一种三自由度并联机器人机构

1.一种三自由度并联机器人机构，其特征在于该机器人机构包括垂直驱动链(1)、水平驱动链(2)、机架(3)、末端执行机构(4)；所述的垂直驱动链(1)包括垂直运动驱动装置(5)、垂直运动主动臂(6)、垂直运动杆(7)、两个内球连接座套(8)、内球连接机构(9)、大端锥齿轮(10)、小端锥齿轮(11)、大端锥齿轮轴(12)、小端锥齿轮轴(13)、锥齿轮安装板(14)、径向力轴承(15)、锥齿轮轴盖(16)以及两个垂直运动杆接头(17)；所述的水平驱动链(2)包括平移驱动轴(18)、第一水平运动主动臂(19)、第一水平运动驱动装置(20)、第一水平运动传动齿轮(21)、第二水平运动主动臂(22)、第二水平运动驱动装置(23)、第二水平运动传动齿轮(24)、平移连杆(25)、平移杆(26)、第二水平运动主动臂接头(27)、连杆接头(28)、连杆接头螺栓(29)、平移杆接头(30)、平移杆接头轴(31)、平移杆接头轴套(32)、平移杆二级螺栓(33)、套筒(34)以及空心轴(35)；所述的末端执行机构(4)包括载台(36)、载台套(37)、弯头(38)、第一弯头轴(39)、第二弯头轴(40)、垂直运动轴(41)、法兰(42)以及转板(43)；所述的机架(3)包括底座(44)、电机座(45)、底座上盖(46)；所述的垂直驱动链(1)通过所述的锥齿轮安装板(14)固接在所述的电机座(45)上，所述的水平驱动链(2)安装在所述的电机座(45)上并与所述的底座上盖(46)通过轴承连接，所述的末端执行机构(4)的载台(36)通过平移杆二级螺栓(33)与所述的水平驱动链(2)的平移杆(26)连接，所述的末端执行机构(4)通过所述转板(43)与所述垂直运动杆接头(17)通过垂直运动轴(41)以转动副连接；所述的垂直运动主动臂(6)设置在所述的大端锥齿轮轴(12)一端并以锁紧螺母定位，所述的锥齿轮轴盖(16)与所述的垂直运动主动臂(6)固接；所述的两个内球连接座套(8)中的一个固接在所述的垂直运动主动臂(6)一端的孔内，所述的两个内球连接座套(8)中的另一个与所述的两个垂直运动杆接头(17)中的一个固接；所述的内球连接机构(9)两端分别与所述的两个内球连接座套(8)固接；所述的两个垂直运动杆接头(17)分别固接在所述垂直运动杆(7)的两端；所述的小端锥齿轮轴(13)固接在电机座(45)上；所述的小端锥齿轮(11)固定在所述的小端锥齿轮轴(13)上并与大端锥齿轮啮合实现传动；所述的锥齿轮安装板(14)固接在所述的电机座(45)上；
所述的大端锥齿轮(10)以键连接安装在所述的大端锥齿轮轴(12)上；所述的径向力轴承(15)安装在所述的大端锥齿轮轴(12)上；所述的垂直运动驱动装置(5)安装在所述的电机座(45)上，所述的垂直运动驱动装置(5)与所述的小端锥齿轮轴(13)以键连接，带动锥齿轮转动，从而驱动所述的垂直运动杆(7)上下运动；所述平移驱动轴(18)的一端与两个轴承以键连接，所述平移驱动轴(18)的另一端与所述的第一水平运动主动臂(19)连接并以锁紧螺母固定其位置；所述的第一水平运动传动齿轮(21)的大齿轮与所述 的平移驱动轴(18)通过键连接，所述的第一水平运动传动齿轮(21)的小齿轮与所述的第一水平运动驱动装置(20)通过键连接，从而带动所述的第一水平运动主动臂(19)的平面转动；所述的第二水平运动传动齿轮(24)的大齿轮与所述的平移驱动轴(18)通过两个轴承安装连接，所述的第二水平运动传动齿轮(24)的小齿轮与所述的第二水平运动驱动装置(23)通过键连接；所述的空心轴(35)与所述的第二水平运动传动齿轮(24)的大齿轮通过键连接；所述的第二水平运动主动臂(22)与所述的空心轴(35)通过键连接，从而带动所述的第二水平运动主动臂(22)的平面转动；所述的套筒(34)设置在所述的第一水平运动主动臂(19)与所述的第二水平运动主动臂(22)之间，所述的套筒(34)与所述的第一水平运动主动臂(19)通过轴承连接，所述的套筒(34)与所述的第二水平运动主动臂(22)过盈连接，所述的套筒(34)通过轴承安装在所述的平移驱动轴(18)上；所述的第一水平运动驱动装置(20)和所述的第二水平运动驱动装置(23)安装在所述的电机座(45)上；所述的平移杆接头(30)分别与所述的平移连杆(25)两端连接；所述的平移连杆(25)一端与所述的第一水平运动主动臂(19)通过所述的连杆接头螺栓(29)连接，所述平移连杆(25)的另一端与所述的平移杆(26)通过所述的平移杆接头轴(31)连接；所述的平移杆(26)一端与所述的平移杆接头(30)连接，所述平移杆(26)的另一端与所述的末端执行机构的载台(36)通过所述的平移杆二级螺栓(33)连接；所述的第二水平运动主动臂(22)通过所述的第二水平运动驱动臂接头(27)与所述的平移杆(26)连接，从而带动平移杆(26)平面运动；所述的载台(36)与所述的平移杆(26)一端连接；所述的第一弯头轴(39)一端与所述的转板(43)通过转动副连接，所述第一弯头轴(39)的另一端与所述的弯头(38)固接；所述的第二弯头轴(40)一端与所述的弯头(38)固接，所述的第二弯头轴(40)通过载台套(37)与所述的载台(36)连接；所述的法兰(42)连接在所述的第二弯头轴(40)的下端；所述的底座上盖(46)与所述的底座(44)固接；所述的电机座(45)固接在所述的机架(3)内部。

一种三自由度并联机器人机构\n技术领域：\n[0001] 本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种三自由度并联机器人机构。\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，因此采用多自由度空间并联机械手则显得没必要，或制造成本太高。本发明公开了一种实施例机构，该机构包括机架、末端执行机构和两个支链；；所述动末端执行机构通过所述的平移杆接头和所述的垂直运动杆接头与所述的平移杆和所述的垂直运动杆连接，实现平动和垂直运动；所述水平运动支链含有一个平行四边形结构，分别作为驱动杆组和从动杆组，各运动件之间完全采用转动铰链连接；所述机架的内部安装伺服电机，实现电机与外部工作环境的隔离，在很大程度上对电机设备起到保护作用。\n发明内容：\n[0003] 本发明针对现有三自由度机器人机构中存在的技术问题，提供一种三自由度并联机器人机构。\n[0004] 本发明所提供的一种三自由度并联机器人机构包括垂直驱动链1、水平驱动链2、机架3、末端执行机构4；所述的垂直驱动链1包括垂直运动驱动装置5、垂直运动主动臂6、垂直运动杆7、两个内球链接座套8、内球链接机构9、大端锥齿轮10、小端锥齿轮11、大端锥齿轮轴12、小端锥齿轮轴13、锥齿轮安装板14、径向力轴承15、锥齿轮轴盖16以及两个垂直运动杆接头17；所述的水平驱动链2包括平移驱动轴18、第一水平运动主动臂19、第一水平运动驱动装置20、第一水平运动传动齿轮21、第二水平运动主动臂22、第二水平运动驱动装置23、第二水平运动传动齿轮24、平移连杆25、平移杆26、第二水平运动主动臂接头\n27、连杆接头28、连杆接头螺栓29、平移杆接头30、平移杆接头轴31、平移杆接头轴套32、平移杆二级螺栓33、套筒34以及空心轴35；所述的末端执行机构4包括载台36、载台套37、弯头38、第一弯头轴39、第二弯头轴40、垂直运动轴41、法兰42以及转板43；所述的机架3包括底座44、电机座45、底座上盖46；所述的垂直驱动链1通过所述的锥齿轮安装板14固接在所述的电机座45上，所述的水平驱动链2安装在所述的电机座45上并与所述的底座上盖46通过轴承连接，所述的末端执行机构4的载台36通过平移杆二级螺栓33与所述的水平驱动链2的平移杆26连接，所述的末端执行机构4通过所述转板43与所述垂直运动杆接头17通过垂直运动轴41以转动副连接。\n[0005] 所述的垂直运动主动臂6设置在所述的大端锥齿轮轴12一端并以锁紧螺母定位，所述的锥齿轮轴盖16与所述的垂直运动主动臂6固接；所述的两个内球链接座套8中的一个固接在所述的垂直运动主动臂6一端的孔内，所述的两个内球链接座套8中的另一个与所述的两个垂直运动杆接头17中的一个固接；所述的内球链接机构9两端分别与所述的两个内球链接座套8固接；所述的两个垂直运动杆接头17分别固接在所述垂直运动杆7的两端；所述的小端锥齿轮轴13固接在电机座45上；所述的小端锥齿轮11固定在所述的小端锥齿轮轴13上并与大端锥齿轮啮合实现传动；所述的锥齿轮安装板14固接在所述的电机座45上；所述的大端锥齿轮10以键连接安装在所述的大端锥齿轮轴12上；所述的径向力轴承15安装在所述的大端锥齿轮轴12上；所述的垂直运动驱动装置5安装在所述的电机座45上，所述的垂直运动驱动装置5与所述的小端锥齿轮轴13以键连接，带动锥齿轮转动，从而驱动所述的垂直运动杆7上下运动。\n[0006] 所述的平移驱动轴18的一端与两个轴承以键连接，所述平移驱动轴18的另一端与所述的第一水平运动主动臂19连接并以锁紧螺母固定其位置；所述的第一水平运动传动齿轮21的大齿轮与所述的平移驱动轴18通过键连接，所述的第一水平运动传动齿轮21的小齿轮与所述的第一水平运动驱动装置20通过键连接，从而带动所述的第一水平运动主动臂19的平面转动；所述的第二水平运动传动齿轮24的大齿轮与所述的平移驱动轴18通过两个轴承安装连接，所述的第二水平运动传动齿轮24的小齿轮与所述的第二水平运动驱动装置23通过键连接；所述的空心轴35与所述的第二水平运动传动齿轮24的大齿轮通过键连接；所述的第二水平运动主动臂22与所述的空心轴35通过键连接，从而带动所述的第二水平运动主动臂22的平面转动；所述的套筒34设置在所述的第一水平运动主动臂\n19与所述的第二水平运动主动臂22之间，所述的套筒34与所述的第一水平运动主动臂19通过轴承连接，所述的套筒34与所述的第二水平运动主动臂22过盈连接，所述的套筒34通过轴承安装在所述的平移驱动轴18上；所述的第一水平运动驱动装置20和所述的第二水平运动驱动装置23安装在所述的电机座45上；所述的平移连杆接头30分别与所述的平移连杆25两端连接；所述的平移连杆25一端与所述的第一水平运动主动臂19通过所述的连杆接头螺栓29连接，所述平移连杆25的另一端与所述的平移杆26通过所述的平移杆接头轴31连接；所述的平移杆26一端与所述的平移杆接头30连接，所述平移杆26的另一端与所述的末端执行机构的载台36通过所述的平移杆二级螺栓33连接；所述的第二水平运动主动臂22通过所述的第二水平运动驱动臂接头27与所述的平移杆26连接，从而带动平移杆26平面运动。\n[0007] 所述的载台36与所述的平移杆26一端连接；所述的第一弯头轴39一端与所述的转板43通过转动副连接，所述第一弯头轴39的另一端与所述的弯头38固接；所述的第二弯头轴40一端与所述的弯头38固接，所述的第二弯头轴40通过载台套37与所述的载台\n36连接；所述的法兰42连接在所述的第二弯头轴40的下端。\n[0008] 所述的底座上盖46与所述的底座44固接；所述的电机座45固接在所述的机架3内部。\n[0009] 垂直运动主动臂6、第一水平运动主动臂19和第二水平运动主动臂22由各自的驱动装置提供动力，实现所述的末端执行机构4的平面和垂直运动。\n[0010] 本发明机器人机构的控制系统采用工业PLC控制系统，驱动装置采用交流伺服驱动系统。\n[0011] 本发明具有以下技术特点：\n[0012] 1、本发明的末端执行器的两平动一垂直运动自由度分别由不同的驱动支链驱动；\n[0013] 2、驱动采用伺服系统，动作精确，操作灵活。\n[0014] 3、本发明所提供的机器人机构，分别以不同驱动支链来实现末端执行器的二平动一垂直运动，有效提高了机构的灵活性，简化了并联机器人机构，同时较好地保持了机构的惯性小，高速度高加速度，高定位精度和重复定位精度的特点。\n附图说明:\n[0015] 图1 为本发明机构的结构示意图；\n[0016] 图2 为本发明机构中的垂直驱动链的结构示意图；\n[0017] 图3 为本发明机构中的水平驱动链的结构示意图；\n[0018] 图4 为本发明机构中的水平驱动链的平移驱动轴部剖面结构示意图；\n[0019] 图5 为本发明机构中的末端执行机构的结构示意图；\n[0020] 图6 为本发明机构中的机架局部剖面结构示意图。\n[0021] 图中：1：垂直驱动链；2：水平驱动链；3：机架；4：末端执行机构；5:垂直运动驱动装置；6:垂直运动主动臂；7:垂直运动杆；8:内球链接座套；9:内球链接机构；10:大端锥齿轮；11:小端锥齿轮；12:大端锥齿轮轴；13:小端锥齿轮轴；14:锥齿轮安装板；15:\n径向力轴承；16:锥齿轮轴盖；17:垂直运动杆接头；18:平移驱动轴；19:第一水平运动主动臂；20：第一水平运动驱动装置；21:第一水平运动传动齿轮；22：第二水平运动主动臂；\n23:第二水平运动驱动装置；24:第二水平运动传动齿轮；25:平移连杆；26:平移杆；27:\n第二水平运动主动臂接头；28连杆接头；29:连杆接头螺栓；30:平移杆接头；31:平移杆接头轴；32:平移杆接头轴套；33:平移杆二级螺栓；34:套筒；35:空心轴；36:载台；37:载台套；38：弯头；39：第一弯头轴；40：第二弯头轴；41：垂直运动轴；42：法兰；43:转板；44：\n底座；45：电机座；46：底座上盖。\n具体实施方式：\n[0022] 如图1所示，一种三自由度并联机器人机构包括垂直驱动链1、水平驱动链2、机架\n3、末端执行机构4。垂直驱动链1包括垂直运动主动臂6、垂直运动杆7、垂直运动驱动装置\n5、垂直运动传动装置和锥齿轮安装板14。水平驱动链2包括第一水平运动主动臂19、第二水平运动主动臂22、平移连杆25、平移杆26、第一水平运动驱动装置20、第一水平运动传动齿轮21、第二水平运动驱动装置23、第二水平运动传动齿轮24、平移驱动轴18、空心轴35。\n第一水平运动主动臂19安装在平移驱动轴18上端部分，以锁紧螺母进行位置固定。机架由底座44、电机座45、底座上盖46组成。末端执行机构4由载台36、弯头38、第一弯头轴\n39、第二弯头轴40、载台套37、垂直运动轴41、法兰42组成。垂直运动主动臂6、第一水平运动主动臂19和第二水平运动主动臂22由各自的驱动装置提供动力，实现所述的末端执行机构4的平面和垂直运动。\n[0023] 如图2所示，垂直驱动链1由垂直运动驱动装置5、垂直运动主动臂6、垂直运动杆\n7、两个内球链接座套8、内球链接机构9、大端锥齿轮10、小端锥齿轮11、大端锥齿轮轴12、小端锥齿轮轴13、锥齿轮安装板14、径向力轴承15、锥齿轮轴盖16和两个垂直运动杆接头\n17组成；垂直运动主动臂6安装在所述的大端锥齿轮轴12一端并以锁紧螺母定位；锥齿轮轴盖16与所述的垂直运动主动臂6固接；两个内球链接座套8中的一个固接在所述的垂直运动主动臂6一端的孔内，另一个与垂直运动杆接头17固接；内球链接机构9两端分别与两个内球链接座套8固接；两个垂直运动杆接头17分别固接在垂直运动杆7两端；小端锥齿轮轴13固接在电机座45上；小端锥齿轮11固定在小端锥齿轮轴13上并与大端锥齿轮啮合实现传动；大端锥齿轮安装座14固接在电机座45上；大端锥齿轮10以键连接安装在大端锥齿轮轴12上；径向力轴承15安装在大端锥齿轮轴12上，其外圈固接在锥齿轮安装板14孔内；垂直运动驱动装置5安装在电机座45上与小端锥齿轮轴13以键连接，带动锥齿轮转动，从而驱动垂直运动杆7上下运动。\n[0024] 如图3、图4所示，水平驱动链2包括平移驱动轴18、第一水平运动主动臂19、第一水平运动装置20、第一水平运动传动齿轮21、第二水平运动主动臂22、第二水平运动驱动装置23、第二水平运动传动齿轮24、平移连杆25、平移杆26、第二水平运动主动臂接头27、连杆接头28、连杆接头螺栓29、平移杆接头30、平移杆接头轴31、平移杆接头轴套32、平移杆二级螺栓33、套筒34、空心轴35。平移驱动轴18一端与两个轴承以键连接，另一端与第一水平运动主动臂19连接并以锁紧螺母固定其位置；第一水平运动传动齿轮21的大齿轮与平移驱动轴18通过键连接，第一水平运动传动齿轮21的小齿轮与第一水平运动驱动装置20通过键连接，从而带动第一水平运动主动臂19的平面转动；第二水平运动传动齿轮\n24的大齿轮与平移驱动轴18通过两个轴承安装连接，第二水平运动传动齿轮24的小齿轮与第二水平运动驱动装置23通过键连接；空心轴35与第二水平运动传动齿轮24的大齿轮通过键连接；第二水平运动主动臂22与空心轴35通过键连接，从而带动第二水平运动主动臂22的平面转动；套筒34在第一水平运动主动臂19与第二水平运动主动臂22之间，套筒\n34与第一水平运动主动臂19通过轴承连接，套筒34与第二水平运动主动臂22过盈连接并通过轴承安装在平移驱动轴18上；第一水平运动驱动装置20和第二水平运动驱动装置\n23安装在电机座45上；平移杆接头30分别与平移连杆25两端连接；平移连杆25一端与第一水平运动主动臂19通过连杆接头螺栓29连接，平移连杆25另一端与平移杆26通过平移杆接头轴31连接；平移杆26一端与平移杆接头30连接，另一端与末端执行机构的载台36通过平移杆二级螺栓33连接；第二水平运动主动臂22通过第二水平运动驱动臂接头\n27与平移杆26连接，从而带动平移杆26平面运动。\n[0025] 如图5所示，末端执行机构4由载台36、载台套37、弯头38、第一弯头轴39、第二弯头轴40、垂直运动轴41、法兰42和转板43组成。载台36与平移杆26一端连接；转板43与垂直运动杆接头17通过垂直运动轴41以转动副连接；第一弯头轴39一端与转板43以转动副连接，另一端与弯头38固接；第二弯头轴40一端与弯头38固接，并通过载台套37与载台36连接；法兰42连接在所述的第二弯头轴40的下端。\n[0026] 如图6所示，机架3由底座44、电机座45、底座上盖46组成。底座上盖46与底座\n44固接；电机座45固接在机架3内部。