[发明专利]基于平面并联机构具有冗余驱动的混联机器人

说明书

技术领域

本发明属于工业机器人领域，特别涉及一种混联机器人。

背景技术

在工业机器人应用领域，基于并联机构的机器人可以应用在焊接、喷漆、搬运、汽车装配、石材雕刻等领域，具有良好的应用前景。

机器人技术的发展已成为现代工业制造的标志，其中基于并联机构的机器人是近几十年的新型分支，平面并联机构与传统串联机构相比，具有刚度大、精度高、速度高、动态性能好等特点；与空间并联机构相比，具有结构简单、制造成本低、控制容易等优点，已成为机器人和机构领域研究的热点之一。公开号为CN104057442A、CN104526684A的中国专利公开的基于空间并联机构提出的混联机器人，其空间结构模型复杂；公开号为CN103101050B的中国专利，公开了一种新型平面两自由度冗余驱动并联移动平台、公开号为CN103101049B的中国专利公开了一种具有新型冗余驱动支链的三自由度平面并联机构，其均为平面机构，可实现平面内的运动。目前，瑞典Exechon公司开发的LINKS-EXE700型新一代五轴加工中心，以及天津大学开发的TriVariant五自由度混联机器人，平面并联结构5R、3PRR及3RRR等已受到很多学者的关注，并展开了广泛且深入的研究；然而空间混联机器人结构复杂、成本高，平面并联机构自由度数少、存在奇异点等缺点限制了其应用范围；自由度的欠缺使得机器人无法完成复杂曲面的加工，机构奇异使得机器人整体刚度降低，甚至使机器人失控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、动力学建模容易、易于控制、模块化程度高、能够有效的避免奇异位型、增大整体刚度的基于平面并联机构具有冗余驱动的混联机器人。

本发明主要包括固定平台、可移动平台、可摆动工作台、两个立柱、横梁、四条支链、动平台和主轴头，其中，在固定平台上面两侧各设有一面开口相对的箱体型立柱，这两个立柱的上端设有连接这两个立柱的横梁，在与立柱相对应的横梁两侧分别设有电机座，两个为一组的伺服电机分别固定在电机座上，在每个立柱的箱体内，每台伺服电机的输出端分别通过联轴器与四个丝杠的一端相连，在丝杠靠近联轴器一端均设有固定在立柱上的丝杠上支撑座，在丝杠的另一端均设有固定在立柱上的丝杠下支撑座，每个立柱上的两个丝杠固定在丝杠上支撑座和下支撑座上，每个丝杠上均设有丝杠螺母，两个小滑块分别固定在靠动平台一侧的丝杠的螺母上，两个大滑块分别固定在另一个丝杠的螺母上，该大滑块的一侧均设有通孔，上述靠动平台一侧的丝杠穿过上述通孔，大滑块和小滑块的两侧均设有对称分布的导轨槽，该导轨槽与固定在上述立柱内壁上的导轨相配合。

所述四条支链结构相同，第一支链和第四支链的一端通过转动副分别与上述左右丝杠上的小滑块连接，第二支链和第三支链的一端通过转动副分别与上述左右丝杠上的大滑块连接，第一支链和第二支链的另一端通过转动副与动平台的一端连接，第三支链和第四支链的另一端通过转动副与动平台的另一端连接，在动平台上设有主轴头。所述的第一支链和第二支链中与动平台连接的转动副轴线重合，第一支链位于过该重合转动副轴线水平面的上方，第二支链位于过该重合转动副轴线水平面的下方。所述的第三支链和第四支链中与动平台连接的转动副轴线重合，第四支链位于过该重合转动副轴线水平面的上方，第三支链位于过该重合转动副轴线水平面的下方。

在固定平台的中间的一端设有电机座，可移动平台伺服电机固定在电机座上，在固定平台中间设有与可移动平台伺服电机同轴的贯通固定平台的凹槽，在该凹槽内，可移动平台伺服电机的输出端通过联轴器与移动平台丝杠的一端连接，在移动平台丝杠的两端设有固定在固定平台上的移动平台丝杠上支撑座和移动平台丝杠下支撑座，通过上支撑座和下支撑座固定丝杠，该移动平台丝杠上设有丝杠螺母，该丝杠螺母固定在可移动平台底部；在上述凹槽两侧的固定平台上沿凹槽方向分别设有移动平台导轨，固定在可移动平台底部两端的移动平台导轨槽分别与可移动平台导轨相配合。

在可移动平台平面上两侧沿可移动平台导轨方向分别设有一个支耳，该支耳与设在可摆动工作台底部两侧的支耳通过销轴连接，在一侧的可移动平台的支耳和可摆动工作台的支耳之间设有固定在可摆动工作台底部的大齿轮，大齿轮旋转轴线与可摆动工作台转动副(销轴)轴线重合，可摆动工作台伺服电机固定在可移动平台上，可摆动工作台伺服电机的输出端穿过可移动平台的支耳与小齿轮相连，该小齿轮与上述大齿轮相啮合。

本发明的四条支链还有第二种结构和连接方式：