一種正交三自由度平移並聯機器人機構的製作方法

2023-11-30 04:54:26

本實用新型屬於製造技術領域，具體涉及一種正交三自由度平移並聯機器人機構。

背景技術：

少自由度並聯機構可以滿足空間物體的搬運操作，可被廣泛應用於微操作機械手以及機械裝配、現代物流、電子信息和食品醫藥等領域自動化生產線高速輕載搬運作業當中。

目前，常見的少自由並聯機構多為非正交機構，例如最常見的Delta並聯機器人機構和Stweart並聯機器人機構，以及根據它們的結構衍生發展出來的其他形式的並聯機構，這些並聯機構各運動支鏈間的運動耦合性都較強，導致其控制過程相對複雜。美國專利US6729202B2公開了一種正交三維平動一維轉動並聯機構，包括三條結構相同的支鏈，這三條支鏈共同限制動平臺的三維轉動，通過約束使得動平臺只具有三個平動自由度和一個受限制的轉動自由度。這種機構通過控制安裝在機架上的同步帶驅動各運動支鏈，最終實現對動平臺的平動或轉動的控制。

上述並聯機構為部分解耦的並聯機構，利用電機直接驅動同步帶的方式作為驅動裝置，增加了裝配難度，並且難以實現對動平臺的高精度控制。國內學者在正交並聯機構研究方面也取得了一些成果，如中國專利200610170999.X公開的一種「三平動正交解耦並聯微動平臺」，能夠克服部分上述缺陷，具有較高的剛度和解耦性能，但是還不能使並聯機構達到完全解耦的目的。

技術實現要素：

為解決上述問題，本實用新型提供了一種正交三自由度平移並聯機器人機構，以解決現有技術中的並聯機器人機構的解耦性不強，結構複雜的問題。

為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案：

一種正交三自由度平移並聯機器人機構，包括機座、兩個龍門架、動平臺以及布置在所述兩個龍門架、機座與動平臺之間的四條相互之間呈空間正交分布的支鏈；

所述支鏈由固定塊、第一從動臂、第二從動臂和關節組成，所述第一從動臂的一端與固定塊之間轉動連接，第一從動臂的另一端與第二從動臂之間通過關節轉動連接，支鏈一端通過固定塊安裝在兩個龍門架或機座上，支鏈另一端與動平臺鉸接；

所述機座由四條呈矩形框架式結構布置的型材組成，兩個龍門架結構相同，呈對稱布置固定在機座上，第一支鏈和第二支鏈分別連接在兩個龍門架頂梁上，第三支鏈連接在機座的一根型材上，該型材位於兩個龍門架之間，第四支鏈連接在一個龍門架的立柱上，第三支鏈和第四支鏈分別位於機座兩側；

支鏈與龍門架或機座連接的頂梁、立柱或型材上均安裝有導軌，導軌與其固定的頂梁、立柱或型材平行，導軌上安裝有滑塊及驅動滑塊沿著導軌移動的驅動單元，支鏈通過固定塊安裝在滑塊上。

進一步，所述龍門架由三條型材組成，分別固接於機座兩端的側壁上。

進一步，所述動平臺上設有安裝孔，四條支鏈通過銷或軸與動平臺連接。

進一步，兩個龍門架之間由一條型材連接。

進一步，所述驅動單元為直線滑臺結構。

本實用新型的正交三自由度平移並聯機器人機構，包括機座、兩個龍門架、動平臺以及布置在所述兩個龍門架、機座與動平臺之間的四條相互之間呈空間正交分布的支鏈；通過當驅動單元驅動不同支鏈移動，各直線模組的運動規律不同時，各個支鏈的運動會發生組合，最終形成動平臺的各種不同的運動形式，對驅動單元的運動規律進行設置和組合，最終實現動平臺能夠按照預設的運動軌跡精確運動。

本實用新型在某個方向的平動僅僅依賴於該方向上的驅動單元的動作，而其他方向上的驅動單元無需做有效動作的運動，故本實用新型屬於一種部分解耦的並聯機構。具有結構簡單，結構緊促、負載能力強、生產效率高、自動化程度高、重複誤差小、成本低、實用性強的特點。

附圖說明

圖1為本實用新型整體結構示意圖；

圖2為本實用新型中支鏈的示意圖；

圖中：機座(1)、第一龍門架(21)、第二龍門架(22)、動平臺(3)、驅動單元(4)、固定塊(5)、第一從動臂(6)、關節(7)、第二從動臂(8)。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對實用新型內容進行說明：

如圖1所示，本實用新型的正交三自由度平移並聯機器人機構，，包括機座1、第一龍門架21、第二龍門架22、動平臺3以及布置在所述龍門架、機座與動平臺之間的四條相互之間呈空間正交分布的支鏈組成。

如圖2所示，所述支鏈由固定塊5、第一從動臂6、第二從動臂8和關節7組成，所述第一從動臂6的一端與固定塊5之間轉動連接，第一從動臂6的另一端與第二從動臂8之間通過關節7轉動連接，支鏈一端通過固定塊5安裝在兩個龍門架或機座1上，支鏈另一端與動平臺3鉸接；

所述機座1由四條呈矩形框架式結構布置的型材組成，兩個龍門架結構相同，呈對稱布置固定在機座1上，第一支鏈和第二支鏈分別連接在兩個龍門架頂梁上，第三支鏈連接在機座1的一根型材上，該型材位於兩個龍門架之間，第四支鏈連接在一個龍門架的立柱上，第三支鏈和第四支鏈分別位於機座1兩側；

支鏈與龍門架或機座1連接的頂梁、立柱或型材上均安裝有導軌，導軌與其固定的頂梁、立柱或型材平行，導軌上安裝有滑塊及驅動滑塊沿著導軌移動的驅動單元4，支鏈通過固定塊安裝在滑塊上。

龍門架由三條型材組成，分別固接於機座1兩端的側壁上，動平臺3上設有安裝孔，四條支鏈通過銷或軸與動平臺3連接，兩個龍門架之間由一條型材連接；所述驅動單元4為直線滑臺結構。

現結合圖1對本實用新型的工作原理作以說明：

首先，先以X方向上的運動為例，當接收到同步的控制指令，兩個龍門架頂梁上的驅動單元4上的步進電機同時驅動滑塊帶動兩個支鏈沿X方向做同步平動實現動平臺3在X方向上的單向運動。

其次，以Y方向上的運動為例。當接收到控制指令，機座1型材上的驅動單元4的步進電機驅動滑塊，帶動第三支鏈沿Y方向做平動，帶動第一，第二支鏈實現繞平行於X軸線方向的擺動，實現動平臺3在Y方向上的單向運動。

然後，以Z方向上的運動為例，當接收到控制指令，龍門架立柱上的驅動單元4的步進電機驅動滑塊，帶動第四支鏈沿Z方向做平動，帶動第三支鏈實現繞Y軸線方向的擺動，實現動平臺3在Z方向上的單向運動。

通過以上三種運動形式的分析，可以得知本實用新型一種正交三自由度平移並聯機器人機構在某個方向的平動僅僅依賴於該方向上的驅動單元的動作，而其他方向上的驅動單元無需做有效動作的運動，故本實用新型屬於一種部分解耦的並聯機構。

本實用新型的技術方案不限於上述具體實施例的限制，凡是根據本實用新型的技術方案做出的技術變形，均落入本實用新型的保護範圍之內。