具有两种自由度模式的结构紧凑型线性驱动高速并联机器人

本发明涉及机器人，尤其是涉及一种具有两种自由度模式的结构紧凑型线性驱动高速并联机器人机构。

背景技术：

1、近年来，我国的航空航天、深海勘测、大飞机制造和医疗器械等领域得到了快速发展，其中，机器人扮演了重要角色。早期的工业机器人多由串联机构实现。串联机器人为开环结构，各构件通过运动副依次连接而成，具有大工作空间和高灵活度，但其也存在许多缺点：由于每个运动关节处均配备一个电动机，导致运动部件惯量大，机器人动力学性能有待提升；各关节误差累计导致末端执行器精度差；开环结构刚度低、承载能力差。

2、并联机构为一种闭环机构。与串联机构相比，并联机构的驱动装置安装在静平台上，实现了运动部件的轻量化，且易实现高速高加速运动；无关节累积误差，末端执行器易实现高精度定位；整个机构由多条支链并联驱动，结构更加紧凑，具备高刚度和高承载能力。

3、并联机构基于上述优点，已在高速拾取领域得到了广泛应用。但随着精准搬运作业领域的发展，物品摆放位姿的要求也在不断提升，仅靠纯平动机器人无法完成，因此，能实现scara运动形式的并联机器人应运而生，但现有的scara机构运动形式存在转动能力小、运动灵活性差以及机构刚度低等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服已有的技术缺点，提供一种具有解析正解的并联机器人，其既可以实现三维平动又可以切换至三平动一转动(整周转动)的线性驱动高速并联机器人机构，即两种操作模式融于一台机器人机构中，使得该机器人具有良好的结构/运动可拓展性，实际中，可根据具体应用需求实施拓展。

2、根据本发明实施例的具有两种自由度模式的结构紧凑型线性驱动高速并联机器人，包括：静平台；线性驱动模组，所述线性驱动模组设在所述静平台上，多个所述线性驱动模组绕所述静平台的中心周向间隔开设置；末端执行器，所述末端执行器设在所述静平台下方，所述末端执行器包括一个末端转轴、第一套筒、第二套筒和第三套筒；连接组件，每个所述连接组件一一对应固连在多个所述运动输出滑块上，每个所述连接组件包括一个“v”形架和一个竖直小短杆两部分；支链组，多组所述支链组分别一一对应连接在多个所述连接组件和所述末端执行器之间；中间万向轴支链，所述中间万向轴支链连接于静平台底部中心与末端执行器上端之间。

3、在一些实施例中，所述静平台包括：“工”形柱，所述“工”形柱的底部正中心处开有连续的半径不同的两个圆形孔，其中，所述下端孔的半径小于上端孔的半径，在所述上端孔中装有轴承；支架，每个所述支架上端的倾面与支架底壁的长度方向垂直，每个所述支架绕所述“工”形柱的中心周向间隔120度设置，且每个所述支架呈等腰直角三角形形状。

4、在一些实施例中，每个所述线性驱动模组包括：直线导轨，每个所述直线导轨沿对应支架底壁长度方向一一对应固接在支架的底壁上；底板，每个所述底板一一对应固接在所述直线导轨的底部，且每个所述底板的面积最大的表面与支架上端的倾面平行；电机、减速器、联轴器、丝杠和运动输出滑块，每个所述电机的输出轴、减速器的输出轴、联轴器轴线和丝杠轴线均在同一直线上，每个所述电机和减速器通过定位板固接在对应支架上端的倾面上，每个所述丝杠通过所述联轴器与所述减速器的输出轴固连，每个所述运动输出滑块沿所述丝杠轴线方向移动。

5、在一些实施例中，每个所述连接组件包括：“v”形架，所述“v”形架包括上翼板和下翼板，所述上翼板的上端面为倾斜面，其倾斜角度与支架底壁的倾斜角度相同，所述下翼板的底壁中间开有一竖直安装孔，所述“v”形架通过上翼板的上端面固接于所述线性驱动模组的运动输出滑块上；竖直小短杆，所述竖直小短杆固接于所述“v”形架的安装孔中且其轴线方向始终为竖直方向。

6、在一些实施例中，所述末端执行器包括：末端转轴，所述末端转轴包括竖直黑轴、下挡板和吸盘；第一套筒，所述第一套筒通过转动副与所述末端转轴转动连接；第二套筒，所述第二套筒通过转动副与所述第一套筒转动连接；第三套筒，所述第三套筒通过转动副与所述第一套筒转动连接；所述末端转轴的轴线、第一套筒轴线、第二套筒轴线和第三套筒轴线均在同一直线上，且为竖直方向。

7、在一些实施例中，所述第一支链组包括：第一“t”形杆和第二“t”形杆，所述第一“t”形杆和第二“t”形杆的水平部分和竖直部分分别彼此平行且等长，所述第一“t”形杆的水平部分的一端通过转动副与对应的所述竖直小短杆的下端转动连接，所述第二“t”形杆的水平部分的一端固接于第一套筒；第一支链臂和第二支链臂，所述第一支链臂和第二支链臂彼此平行且等长，且第一支链臂始终在第二支链臂上方；所述第一“t”形杆的竖直部分的两端分别通过转动副连接在所述第一支链臂的上端和所述第二支链臂的上端，所述第二“t”形杆的竖直部分的两端分别通过转动副连接在所述第一支链臂的下端和所述第二支链臂的下端；所述第一支链臂两端的转动副轴线、第二支链臂两端的转动副轴线、第一“t”形杆水平部分的轴线和第二“t”形杆水平部分的轴线均相互平行。

8、在一些实施例中，所述第二支链组包括：第三“t”形杆和第四“t”形杆，所述第三“t”形杆和第四“t”形杆的水平部分和竖直部分分别彼此平行且等长，所述第三“t”形杆的水平部分的一端通过转动副与对应的所述竖直小短杆的下端转动连接，所述第四“t”形杆的水平部分的一端固接于第二套筒；第三支链臂和第四支链臂，所述第三支链臂和第四支链臂彼此平行且等长，且第三支链臂始终在第四支链臂上方；所述第三“t”形杆的竖直部分的两端分别通过转动副连接在所述第三支链臂的上端和所述第四支链臂的上端，所述第四“t”形杆的竖直部分的两端分别通过转动副连接在所述第三支链臂的下端和所述第四支链臂的下端；所述第三支链臂两端的转动副轴线、第四支链臂两端的转动副轴线、第三“t”形杆水平部分的轴线和第四“t”形杆水平部分的轴线均相互平行。

9、在一些实施例中，所述第三支链组包括：第五“t”形杆和第六“t”形杆，所述第五“t”形杆和第六“t”形杆的水平部分和竖直部分分别彼此平行且等长，所述第五“t”形杆的水平部分的一端通过转动副与对应的所述竖直小短杆的下端转动连接，所述第六“t”形杆的水平部分的一端固接于第三套筒；第五支链臂和第六支链臂，所述第五支链臂和第六支链臂彼此平行且等长，且第五支链臂始终在第六支链臂上方；所述第五“t”形杆的竖直部分的两端分别通过转动副连接在所述第五支链臂的上端和所述第六支链臂的上端，所述第六“t”形杆的竖直部分的两端分别通过转动副连接在所述第五支链臂的下端和所述第六支链臂的下端；所述第五支链臂两端的转动副轴线、第六支链臂两端的转动副轴线、第五“t”形杆水平部分的轴线和第六“t”形杆水平部分的轴线均相互平行。

10、在一些实施例中，所述中间万向轴支链包括：驱动装置，所述驱动装置固接在所述“工”形柱下平台上表面的中心处；第一万向联轴器，所述第一万向联轴器通过转动副与所述“工”形柱下平台旋转连接，所述第一万向联轴器包括内圈和外圈，所述第一万向联轴器的外圈固接于所述驱动装置的输出轴上；外杆，所述外杆的上端通过转动副连接在所述第一万向联轴器的内圈上；内杆，所述内杆套在外杆的内部且为移动连接，使得内杆能沿着外杆长度方向相对运动；第二万向联轴器，所述第二万向联轴器的上端与所述内杆的下端固定连接，所述第二万向联轴器的下端与所述末端执行器的上端固定连接；所述第一万向联轴器的转动轴线与对应的所述第二万向联轴器的转动副线相互平行。

11、与现有技术相比，本发明具有以下优势：

12、本发明机器人机构具有三平动三自由度以及三平一转四自由度两种运动模式，即两种操作模式融于一台机器人机构中，使得该机器人具有良好的结构/运动可拓展性，实际中，可根据具体应用需求实施拓展。