[实用新型]一种三维平动和一维转动的高速并联机器人

说明书

技术领域

本实用新型属于工业用机器人技术领域，涉及一种三维平动和一维转动的高速并联机器人，主要是指在电子、食品及医药等领域的生产中可实现对产品的高速拾取和分级放置。 

背景技术

随着电子、食品、医药等领域产品对生产效率和质量要求的不断提高，也就对产品生产线上的自动化传输设备提出了更高的要求。四自由度高速并联机器人是自动化传输设备的一种重要形式，它能在不同生产线间对产品高速、平稳、洁净的拾取和分级放置。这种机器人需要三个平动自由度以实现产品在空间的传输，同时还应具有一个旋转自由度以实现对不同姿态产品的拾取。. 

在现有技术中，对自动拾取设备，特别是具有四自由度的快速拾取机器人的研究相对较少。美国专利US4976582公开了一种空间轴对称三平动并联机构，该机构包括三条支链，每条支链包括上臂和下臂两部分。此类机构下臂的形式分为两种，一种为单杆形式，杆的两端通过虎克铰分别于上臂和动平台连接；一种为双杆构成的平行四边形，每根杆两端通过球铰分别于上臂和动平台连接，其中上臂一端相对于固定机架仅具有一个移动或转动自由度，另一端通过球铰与下臂的一端连接，从而限制动平台相对于固定平台的三个回转自由度。采用这种构型的机构只具有空间平动的三个自由度，不能实现拾取角度的旋转。

欧洲专利1084802公布了一种并联四自由度机器人，该机器人包括四条支链，每条支链由伺服电机、上臂和下臂组成。支链上臂连接伺服电机的输出机构，伺服电机安装在固定平台上；支链下臂为双杆构成的平行四边形，每根杆两端通过球铰与上臂和动平台连接；动平台由三杆组成，其中两杆通过球铰与支链下臂连接且相互平行，第三杆在两杆之间将两杆连接，用于安装拾取装置，该动平台具有一个旋转自由度。由于该机器人动平台的特殊设计，使支链和电机的非对称安装，导致机器人支链之间受力不均匀，对机器人的高速运动和稳定性有一定的影响。

发明内容

针对上述已有技术的不足，本实用新型提供了一种四自由度高速并联机器人，该机器人具有三维平动和一维转动四个自由度，能够实现对产品的快速拾取和分级放置，并且可与视觉系统相结合，调整动平台的旋转角度，实现对不同姿态产品的拾取；该机器人具有高速、高加速度运动能力，同时还有刚性好、受力均匀、定位精度高等特点。 

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下： 

本实用新型所述的一种三维平动和一维转动的高速并联机器人，包括机器人机械本体结构、控制系统和视觉系统。通过控制系统和视觉系统的结合，控制机器人的机械本体结构达到所需的运动动作。

所述机器人机械本体结构包括固定平台、驱动机构、支链和动平台。固定平台用于安装固定整台机器人，使机器人具有一个平稳的工作环境；驱动机构带动支链和动平台实现四自由度运动；四条支链结构相同且轴对称均匀布置，支链上端连接驱动机构，末端连接动平台，实现动作的传递过程；动平台通过四条支链间的耦合运动具有三维移动和一维转动四个自由度，动平台带动末端执行器在运动空间内实现四个自由度的运动，其中，三维平动与实际运动同步，一维转动需经过放大机构放大可达到实际需求的旋转角度。本实用新型的一种三维平动和一维转动的高速并联机器人的四个自由度可实现对产品的高速、平稳的抓取和分级放置。

固定平台，其上设有安装孔，用于并联机器人的安装和电机支撑架的定位连接；固定平台上有四个电机支撑架，四个电机支撑架在固定平台轴对称安装，其上安装有带限位块的上下限位支撑板以及带限位开关的传感器安装架；

驱动机构包括大扭矩伺服电机和精密减速器，所述精密减速器采用法兰轴式。

支链包括主动臂、球关节、从动臂、从动臂拉簧、球关节连接件、从动臂连接销和销端螺母；四条支链结构相同且轴对称均匀布置，其中，主动臂上端连接驱动机构的精密减速器输出法兰，另一端通过两个球关节分别连接两个相互平行的从动臂，从动臂两端带有球关节连接件，与球关节之间通过从动臂连接销和销端螺母固定连接，相对应的销端螺母上挂有从动臂拉簧。所述支链主动臂采用工字型结构；所述从动臂采用管型结构，材料为碳纤维。

动平台平行四边形机构由动平台连接板、动平台支架、旋转关节、轴承座支架、带轮连接架和末端执行器放大机构；两个动平台连接板相互平行，并且分别连接相对应的支链从动臂下端的球关节；两个相互平行的动平台支架通过旋转关节与两个相互平行的动平台连接板连接组成动平台平行四边形结构；所述旋转关节通过密封角接触轴承安装连接。