[发明专利]二自由度平面并联机器人机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业机器人技术领域的机构，具体涉及一种二自由度平面并联机器人机构。

背景技术

目前广泛应用的机器人机构可以分为两大类：串联机器人机构和并联机器人机构。并联机器人机构是一种闭环机构，上下平台(固定平台与运动平台)通过两个或两个以上独立的运动支链相连，运动平台具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的机构，称为并联机构。并联机构的特点是所有的分支机构都能同时接受驱动器输入，而最终共同给出输出，并联机构在机构学上是多路闭环机构。在大规模集成电路制造行业存在需要机械手在一个平面内完成高速、高精度、高加速度运动的应用场合，如用于引线键合定位的二自由度运动平台，要求定位精度小于±2.5μm，加速度10-15G。传统的运动平台一般采用X-Y平台的结构形式，其X、Y运动方向正交并叠加在一起。由于运动平台采用串联叠加的结构形式，增大了下级驱动器的负载，造成了位置误差累积。

为了克服串联机构X-Y平台存在的不足，国内外许多人提出新型的平面并联机器人机构。平面并联机器人机构通常由3条独立的运动链和一个运动平台构成，按照驱动方式和铰链形式可以分为RPP、RRP、RRR、RPR、PPR、PRP、PRR七种可能的结构。与传统的串联机构相比较，平面并联机构具有惯量小、精度高、刚度大等优点，但是其运动学存在耦合关系，增加了运动学求解的复杂性、同时，机构工作空间相对较小，且存在奇异性的问题。当并联机构处于奇异性位置时，机构会失去或获得一个或多个自由度，铰链的内力激增，可能导致系统损坏，因此在系统设计和操作中应尽量避开奇异性位置。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利号：CN1589191A，名称：二自由度平面并联机器人机构，该专利公开了一种用于抓放式机器人的连杆机构，包括两个安装在基座上并分别通过两个分支机构铰接到动平台的可旋转的驱动装置。每个分支机构的中间各有一个双臂曲柄，曲柄的两臂分别连接到与基座相接的第一定位连杆和与动平台相接的第二定位连杆，通过驱动装置同向或反向的旋转转动来实现动平台的二自由度运动，并保持动平台的姿态不变。然而，在平面并联机构中采用旋转电动机难以消除转动轴承的回差、间隙、摩擦等对平台定位精度的影响，并限制了末端执行器加速度的提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种二自由度平面并联机器人机构，通过采用直线电机驱动，气浮导轨支撑，实现高速度、高加速度和高精度的二维平面定位与操纵。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：定平台、动平台、三个连杆机构和六个连接铰链，定平台通过连接铰链及三个连杆机构与动平台相连，构成闭环并联机构。定平台上具有两个平行布置可以实现高精度直线运动的驱动机构，动平台一端通过一个连杆机构和两个连接铰链连接直线驱动机构的移动副，另一端则通过两个相同的连杆机构和四个连接铰链连接另一个直线驱动机构的移动副，此两个连杆机构结构尺寸相同，由直线驱动机构通过连接铰链同步驱动，且这两个连杆机构在动平台与驱动机构移动副之间构成平行于定平台的平行四边形支链结构，以保持动平台在运动过程中只有平移运动，且始终与定平台平行，从而在提高垂直于动平台方向刚度的同时，屏蔽动平台的回转自由度，构成二自由度平面并联机器人机构。

所述直线运动的驱动机构，采用两台直线电机实现，两台直线电机定子平行地固定在定平台上，直线电机动子作为并联机构的移动副，机构的运动质量小，惯性小，由于直接驱动不存在中间传动装置，具有极高的驱动刚度和推重比，消除了传动环节的摩擦、回程间隙等非线性因素带来的影响，可获得较高的加速度和定位精度，有利于实现高精度的定位与操纵。

所述直线电机动子采用气浮导轨支撑，气浮导轨包括左气浮导轨和右气浮导轨，左气浮导轨与右气浮导轨平行放置，且都采用四面支撑的方式。

所述气浮导轨包括气浮导轨导尺、气浮导轨支座、上下气浮垫和左右气浮垫。气浮导轨导尺两端通过底座固定在定平台上，气浮导轨支座一端通过电机联接板连接直线电机动子，另一端则通过连接铰链连接连杆机构。气浮导轨支座采用中空结构，气浮导轨支座上下、前后四面采用气浮垫支撑，通过上气浮垫、下气浮垫、左气浮垫和右气浮垫支撑在气浮导轨导尺上。气浮导轨采用小孔节流的气体静压轴承，可在极高及极低速度下运动，运行平滑、精度高，低速无爬行，可有效地提高刚度，隔离振动。

所述动平台与直线电机动子通过连杆机构和连接铰链相连接，所有连接铰链均为转动铰链，且所有的转动铰链的回转轴线保持平行，并与定平台垂直。