[發明專利]具有相同支鏈結構的四自由度柱坐標并聯機器人

有效

• 申請號: 201910851498.5
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110576432B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 劉辛軍;孟齊志;謝福貴;汪勁松;呂春哲;宋阿麗
• 申請（專利權）人: 清華大學;煙臺清科嘉機器人聯合研究院有限公司
• 主分類號: B25J9/02
• 分類號: B25J9/02;B25J9/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 方芳

本發明公開了一種具有相同支鏈結構的四自由度柱坐標并聯機器人，柱平臺限定出YOZ參考面，兩個第一驅動裝置的第一轉軸、兩個第二驅動裝置的第二轉軸與Z軸平行且相對YOZ參考面對稱；第一轉軸和第二轉軸相應地與第一主動臂和第二主動臂連接；四個支鏈為平行四邊形復合鏈時，每一支鏈的兩個軸桿中的一個與Z軸平行并對應地固定連接動平臺上，且另一個與Z軸平行并對應地固定連接在第一主動臂或第二主動臂上；四個支鏈為單鏈時，每一支鏈的兩個十字軸中的一個第二軸與Z軸平行并對應地轉動連接在動平臺上，且另一個與Z軸平行并對應地轉動連接在第一主動臂或第二主動臂上。本發明并聯機器人可以實現平穩四自由度的控制要求，結構緊湊且運動靈活。

技術領域

本發明涉及并聯機器人領域，尤其涉及一種具有相同支鏈結構的四自由度柱坐標并聯機器人。

背景技術

塑料工業、電子產品工業、藥品工業和食品工業是我國國民工業體系中重要環節。為提高上述產業生產效率，各種產品的生產流水線被不斷開發使用。然而，我國目前所屬產業的輕型生產流水線貨品的包裝、分揀、組合和拆解任務仍大部分采用人工勞動，一方面導致人力生產成本居高不下，另一方面也不利于發揮出生產流水線的潛在生產效率。我國上述產業競爭力正在下降，產業自動化程度急需提高。引入工業機器人技術成為解決上述問題不可或缺的重要手段。

早期用于輕型生產流水線貨品的包裝、分揀、組合和拆解任務的工業機器人由串聯機構實現。串聯機構通過運動副依次連接而成，為開環結構，具有大的工業空間和高的靈活度，但其也具有明顯的缺點：各運動副誤差累積導致末端精度低、剛度低、慣性大、動力學性能不好。并聯機構是一種閉環結構，其動平臺部件通過至少兩個獨立的運動鏈與定平臺相連接。與串聯機構相比，并聯機構具有剛度高、精度高、動力學性能好、結構緊湊等優點。

基于并聯機構的優點，CLAVEL提出了由三條對稱支鏈構成的可實現三維平動的Delta并聯機構（US4976582），具有高速運動特征，在此構型的基礎上，ABB公司研發了“Flexpicker”并聯機器人并應用于食品包裝生產線中代替人工完成食品等的快速分揀操作；為進一步增加拾取動作的柔性和效率，PIERROT等提出了具有四條支鏈，雙動平臺部件特征的可實現SCARA運動的H4并聯機構（US2009019960和EP1084802）；隨后Adept公司成功將其商業化，典型代表有“Adept Quattrro”并聯機器人。

對于以上部分設計的優缺點，有文獻進行了點評，不足之處總結如下：

專利CN202592386指出專利US20090019960和EP1084802中H4機構動平臺部件的多個部件處于同一平面內，導致動平臺部件尺寸較大，不夠緊湊，且相鄰兩條支鏈驅動動平臺部件的一個部件，傳力效果不好，不利于提高機構效率；專利CN101863024、CN10261201指出專利US20090019960和EP1084802中動平臺部件尺寸較大，其上設置的放大機構增加了動平臺部件，驅動部件相當于平行四邊形的一組對邊，結構不緊湊，活動不靈活，受力不均勻，不利于提高機構效率；專利CN102229141指出專利US20090019960和EP1084802中動平臺部件受驅動的部件只有兩個，這兩個部件相當于平行四邊形的一組對邊，這樣的驅動方式不靈活，受力情況不均勻，不利于機構的順暢運行。

綜上，設計研發性能優異的四自由度高速并聯機器人仍是機器人領域關注的熱點問題，一款結構緊湊、運動靈活的四自由度高速并聯機器人必將具有廣闊的科研及應用前景。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種具有相同支鏈結構的四自由度柱坐標并聯機器人，實現四自由度運動，且結構簡單，運動靈活。

根據本發明實施例的具有相同支鏈結構的四自由度柱坐標并聯機器人，包括：

柱平臺，所述柱平臺限定出YOZ參考面，所述柱平臺的長度方向沿Z軸延伸；