[发明专利]一种三移一转四自由度空间并联机构

说明书

技术领域

本发明属于并联机器人领域，特别涉及一种应用于包装、制造、装配以及材料拾取等生产线的能够实现高速运动的四自由度空间并联机构。

背景技术

并联机构是由多个支链构成的闭环机构，与之相应的传统机构多采用单个开链式结构实现终端的多个自由度，这类机构通常被称为串联机构。而并联机构中，自由度数少于六的机构被称为少自由度并联机构，本发明的四自由度并联机构便属于此类机构。近年来，少自由度并联机构越来越受到研究者的重视和青睐，Clavel最早提出了由三条对称支链构成的可实现三维平动的Delta机构，后被ABB公司推广并应用于食品包装等生产线中代替人工完成食品等的分拣操作，此类机构具有能够实现高速运动的特性。而对于分拣生产线，输送的产品其排列通常杂乱无章，需要机械手具有灵活的转动能力以增加拾取动作的柔性和效率，为此，Pierrot等提出了具有四支链、双动平台特征的可实现SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)运动的H4型并联机构，并将其商业化，基于该机构的Adept Quattro^TM S650H机械手已成功应用于生产线。该机构可实现空间的三维平动和一维转动，该转动自由度是由双平台的相对运动产生的，满足了分拣生产线对于机械手转动能力的需求。但是，由于H4机构的双平台结构，使得其结构复杂，同时也增加了运动学的复杂性，对其高速高动态响应的特性产生不利影响，在生产线上应用时不利于生产效率的更进一步提高。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述H4机构中的双平台结构对机械手高速高动态响应的不利影响，提出一种三移一转四自由度空间并联机构，具有单动平台结构特征，能够实现SCARA运动的三平动一转动四自由度空间的并联机构，该机构结构简化，进而达到简化运动学并提高其高速高动态响应的目的。

本发明提出的一种三移一转四自由度空间并联机构，其特征在于：该机构包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的四个支链；第一、第二、第三和第四支链均包括：连杆、平行四边形机构、连接件以及运动副；所述运动副有四个，一个是连接于定平台和连杆之间的转动副（R），一个是连接于连杆和平行四边形机构之间的转动副（R），一个是连接于平行四边形机构和连接件之间的转动副（R），一个是连接于连接件与动平台之间的转动副，该四个支链均为RR(Pa)RR型运动支链；所述平行四边形机构（Pa）是由上连杆、下连杆、左连杆和右连杆通过转动副（R）首尾顺次连接构成的封闭环机构；其中，连接于定平台和连杆之间的转动副（R）是主动驱动的；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个平动自由度和一个转动自由度。

本发明还提出另一种三移一转四自由度空间并联机构，其特征在于：该机构包括一个安装执行器的动平台和定平台，连接所述动平台和定平台之间的四个支链；所述第一、第二、第三和第四支链均包括：滑块、平行四边形机构、连接件以及运动副。所述运动副有四个，一个是连接于定平台和滑块之间的移动副（P），一个是连接于滑块和平行四边形机构之间的转动副（R），一个是连接于平行四边形机构和连接件之间的转动副（R），一个是连接于连接件与动平台之间的转动副（R）。所述平行四边形机构（Pa）是由上连杆、下连杆、左连杆和右连杆通过转动副（R）首尾顺次连接构成的封闭环机构，该四个支链均为PR(Pa)RR型运动支链；其中，连接于定平台和滑块之间的移动副P是主动驱动的；所述第一、第二、第三和第四支链分别与定平台以及动平台连接形成一个空间并联闭环机构，该空间并联闭环机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现三个平动自由度和一个转动自由度。

本发明的特点及技术效果

本发明提出一种具有单平台结构特征的能够实现SCARA运动的三平动一转动四自由度空间并联机构。

本发明的三移一转四自由度空间并联机构通过四个主动驱动的运动副驱动动平台运动，实现空间内的三维平动运动和一维转动运动，该机构具有单平台结构，结构简洁，运动学相对简单，有利于其高速高加速的动态响应特性的提高，应用于分拣生产线时可有效提高生产效率。同时，工程应用实践表明具有本发明的机构支链结构特征的并联机构更容易实现高速高加速运动。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为本发明实施例二的结构示意图。