[发明专利]四自由度工业机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业机器人领域，特别是涉及一种三维移动一维转动四自由度工业机器人。

背景技术

早期的工业机器人通常采用串联结构，即以串联机构为其机构原形，一般由基座、腰部(或肩部)、大臂、小臂、腕部和手部构成，各部分以串联方式联接，驱动电机大部分都安装在运动着的大臂和小臂上，主要存在结构复杂、刚度低、惯性大等不足。为了克服这些不足，人们又把注意力转向了以并联机构为原形的并联结构机器人，这种机器人通常由基座、运动平台和以并联方式连接两者的多条运动支链组成，其所有驱动电机都可以安装在基座上或基座附近，使它与串联结构的机器人相比具有一些独特的性能，如刚度大、对称性好、结构紧凑和动力学性能好等。斯帝瓦特(Stewart)平台是最典型的六自由度并联机器人，这种机器人由运动平台和基座和连接两者的六条可伸缩运动支链组成，通过六个运动支链的伸缩运动使运动平台实现任意位置与姿态的六维空间运动，该种机器人亦即具有六个自由度。但是，现代生产中的许多实际操作并联机器人只需要具有部分自由度，这类并联机器人相对六自由度并联机器人称为少自由度并联机器人，如分别具有二、三、四和五自由度的并联机器人。在少自由度并联机器人中，四自由度并联机器人并不多见，特别是具有三维移动和一维转动的且具有实用性的四自由度机器人则更不多见。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有三维移动和一维转动的四自由度工业机器人，该机器人具有结构简单、工作空间大、精度高、承载能力强和工艺性好等优点，可应用于汽车、电子、核工业、航空航天等现代工业领域。

本发明所采用的技术方案是：在基座与运动平台之间采用四条结构相同的运动支链相联，构成并联闭环结构。在所述运动支链中，四根连杆通过四个转动副相联组成平行四边形机构，由滚珠丝杠螺母副、滑台、AC伺服电机、联轴器、滑台座等组成直线移动驱动单元；平行四边形机构中的一对连杆分别通过转动副与垂直安装在运动平台上的转轴和直线移动驱动单元的滑台相连。工具或夹具安装在运动平台上，所述直线移动驱动单元的滑台座固连在基座上。通过四个直线移动驱动单元的AC伺服电机分别驱动对应的滚珠丝杠带动滑台的运动，可实现运动平台的三维移动和一维转动。

本发明的有益效果是：本发明具有机器人运动学算法简单、工作空间大、精度高、承载能力强和工艺性好等优点，并且还具有明确运动特性，即三维移动和一维转动。本发明在现代工业领域需要三维移动和一维转动的作业中有广泛的应用前景。

附图说明

图1为四自由度工业机器人的结构图；

图2为机器人运动支链的结构图。

在图1、图2中，1.基座，2、3、6、7.运动支链，4.运动平台，5.工具或夹具，8.滚珠丝杠螺母副，9.第一连杆，10.第二连杆，13.第三连杆，14.第四连杆，11.转轴，12.第一转动副，15.第二转动副，16.滑台，17.AC伺服电机，18.联轴器，19.滑台座。

具体实施方式

图1是本发明公开的一个实施例，这种四自由度工业机器人主要包括基座1、运动平台4、四条结构相同的运动支链(2、3、6、7)和工具或夹具5等部分。在所述结构相同的运动支链(2、3、6、7)中，第一连杆9、第二连杆10、第三连杆13和第四连杆14分别由四个转动副相联组成平行四边形机构；滚珠丝杠螺母副8、滑台16、AC伺服电机17、联轴器18、滑台座19等组成直线移动驱动单元；第二连杆10通过第一转动副12与垂直安装在运动平台4上的转轴11相连，第四连杆14通过第二转动副15与直线移动驱动单元的滑台16相联；滚珠丝杠螺母副8的螺母与滑台16固联，

滚珠丝杠螺母副8的滚珠丝杠通过转动副与滑台座19相联，AC伺服电机17安装在滑台座19上，滚珠丝杠螺母副8的滚珠丝杠通过联轴器18与AC伺服电机17的输出轴相连，工具或夹具5安装在运动平台4上。四个直线移动驱动单元安装在基座1上并呈交叉布置，并且，安装在基座1上的滚珠丝杠螺母副8的滚珠丝杠通过转动副与滑台座19相联，AC伺服电机17安装在滑台座19上，滚珠丝杠螺母副8的滚珠丝杠通过联轴器18与AC伺服电机17的输出轴相连，工具或夹具5安装在运动平台4上。四个直线移动驱动单元安装在基座1上并呈交叉布置，并且，安装在基座1上的运动支链(2，6)中的两个直线移动驱动单元互相平行，安装在基座1上的运动支链(3，7)中的两个直线移动驱动单元互相平行，安装在基座1上的运动支链(2，3)中的两个直线移动驱动单元互相垂直。通过四个直线移动驱动单元的驱动，可实现运动平台4的三维移动和一维转动。该工业机器人结构简单、工作空间大、精度高、承载能力强，可应用于汽车、电子、核工业、航空航天等现代工业领域。