一种四自由度并联分拣机器人

1.一种四自由度并联分拣机器人，其特征在于该机器人包括机架(5)、末端执行器(7)、第一支链(21)、第二支链(22)、同步带支链(23)以及驱动装置；所述第一支链(21)包括第一分支链、第二分支链以及连接杆(11)，所述第一分支链包括第一主动臂(15)、第一从动臂(14)，所述第二分支链包括第二主动臂(17)，所述连接杆(11)连接所述第一从动臂(14)以及所述第二主动臂(17)；所述第二支链(22)包括第三主动臂(2)、第三从动臂(4)和第三次级从动臂(6)，所述第三主动臂(2)、第三从动臂(4)以及第三次级从动臂(6)顺序连接；所述同步带支链(23)包括第一带轮(19)、第二带轮(20)、第三带轮(10)、第四带轮(8)、第一同步带(18)、第二同步带(13)以及第三同步带(9)，所述第一带轮(19)、第二带轮(20)、第三带轮(10)、第四带轮(8)顺序连接，所述第一同步带(18)连接所述第一带轮(19)与所述第二带轮(20)，所述第二同步带(13)连接所述第二带轮(20)与所述第三带轮(10)，所述第三同步带(9)连接所述第三带轮(10)与所述第四带轮(8)；所述驱动装置包括第一驱动装置(12)、第二驱动装置(16)、第三驱动装置(3)以及第四驱动装置(1)，所述第一驱动装置(12)与所述第二驱动装置(16)同心安装于所述机架(5)的同侧，所述第三驱动装置(3)与所述第四驱动装置(1)同心安装于所述机架(5)的同侧；所述末端执行器(7)为花键滚珠丝杠结构，所述末端执行器(7)包括丝杠、丝杠螺母(7-1)、丝杠花键(7-2)以及支架(7-4)，所述支架(7-4)与所述第一支链(21)中的所述连接杆(11)固连，所述丝杠花键(7-2)与所述第二支链(22)中的所述第三次级从动臂(6)固连，所述丝杠螺母(7-1)与所述同步带支链(23)中的所述第四带轮(8)固连；所述第一主动臂(15)与所述第二主动臂(17)同心安装，所述第三主动臂(2)与所述第一带轮(19)同心安装，所述第一主动臂(15)的长度等于所述第一从动臂(14)以及所述第二主动臂(17)在所述连接杆(11)上安装孔的中心距离，所述第一从动臂(14)的长度等于所述第二主动臂(17)的长度，所述第一支链(21)为平行四边形结构；所述第一带轮(19)与所述第四驱动装置(1)连接，所述第二带轮(20)与所述第二驱动装置(16)连接，所述第一主动臂(15)与第一驱动装置(12)连接；所述第二主动臂(17)与所述第二驱动装置(16)连接；所述第三主动臂(2)与所述第三驱动装置(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种四自由度并联分拣机器人，其特征在于所述驱动装置采用伺服电机－减速器结构。

一种四自由度并联分拣机器人\n技术领域：\n[0001] 本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种四自由度并联分拣机器人。\n背景技术：\n[0002] 轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装等作业往往需要末端执行器在空间中进行高速作业的机械手。一般工业机器人价格较高，设备贵重，结构不够精密，尺寸比较大，占用空间大，结构笨重，无法满足人们同时对功能性、小空间、轻型化、高精度等多方面的较高要求。目前分拣类的四自由度机器人大多属于SCARA类型或者DELTA类型。虽然能够满足工业要求，但是SCARA机器人结构相对笨重，DELTA机器人占用空间相对较大。为满足轻负载快速轻型化市场的需求，杆件传动和同步带传动是一个有相对较好的发展方向。适应基本工业分拣应用，对环境要求不高，更具有柔性。可以提高机器人的研发速度,降低成本,为机器人进一步设计提供了方向及理论依据。\n发明内容：\n[0003] 本发明的目的在于提供一种四自由度并联分拣机器人，该机器人更加轻便，便于搬运；且占空间小，在小操作范围内能够起到很好的分拣作用，适用于小型电子元件等类型的收集和装配工作。\n[0004] 本发明所提供的一种四自由度并联分拣机器人包括机架5、末端执行器7、第一支链21、第二支链22、同步带支链23以及驱动装置。\n[0005] 所述第一支链21包括第一分支链、第二分支链以及连接杆11，所述第一分支链包括第一主动臂15、第一从动臂14，所述第二分支链包括第二主动臂17，所述连接杆11连接所述第一从动臂14以及所述第二主动臂17。\n[0006] 所述第二支链22包括第三主动臂2、第三从动臂4和第三次级从动臂6，所述第三主动臂2、第三从动臂4以及第三次级从动臂6顺序连接。\n[0007] 所述同步带支链23包括第一带轮19、第二带轮20、第三带轮10、第四带轮8、第一同步带18、第二同步带13以及第三同步带9，所述第一带轮19、第二带轮20、第三带轮10、第四带轮8顺序连接，所述第一同步带18连接所述第一带轮19与所述第二带轮20，所述第二同步带13连接所述第二带轮20与所述第三带轮10，所述第三同步带9连接所述第三带轮10与所述第四带轮8。\n[0008] 所述驱动装置包括第一驱动装置12、第二驱动装置16、第三驱动装置3以及第四驱动装置1，所述第一驱动装置12与所述第二驱动装置16同心安装于所述机架5的同侧，所述第三驱动装置3与所述第四驱动装置1同心安装于所述机架5的同侧。\n[0009] 所述末端执行器7为花键滚珠丝杠结构，所述末端执行器7包括丝杠、丝杠螺母\n7-1、丝杠花键7-2以及支架7-4；所述支架7-4与所述第一支链21中的所述连接杆11固连，所述丝杠花键7-2与所述第二支链22中的所述第三次级从动臂6固连，所述丝杠螺母\n7-1与所述同步带支链23中的第四带轮8固连。\n[0010] 所述第一主动臂15与所述第二主动臂17同心安装，所述第三主动臂2与所述第一带轮19同心安装；所述第一主动臂15的长度等于所述第一从动臂14以及所述第二主动臂17在所述连接杆11上安装孔的中心距离，所述第一从动臂14的长度等于所述第二主动臂17的长度，所述第一支链21为平行四边形结构。\n[0011] 所述第一带轮19与所述第四驱动装置1连接，所述第二带轮20与所述第二驱动装置16连接，所述第一主动臂15与第一驱动装置12连接；所述第二主动臂17与所述第二驱动装置16连接；所述第三主动臂2与所述第三驱动装置3连接。\n[0012] 所述第一支链21中各个杆件之间均采用轴与轴承连接，各杆件相对于安装轴可绕轴自由转动，形成转动副；所述第三主动臂2与所述第三从动臂4采用轴承与轴连接，所述第三从动臂4与所述第三次级从动臂6采用轴承与轴连接；所述第一带轮19与第四驱动装置1通过键连接，第四驱动装置1的转动可以带动第一带轮19同步转动。\n[0013] 所述驱动装置采用伺服电机－减速器结构。\n[0014] 本发明采用平行四边形定理、混联支链结构以及杆件与同步带联合传动的方式限制末端执行机构的两个转动自由度，形成四自由度的小型分拣机器人。各支链分工明确，动作合理，适合一般分拣现场的使用和推广。\n[0015] 本发明具有以下技术特点：\n[0016] (1)本发明的末端执行器的四自由度由四个伺服电机驱动。\n[0017] (2)本发明将四个动力源通过三个传动支链输送到末端执行器上。\n[0018] (3)本发明安装拆卸简单，维护维修方便。\n[0019] (4)本发明由一个四边形结构和两个串联支链结构进行并联连接，实现沿X、Y、Z轴的三个平动自由度和一个绕Z轴的转动自由度。发明结构简单，占用空间小，工作面始终保持水平，可大量用于工业分拣等场合。\n附图说明：\n[0020] 图1是本发明一种四自由度并联分拣机器人的结构示意图；\n[0021] 图2是本发明机器人中的平行四边形杆件结构示意图；\n[0022] 图3是图1中无动力装置的俯视结构示意图；\n[0023] 图4是本发明机器人中机构末端执行器的结构示意图。\n[0024] 图中：1：第四驱动装置，2：第三主动臂，3：第三驱动装置，4：第三从动臂，5：机架，6：第三次级从动臂，7：末端执行器，7-1：丝杠螺母,7-2：丝杠花键，7-3：丝杠,7-4：支架，8：第四带轮，9：第三同步带，10：第三带轮，11：连接杆，12：第一驱动装置，13：第二同步带，14：第一从动臂，15：第一主动臂，16：第二驱动装置，17：第二主动臂，18：第一同步带，19：第一带轮，20：第二带轮，21：第一支链，22：第二支链，23：同步带支链。\n具体实施方式：\n[0025] 本发明所提供一种四自由度并联分拣机器人包括机架5、驱动装置、三条运动支链和末端执行器7。所述末端执行器7通过所述的运动支链与机架5形成闭环并联结构；所述运动支链包括第一支链21，第二支链22，同步带支链23，所述的第一支链21包含第一分支链和第二分支链；所述的第一支链21作为末端执行器7的动平台，为其提供X、Y方向的两个平面自由度；所述的第二支链22为末端执行器7提供绕Z轴的转动自由度；所述的同步带支链23通过同步带传导扭矩到末端执行器7，为其提供Z方向的平面自由度；所述的末端执行器7分别由丝杠7-3、丝杠螺母7-1、丝杠花键7-2和支架7-4组成。\n[0026] 见图1，所述的第一支链21通过螺栓连接末端执行器7中的支架7-4结构，第二支链22通过螺栓连接末端执行器7中的丝杠花键7-2，同步带支链23的末端带轮与末端执行器7中的丝杠螺母7-1通过螺栓固连，所述第一支链21包括第一分支链、第二分支链和连接杆11，所述第一分支链包括第一主动臂15和第一从动臂14，所述第二分支链包括第二主动臂17，所述连接杆11连接第一分支链中的第一从动臂14和第二分支链中的第二主动臂\n17构成第一支链21，所述第二支链22包括第三主动臂2、第三从动臂4和第三次级从动臂\n6，所述同步带支链23包括四个同步带轮和三条同步带(第一带轮19、第二带轮20、第三带轮10和第四带轮8；第一同步带18，第二同步带13和第三同步带9)，第一分支链中的第一主动臂15和第二分支链中的第二主动臂17同心安装，第二支链22中的第三主动臂2和同步带支链23中的第一带轮19同心安装。所述的第一支链21和第二支链22分别由主动臂与固定于所述机架5上的驱动装置连接，所述的同步带支链23中第一带轮19与固定于所述机架5上的驱动装置连接，所述第一支链21的连接杆11和第二支链22的第三次级从动臂6分别与末端执行器7直接连接，同步带支链23通过同步带将第四驱动装置1的扭矩传递至第四带轮8，第四带轮8与丝杠螺母7-1通过螺栓固连。第四驱动装置1能驱动末端执行器7(花键滚珠丝杠)上下运动，提供Z轴自由度。所述的第一主动臂15的长度等于第一从动臂14和第二主动臂17在连接杆11上安装孔的中心距离，所述的第一从动臂14的长度等于第二主动臂17的长度，由此第一支链21形成一个平行四边形的平面机构。所述的第一支链21中各个杆件之间均采用轴与轴承连接，各杆件相对于安装轴可绕轴自由转动，形成转动副。所述的第三主动臂2与第三驱动装置3通过键连接，轴向固定。所述的第三主动臂2与第三从动臂4采用轴承与轴连接，所述的第三从动臂4与第三次级从动臂6采用轴承与轴连接。所述的第一带轮19与第四驱动装置1通过键连接，第四驱动装置1的转动可以带动第一带轮19同步转动。所述的第二带轮20安装在第二驱动装置16轴上的无键槽部分，通过轴承连接，二者之间形成转动副。同样的，第三带轮10通过轴承安装在连接杆11和第二主动臂17的安装轴上。所述的末端执行器7是一个花键滚珠丝杠结构，所述的花键滚珠丝杠包括丝杠7-3、丝杠螺母7-1，丝杠花键7-2，支架7-4。所述支架7-4固连于第一支链21连接杆11上，丝杠花键7-2固连于第三次级从动臂6上，丝杠螺母7-1与第四带轮8固连。\n[0027] 见图2，所述的第一支链21的由第一分支链和第二分支链组成，所述第一分支链由第一驱动装置12、第一主动臂15、第一从动臂14构成；所述第二分支链由第二驱动装置\n16、第二主动臂17构成；所述第一主动臂15的杆长(见图3中的直线段P)等于连接杆11上两个安装孔的长度(见图3中的直线段Q)；所述的第一从动臂14的杆长(见图3中的直线段N)等于第二主动臂17的杆长(见图3中的直线段M)；所述第一支链21中的第一主动臂15和第二主动臂17相对于机架5在同一侧，且同心设置；所述第一主动臂15、第二主动臂17、连接杆11和第一从动臂14构成平行四边形结构。\n[0028] 见图3，所述的第二支链22由第三主动臂2、第三从动臂4和第三次级从动臂6构成，第三次级从动臂6与末端执行器7上的丝杠花键7-2连接。所述的同步带支链23由四个带轮和三条同步带组成，第四带轮8固定在末端执行器7的丝杠螺母7-1上。\n[0029] 见图4，所述的末端执行器7由丝杠7-3，支架7-4，丝杠螺母7-1，丝杠花键7-2构成。\n[0030] 见图1和图3，所述的第一驱动装置12驱动第一主动臂15转动，第一主动臂15的转动带动第一从动臂14做转动，所述的第二驱动装置16驱动第二主动臂17转动。由平行四边形定理易知，第一从动臂14和第二主动臂17的运动驱动连接杆11做平面运动，连接杆11与第一主动臂15始终平行。所述的末端执行器7安装于连接杆11远离第一从动臂\n14的末端，连接杆11的平动带动末端执行器7的平动，使得末端执行器7获得X、Y两个方向的平面自由度。所述的第三驱动装置3带动第二支链22中的第三主动臂2做转动，第三主动臂2与第三从动臂4通过轴承连接，第三从动臂4的转动由第三主动臂2带动，第三次级从动臂6与第三从动臂4通过轴承连接，第三次级从动臂6的转动由第三从动臂4带动。\n第三次级从动臂6与末端执行器7上的丝杠花键7-2螺栓连接，其转动带动丝杠花键7-2转动，使得末端执行器7获得绕Z轴的转动自由度。所述的第四驱动装置1与第一带轮19通过平键连接，周向固定，作为带动其他带轮的原始驱动力。第二带轮20通过轴承安装在第二驱动装置16的轴上，周向不固定。第三带轮10通过轴承安装在连接杆11和第二主动臂\n17的安装轴上，第四带轮8与丝杠螺母7-1固连。第一同步带18将第一带轮19的转矩传递到第二带轮20上，第二同步带13将第二带轮20的转矩传递到第三带轮10上，第三同步带9将第三带轮10的转矩传递到第四带轮8上，第四带轮8与丝杠螺母7-1固连。由此，第四驱动装置1间接控制丝杠螺母7-1，所述的末端执行器7获得丝杠7-3在Z轴向移动自由度。综上可知，四个驱动装置通过三条支链给末端执行器7提供了三个转动自由度和一个平动自由度，形成四自由度并联机器人。