I相同。此時機構為過約束機構。如圖3所示，所述T形鉸14/24/34包括有縱梁141/241/341和橫梁142/242/342，所述的橫梁142/242/342垂直的連接在縱梁141/241/341的ー側，其中，所述的橫梁142/242/342的另一端延長的形成有用於與長度調節裝置12/22/32 —端連接的橫鉸軸a，所述的縱梁141/241/341的兩端分別延長的形成有用於與動平臺5連接的縱鉸軸b。
儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗g和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種多坐標混聯機器人，包括固定架(4)、動平臺(5)、連接在動平臺(5)末端的定位頭(6)以及結構相同的第一支鏈(I)、第二支鏈(2)和第三支鏈(3)，其特徵在於，所述的第一支鏈(I)、第二支鏈(2)和第三支鏈(3)均包括有轉動叉(11/21/31)、長度調節裝置(12/22/32)和T形鉸(14/24/34)，所述的長度調節裝置(12/22/32)旋轉的連接在轉動叉(11/21/31) —側的插槽內，所述的轉動叉(11/21/31)的另一側旋轉的連接在固定架(4)上，所述的T形鉸(14/24/34)的一端旋轉的連接在長度調節裝置(12/22/32)的末端，所述的T形鉸(14/24/34)的另外兩端同軸線且同時旋轉的連接在動平臺(5)上，所述長度調節裝置(12/22/32)的頂端連接有一個驅動裝置(13/23/33)，使所述長度調節裝置(12/22/32 )成為主動移動副，其中，連接所述的T形鉸(14/24/34 )和長度調節裝置(12/22/32)的旋轉軸線(Ic)平行於所述主動移動副的移動方向，連接所述轉動叉(11/21/31)和固定架(4)的旋轉軸線(Ia)與連接所述長度調節裝置(12/22/32)和轉動叉(11/21/31)的旋轉軸線(Ib)垂直相交，所述的第一支鏈(I)和第二支鏈(2)分別位於固定架(4)的兩側，第三支鏈(3)位於固定架(4)的下面。
2.根據權利要求I所述的一種多坐標混聯機器人，其特徵在於，所述定位頭(6)為具有兩個自由度的串聯轉頭。
3.根據權利要求I所述的一種多坐標混聯機器人，其特徵在於，所述T形鉸(14/24/34)包括有縱梁(141/241/341)和橫梁(142/242/342)，所述的橫梁(142/242/342)垂直的連接在縱梁(141/241/341)的一側，其中，所述的橫梁(142/242/342)的另一端延長的形成有用於與長度調節裝置(12/22/32) —端連接的橫鉸軸(a)，所述的縱梁(141/241/341)的兩端分別延長的形成有用於與動平臺(5)連接的縱鉸軸(b)。
4.一種多坐標混聯機器人，包括固定架(7)、動平臺(8)、連接在動平臺(8)末端的定位頭以及連接在固定架與動平臺之間的第一支鏈(I)、第二支鏈(2)和第三支鏈(3)，其特徵在於，所述的第一支鏈(I)、第二支鏈(2)和第三支鏈(3)均包括有轉動叉(11/21/31)、長度調節裝置(12/22/32)和T形鉸(14/24/34)，所述的長度調節裝置(12/22/32)旋轉的連接在轉動叉(11/21/31) —側的插槽內，所述的轉動叉(11/21/31)的另一側旋轉的連接在固定架(7)上，所述的T形鉸(14/24/34)的一端與長度調節裝置(12/22/32)的末端連接，所述的T形鉸(14/24/34)的另外兩端同軸線且同時旋轉的連接在動平臺(8)上，其中，所述第一支鏈(I)和第二支鏈(2)的T形鉸(14/24)的一端是固定連接在所對應的長度調節裝置(12/22)末端的，所述第三支鏈(3)的T形鉸(34)的一端是旋轉的連接在第三支鏈(3)的長度調節裝置(32)末端的，所述長度調節裝置(12/22/32)的頂端連接有一個驅動裝置(13/23/33)，使所述長度調節裝置(12/22/32)成為主動移動副，所述的第一支鏈(I)和第二支鏈(2)分別位於固定架(7)的兩側，第三支鏈(3)位於固定架(7)的下面，並且，連接所述第一支鏈(I)的轉動叉(11)和固定架(7)的旋轉軸線與連接所述第二支鏈(I)的轉動叉(21)和固定架(7)的旋轉軸線共線，連接所述的T形鉸(14/24/34)和長度調節裝置(12/22/32)的軸線(Ic)平行於所述主動移動副的移動方向，連接所述轉動叉(11/21/31)和固定架(4)的旋轉軸線(Ia)與連接所述長度調節裝置(12/22/32)和轉動叉(11/21/31)的旋轉軸線(Ib)垂直相交；第一支鏈(I)的長度調節裝置(12)與轉動叉(11)所形成的旋轉軸線(lb)、第二支鏈(2)的長度調節裝置(22)與轉動叉(21)形成的旋轉軸線、第一支鏈(I)的T形鉸(14)與動平臺(8)形成的旋轉軸線(ld)，以及第二支鏈(2)的T形鉸(24)與動平臺(8)形成的旋轉軸線這四條軸線相互平行。
5.根據權利要求4所述的一種多坐標混聯機器人，其特徵在於，所述定位頭為具有2自由度的串聯轉頭結構的定位 頭(6)，或為具有3自由度的串聯轉頭結構的定位頭(9)。
6.根據權利要求4所述的一種多坐標混聯機器人，其特徵在於，所述T形鉸(14/24/34)包括有縱梁(141/241/341)和橫梁(142/242/342)，所述的橫梁(142/242/342)垂直的連接在縱梁(141/241/341)的一側，其中，所述的橫梁(142/242/342)的另一端延長的形成有用於與長度調節裝置(12/22/32) —端連接的橫鉸軸(a)，所述的縱梁(141/241/341)的兩端分別延長的形成有用於與動平臺(5)連接的縱鉸軸(b)。
全文摘要
一種多坐標混聯機器人，有固定架、動平臺、連接在動平臺末端的定位頭以及結構相同的第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈，每個支鏈均包括有轉動叉、長度調節裝置和T形鉸，長度調節裝置旋轉的連接在轉動叉一側的插槽內，轉動叉的另一側旋轉的連接在固定架上，T形鉸的一端旋轉的連接在長度調節裝置的末端，T形鉸的另外兩端同軸線且同時旋轉的連接在動平臺上，長度調節裝置的頂端連接有一個驅動裝置，使長度調節裝置成為主動移動副，第一支鏈和第二支鏈分別位於固定架的兩側，第三支鏈位於固定架的下面。本發明結構緊湊，設計巧妙，整機剛度好、精度高，具有大的工作空間機架體積比，所有構件均通過單自由度運鉸鏈連接，具有良好的製造和裝配工藝性。
文檔編號B25J9/00GK102672708SQ20121015679
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者宋軼民, 梅江平, 汪滿新, 王攀峰, 竇永磊, 黃田 申請人:天津大學