[发明专利]包含滑块摇杆机构的四自由度高速并联机器人

说明书

本发明公开了一种包含滑块摇杆机构的四自由度高速并联机器人，属于机构设计领域。该机器人包括定平台、动平台部件以及连接所述定平台和动平台部件之间的四条支链。定平台上安装有四个驱动装置，四个驱动器圆周对称布置，动平台部件由上动平台、下动平台、滑块摇杆机构以及末端执行器构成；控制四个驱动装置的转动，可以实现末端执行器的三个移动自由度和一个转动自由度。本发明具有结构紧凑、运动灵活、控制简单、刚度和稳定性较好等特点。

技术领域

本发明属于机构设计领域，特别涉及一种包含滑块摇杆机构的四自由度高速并联机器人。

背景技术

塑料工业、电子产品工业、药品工业和食品工业是对我国国民经济有重要贡献。为提高所述产业生产效率，各种产品的生产流水线被不断开发使用。然而，我国目前所属产业的轻型生产流水线货品的包装、分拣、组合和拆解任务仍大部分采用人工劳动，这样一方面导致人力生产成本居高不下，另一方面也不利于发挥出生产流水线的潜在生产效率。我国所述产业竞争力正在下降，产业自动化程度急需提高。引入工业机器人技术成为解决上述问题的不可或缺的重要手段。

早期用于轻型生产流水线货品的包装、分拣、组合和拆解任务的工业机器人由串联机构实现。串联机构通过运动副依次连接而成，为开环结构，具有大的工作空间和高的灵活度，但其也具有明显的缺点：各运动副误差累积导致末端精度低、刚度低、惯性大、动力学性能不好。并联机构是一种闭环结构，其动平台部件通过至少两个独立的运动链与定平台相连接。与串联机构相比，并联机构具有刚度高、精度高、动力学性能好、结构紧凑等优点。

基于并联机构的优点，CLAVEL提出了由三条对称支链构成的可实现三维平动的Delta并联机构(US4976582)，具有高速运动特性，在此构型的基础上，ABB公司研发了“Flexpicker”并联机器人并应用于食品包装生产线中代替人工完成食品等的快速分拣操作；为进一步增加拾取动作的柔性和效率，PIERROT等提出了具有四条支链，双动平台部件特征的可实现SCARA运动的H4并联机构(US20090019960和EP1084802)；随后Adept公司成功将其商业化，典型代表有“Adept Quattrro”并联机器人。

对于以上部分设计的优缺点，有文献进行了点评，不足之处总结如下：

专利CN202592386指出专利US4976582中Delta机构只具有空间平动的三个自由度，不能实现拾取角度的旋转；专利CN102161200指出专利US20090019960和EP1084802中H4机构动平台部件的多个部件处于同一平面内，使得动平台部件尺寸较大，不够紧凑，且相邻的两条支链驱动动平台部件的一个部件，传力效果不好，不利于提高机构效率；专利CN101863024、CN102161201指出专利US20090019960和EP1084802中动平台部件尺寸较大，其上设置的放大机构增加了动平台部件的重量；专利CN102152306指出专利US20090019960和EP1084802中动平台部件受驱动的部件是相当于平行四边形的一组对边，结构不紧凑，活动不灵活，受力不均匀，不利于提高机构效率；专利CN102229141指出专利US20090019960和EP1084802中动平台部件受驱动的部件只有两个，这两个部件相当于平行四边形的一组对边，这样的驱动方式不灵活，受力情况不均匀，不利于机构的顺畅运行。

综上，设计研发性能优异的四自由度高速并联机器人仍是机器人领域关注的热点问题，一款结构紧凑、运动灵活的高性能四自由度高速并联机器人必将具有广阔的科研及应用前景。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出了一种包含滑块摇杆机构的四自由度高速并联机器人，所述四自由度高速并联机器人具有性能优异、结构紧凑且运动灵活等优点。