[發明專利]一種可實現重力自平衡的高剛度混聯機器人

有效

• 申請號: 201410848748.7
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104526684A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 黃田;董成林;劉祺;汪滿新
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種混聯機器人。特別是涉及一種可實現重力自平衡的高剛度混聯機器人。

背景技術

現有專利CN1212221C所公開的一種四自由度混聯機器人，由兩自由度平面并聯機構、與之串聯的兩轉動自由度轉頭、以及安裝在轉頭上的末端執行器構成。其中，兩自由度并聯機構包括固定架、動平臺以及在固定架和動平臺之間的兩可控伸縮桿、中間一條導向桿。所述導向桿與動平臺固結，其軸線與兩條可控伸縮桿軸線共面。

如果要求該機器人的運動平面為水平時，其不足變顯現出來：該四自由度模塊在與其運動平面正交方向僅能提供約束剛度，故為了承擔末端執行器重量和末端載荷，減小因重力作用引起的末端變形，需采用具有較大抗彎截面模量的導向桿，這勢必增加模塊重量。此外，此機器人由于動平臺與兩可控伸縮桿連接的餃鏈為三自由度餃鏈，其不足是：機構的整體剛度低，負載能力差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種不產生附加反力且具有四自由度的可實現重力自平衡的高剛度混聯機器人。

本發明所采用的技術方案是：一種可實現重力自平衡的高剛度混聯機器人，包括有動平臺，能夠旋轉的連接在動平臺一側的定位頭，以及位于動平臺另一側的固定架，還設置第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈、第四支鏈和第五支鏈，其中，所述的第一支鏈能夠水平旋轉的貫穿所述固定架中部的貫通孔，末端與位于固定架一側的動平臺固定連接，頂端位于固定架的另一側，所述第二支鏈和第三支鏈分別能夠水平旋轉的貫穿位于固定架中部貫通孔兩側的側貫通孔，且對稱的設置在所述第一支鏈的左右兩側，末端對稱的鉸接在所述動平臺的左右兩側，頂端位于固定架的另一側，所述第四支鏈和第五支鏈對稱的設置在所述第一支鏈上下兩側，末端對稱的鉸接在所述動平臺的上下兩側，頂端對稱的鉸接在所述固定架靠近動平臺一側面的上下兩側。

所述的第一支鏈，包括有套框和能夠前后移動的貫穿在套框內的滑桿，所述的套框外側的上下兩端對稱的各設置有一個第一旋轉半軸，所述上下兩端的第一旋轉半軸分別能夠旋轉的嵌入在所述固定架中部的貫通孔內的上下兩側，所述套框內側的上下兩端沿軸向對稱的各形成有一條導軌槽，所述滑桿通過分別形成在上下兩端的能夠對應的嵌入在所述套框內側的兩個導軌槽內的導軌而貫穿的且能夠前后移動的嵌入在所述的套框內，所述滑桿的末端與位于固定架一側的動平臺固定連接，所述的滑桿的另一端位于固定架的另一側。

所述的第二支鏈和第三支鏈結構完全相同，均包括有：長度調節裝置，能夠旋轉地連接在長度調節裝置末端的T形鉸，連接在長度調節裝置頂端的驅動裝置，所述的長度調節裝置上沿徑向上下對稱的各設置有一個第二旋轉半軸，兩個第二旋轉半軸分別能夠旋轉的嵌入在所述固定架的側貫通孔內的上下兩側，所述第二支鏈和第三支鏈末端的T形鉸分別對稱的鉸接在所述動平臺的左右兩側。

所述的長度調節裝置包括有外調節桿和通過滑鍵滑動的嵌入在所述外調節桿內的內調節桿，所述的T形鉸能夠旋轉地連接在內調節桿的末端，所述驅動裝置連接在外調節桿的頂端，所述上下對稱的兩個第二旋轉半軸分別對稱的設置在外調節桿的外側壁上。

所述的T形鉸和內調節桿之間的轉動軸線與T形鉸和動平臺之間的轉動軸線相垂直。

所述的第四支鏈和第五支鏈結構完全相同，均包括有氣壓缸/液壓缸，所述氣壓缸/液壓缸的活塞桿端部連接有虎克鉸，所述氣壓缸/液壓缸的底座連接有球鉸鏈，所述第四支鏈和第五支鏈的虎克鉸分別與所述動平臺的上下兩側鉸接，所述的第四支鏈和第五支鏈的球鉸鏈分別鉸接所述固定架靠近動平臺一側面的上下兩側。

所述的球鉸鏈采用能夠實現繞自身的三條軸線旋轉的軸線垂直相交的三個單自由度轉動鉸鏈組合式結構或采用球軸承結構。

所述的虎克鉸采用能夠實現繞自身軸線旋轉的軸線垂直相交的兩個單自由度轉動鉸鏈組合式結構。

連接第一支鏈上的第一旋轉半軸和固定架的轉動軸線、連接第二支鏈上的第二旋轉半軸和固定架6的轉動軸線以及連接第三支鏈上的第二旋轉半軸和固定架的轉動軸線這三條軸線共面。

所述的定位頭是具有兩個自由度的串聯轉頭。

本發明的一種可實現重力自平衡的高剛度混聯機器人，是一種可實現重力自平衡且不產生附加反力的四自由度高剛度混聯機器人。具有如下優點和積極效果：

(1)本機構固定架、動平臺等零部件的加工及安裝表面均在水平或豎直方向，制造工藝性能好，可降低制造成本。

(2)本機構為過約束機構，具有優良的剛度，而第二支鏈和第三支鏈均設有繞自身軸線旋轉的自由度，可保障良好的裝配工藝性。