[发明专利]一种面向拾放操作的四自由度大工作空间并联机器人机构

说明书

技术领域

本发明涉及并联机器人机构，尤其涉及一种面向拾放操作的四自由度大工作空间并联机器人机构。

背景技术

在轻工、食品、药品及电子产品的分拣、包装和封装自动化生产线上，需借助机械手来完成高速拾放操作（即快速地将目标物体从一个位置搬运到另一个位置，这两个位置可能存在高度上的差异）。这样的操作往往还会伴随着目标物体姿态上的变化。所以，针对于此类操作较为理想的机械手末端执行器应当具备四个自由度（三平动和拾放平面内的转动）。现有的执行此类操作的机械手有串并联之分。串联的机器人惯量大、速度慢、精度低，但工作空间大。并联机器人较之串联机器人有惯量小、速度大、精度高的优点。但传统的并联机器人工作空间相对较小。在近几年公开的专利中，提出了一些新型并联机器人克服这个缺点，但都很难完整的实现末端四自由度的运动能力。

美国专利US5000653、US6212968均涉及了一种名为SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm）的串联机器人。该类串联机器人的主动臂一端通过转动副与基座连接，主动臂的另一端通过转动副与从动臂的一段连接，两转动副的轴线平行，从而使主动臂与从动臂构成两自由度的平面关节串联机器人机构；从动臂的另一端安装有末端执行器，末端执行器相对于从动臂具有一个转动自由度和一个移动自由度，此处转动副的轴线与主动臂和从动臂的轴线平行，移动自由度的运动方向垂直于主、从动臂的运动平面。该机器人具有三平动一转的自由度。此类机器人可实现在运动平面内大范围的移动，并且可以实现整周的回转，但是，由于采用开环串联结构，各驱动装置直接安装于主动臂和从动臂的关节上，惯性较大，使得速度、刚度和精度都受到一定的限制。

中国专利CN101698300A公开了一种平面运动的大工作空间并联机器人机构，该机器人末端具有两平动和一个绕垂直于移动平面轴的转动自由度。该机器人机构采用驱动同轴布置，减小了基座的占地空间，同时实现了机器人机构的整周回转运动。三条支链分布在三个平行平面内，均为RRR（R表示旋转运动副，下划线表示驱动关节），即驱动为旋转副，主动臂与被动臂的连接，被动臂与末端执行器的连接也都是旋转副。通过末端执行器的特殊设计，使得末端执行器也可以实现整周回转运动。这种机器人机构的缺点是，支链均类似于外伸的悬臂梁结构，末端的承载能力不高；末端执行器只能实现平面运动，需要借助附加其它装置才能实现第三方向的移动能力，这个附加的装置会转化为末端固定负载，使得末端所能实现的拾放物体的承重能力下降。

中国专利CN101973030A公开的并联机器人机构也可实现整周回转。末端执行器不能实现旋转，不利于调整拾放物体的姿态。这类机器人机构也有两个或三个旋转驱动。下面两个驱动也为同轴布置。顶端的驱动可省略，若存在，水平放置固定在一个转体上，旋转轴线随着下面两个驱动的旋转而改变。该顶端驱动的主要功能是负责末端执行器的竖直运动能力。下面两支链可选形式：RPa*（Pa*表示通过四个球铰连接的平行四边形结构）或RUU（U表示虎克铰）。被动杆件采用Pa*或U连接的目的是使末端可以实现竖直方向的移动。顶端支链也可选形式：RRPa*或RRRR（有驱动），RRPa*或RRRR（无驱动）。所述的Pa*结构可在内部添加支撑部件。顶端支链有驱动的机器人机构末端具有三个平动自由度；顶端支链无驱动的机器人机构末端只有两个平动自由度。此类机器人要通过附加装置来实现末端的转动能力。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种面向拾放操作的四自由度大工作空间并联机器人机构。