本实用新型专利技术公开了一种四自由度并联机构,包括定平台、动平台、第一支链和第二支链。该第一支链和第二支链分别与定平台和动平台连接从而形成一个空间并联闭环机构。第一支链和第二支链分别包括第一单元、第二单元和第一连接件,第一单元和第二单元通过第一连接件可转动地连接,其中,第一单元与第一连接件组成第一机构,第二单元与第一连接件组成第二机构,以及第一机构可活动地连接于定平台,第二机构可转动地连接于动平台,其中第一机构在第一平面内运动并具有两个平动自由度,第二机构在第二平面内运动并具有两个平动自由度,且第一平面与第二平面相互垂直。通过线性驱动第一机构运动,从而实现动平台的三个平动自由度和一个转动自由度。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及用于机器人领域的运动机构,具体涉及一种四自由度并联机构。
技术介绍
串联式SCARA机器人具有四个运动自由度,包括X、Y、Z方向的平动自由度和绕Z轴的转动自由度,广泛应用于搬取、装配、焊接等工业领域,但是其承载能力和动态性能较差,惯性较大,刚度和精度不高。并联机构是由多个支链构成的闭环机构,其独特的结构使得该类机构具有更高的动态响应性能,更容易实现高速高加速度运动。有人提出一种Delta三自由度空间平移并联机构,其具有运动速度快、定位精确、成本低、效率高等特点,广泛应用于加工、装配等操作中。有人将Delta机构简化为平面机构Diamond,但只有两个自由度,功能比较单一;某团队相继专利技术了四支链的H4、I4、Heli4及Par4等机构,其中具有四支链、双动平台的可实现SCARA运动的H4型并联机构成功实现商业化,典型的代表产品如Adept Quattro系列,但是该类并联机构结构复杂且运动学特性复杂;还有人提出一种可实现SCARA运动的四自由度单动平台并联机构,结构相对简化,但是工作空间有限,转角较小,并且存在多个球铰,加工难度大,精度难以保证。目前用于高速抓取作业的高速少自由度并联机构 以两自由度、三自由度居多,往往难以满足生产线的要求;而用于高速抓取作业的四自由度并联机构工作空间受限,结构较为复杂,奇异位形较多。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种四自由度并联机构,从而能够优化结构、改善工作空间、扩大转动范围、减少奇异位形和提高定位精度。为了解决上述已有机构存在的问题,根据本技术的一个方面,提供了一种四自由度并联机构,包括定平台、动平台、第一支链和第二支链,所述第一支链和第二支链分别与所述定平台和所述动平台连接从而形成一个空间并联闭环机构,所述第一支链和第二支链包括第一单元、第二单元和第一连接件,所述第一单元和所述第二单元通过所述第一连接件可转动地连接,其中,所述第一单元与所述第一连接件组成第一机构,所述第二单元与所述第一连接件组成第二机构,以及所述第一机构可活动地连接于所述定平台,所述第二机构可转动地连接于所述动平台,其中所述第一机构在第一平面内运动并具有两个平动自由度,所述第二机构在第二平面内运动并具有两个平动自由度,且所述第一平面与所述第二平面相互垂直,以及通过线性驱动所述第一机构在所述第一平面内运动,进而驱动所述第二机构在所述第二平面内运动,并进一步驱动所述动平台运动,从而实现所述动平台的三个平动自由度和一个转动自由度。较佳地,所述定平台包括两条分离导轨。较佳地,所述两条分离导轨相互平行。较佳地,所述第二单元包括至少两根连杆和第二连接件,所述两根连杆可分别转动地连接于所述第一连接件和所述第二连接件,所述第一单元和所述第二单元通过所述第一连接件可转动地连接,所述第二连接件与所述动平台可转动地连接。较佳地,所述第二机构包括两根连杆、第一连接件和第二连接件,且所述第一连接件、所述第二连接件和两根连杆形成平行四边形机构。较佳地,所述平行四边形机构含有4个转动副。 较佳地,所述定平台包括两条分离导轨,所述第一单元包括连杆和滑块,所述滑块安装于所述两条分离导轨上并能够在所述两条分离导轨上进行线性运动,所述第一单元的连杆的一端连接于所述滑块并能够在所述第一平面内相对于所述滑块转动,所述第一单元的连杆的另一端连接于所述第一连接件并能够在所述第一平面内相对于所述第一连接件转动。较佳地,所述第一单元包括至少三根连杆、第一滑块和第二滑块,所述三根连杆的其中两根的一端可转动地连接于所述第一滑块,所述三根连杆的其中两根的另一端可转动地连接于所述第一连接件,所述三根连杆的另外一根的一端可转动地连接于所述第二滑块,以及所述三根连杆的另外两根的另一端可转动地连接于所述第一连接件。较佳地,连接到所述第一滑块的两根连杆的转动副轴线不重合并垂直于所述第一平面,以及连接到所述第二滑块的连杆与连接到所述第一滑块的连杆中的一根通过共同的转动副连接于所述第一连接件。较佳地,所述三根连杆的每一根的两端均具有不同的转动副。较佳地,所述第一单元包括四根连杆、第一滑块和第二滑块,所述四根连杆的其中两根的一端可转动地连接于所述第一滑块,所述四根连杆的其中两根的另一端可转动地连接于所述第一连接件,所述四根连杆的另外两根的一端可转动地连接于所述第二滑块,以及所述四根连杆的另外两根的另一端可转动地连接于所述第一连接件。较佳地,连接到相同滑块的连杆具有不同的转动副轴线,连接到所述第一滑块的其中一根连杆与连接到所述第二滑块的其中一根连杆通过共同的转动副连接于所述第一连接件,以及连接到所述第一滑块的另一根连杆与连接到所述第二滑块的另一根连杆通过共同的转动副连接于所述第一连接件。较佳地,连接到所述第一滑块的两根连杆的转动副轴线重合并垂直于所述第一平面,以及连接到所述第二滑块的两根连杆的转动副轴线不重合并垂直于所述第一平面。较佳地,所述四根连杆的每一根的两端均具有不同的转动副。较佳地,所述第一单元与所述第一连接件组成两个平行四边形机构,且该两个平行四边形机构只能在所述第一平面内进行平面运动。较佳地,所述第一单元与所述第一连接件组成两个平行四边形机构,且其中一个平行四边形机构只能在所述第一平面内进行平面运动,以及另一个平行四边形机构只能在与第一平面垂直的平面内进行平面运动。较佳地,所述第一支链和第二支链分别含有13个运动副,所述13个运动副包括2个移动副和11个转动副。 较佳地,所述第一支链的第一单元包括三根连杆和两块滑块,以及所述第二支链的第一单元包括四根连杆和两块滑块。较佳地,所述第二单元包括两根连杆和第二连接件,所述第二单元的所述两根连杆可分别转动地连接于所述第一连接件和所述第二连接件,并可相对于所述第一连接件和所述第二连接件在所述第二平面内运动;所述第一单元包括四根连杆、第一滑块和第二滑块,其中,所述四根连杆的其中两根的一端可转动地连接于所述第一滑块上,所述四根连杆的其中两根的另一端可转动地连接于所述第一连接件上,以及所述四根连杆的另外两根的一端可转动地连接于所述第二滑块上,所述四根连杆的另外两根的另一端可转动地连接于所述第一连接件上。较佳地,所述定平台包括两条分离的第一导轨,所述第一单元包括纵向件,所述纵向件上设有第二导轨,以及所述纵向件安装于所述第一导轨上并能够在所述第一导轨上进行线性运动且仅仅具有一个平动自由度,所述第一连接件安装于所述第二导轨上并能够在所述第二导轨上进行线性运动且仅仅具有一个平动自由度,其中,所述第二导轨垂直于所述第一导轨。较佳地,所述两条分离导轨相互平行。本技术与现有技术相比具有如下突出优点:(1)该并联机构可采用线性驱动方式,如利用直线电机驱动、齿轮齿条传动驱动、十字滑台驱动、旋转伺服电机加滚珠丝杆驱动等;(2)该并联机构若采用直线电机驱动时,每条支链上的两台直线电机可共用一个定子,有利于降低成本和实现轻量化;(3)该并联机构结构简单,可实现沿导轨方向和垂直于导轨所在平面方向的快速响应,沿导轨方向的工作空间仅受导轨长度的限制,且机构转动角度大,因而有利于增大整个并联机构的工作空间;(4)该并联机构运动简单、奇异位形少、定位精度高、动态响应好,可广泛应用于自动化装配、物料拾取、分拣、包装本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种四自由度并联机构,其特征在于,包括定平台、动平台、第一支链和第二支链,所述第一支链和第二支链分别与所述定平台和所述动平台连接,从而形成一个空间并联闭环机构,所述第一支链和第二支链分别包括第一单元、第二单元和第一连接件,所述第一单元和所述第二单元通过所述第一连接件可转动地连接,其中,所述第一单元与所述第一连接件组成第一机构,所述第二单元与所述第一连接件组成第二机构,以及所述第一机构可活动地连接于所述定平台,所述第二机构可转动地连接于所述动平台,其中所述第一机构在第一平面内运动并具有两个平动自由度,所述第二机构在第二平面内运动并具有两个平动自由度,且所述第一平面与所述第二平面相互垂直,以及通过线性驱动所述第一机构在所述第一平面内运动,进而驱动所述第二机构在所述第二平面内运动,并进一步驱动所述动平台运动,从而实现所述动平台的三个平动自由度和一个转动自由度。
【技术特征摘要】
1.一种四自由度并联机构,其特征在于,包括定平台、动平台、第一支链和第二支链,所述第一支链和第二支链分别与所述定平台和所述动平台连接,从而形成一个空间并联闭环机构,所述第一支链和第二支链分别包括第一单元、第二单元和第一连接件,所述第一单元和所述第二单元通过所述第一连接件可转动地连接,其中,所述第一单元与所述第一连接件组成第一机构,所述第二单元与所述第一连接件组成第二机构,以及所述第一机构可活动地连接于所述定平台,所述第二机构可转动地连接于所述动平台,其中所述第一机构在第一平面内运动并具有两个平动自由度,所述第二机构在第二平面内运动并具有两个平动自由度,且所述第一平面与所述第二平面相互垂直,以及通过线性驱动所述第一机构在所述第一平面内运动,进而驱动所述第二机构在所述第二平面内运动,并进一步驱动所述动平台运动,从而实现所述动平台的三个平动自由度和一个转动自由度。2.根据权利要求1所述的四自由度并联机构,其特征在于,所述第二单元包括至少两根连杆和第二连接件,所述两根连杆可分别转动地连接于所述第一连接件和所述第二连接件,以及所述第二连接件与所述动平台可转动地连接。3.根据权利要求1-2任一项所述的四自由度并联机构,其特征在于,所述定平台包括两条分离导轨,所述第一单元包括连杆和滑块,所述滑块安装于所述两条分离导轨上并能够在所述两条分离导轨上进行线性运动,所述第一单元的连杆的一端连接于所述滑块并能够在所述第一平面内相对于所述滑块转动,所述第一单元的连杆的另一端连接于所述第一连接件并能够在所述第一平面内相对于所述第一连接件转动。4.根据权利要求3所述的四自由度并联机构,其特征在于,所述第一单元包括至少三根连杆、第一滑块和第二滑块,所述三根连杆其中一根的一端可转动地连接于所述第一滑块,所述三根连杆其中一根的另一端可转动地连接于所述第一连接件,所述三根连杆的另外两根的一端可转动地连接于所述第二滑
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【专利技术属性】
技术研发人员:杨桂林,吴存存,陈庆盈,张驰,金勤晓,
申请(专利权)人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所,
类型:新型
国别省市:浙江;33
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