一类具有三支链的平面二自由度并联机器人

本发明属于工业机器人领域，特别涉及平面并联机器人。

背景技术：

1、工业机器人是现代制造业中的重要组成部分，它们被广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域，以提高生产效率和精度。工业机器人一般具备自动化操作、可重复性高、负载能力强等特点，可以代替人工完成一些危险、单调、重复性的工作，解放了劳动力并提升了生产安全性。根据不同的应用场景和工作需求，工业机器人可以分为多种类型，例如多关节机器人、直角坐标机器人、并联机器人等。其中，并联机器人由于其结构的特殊性，在高速度、高精度的任务中表现尤为突出。它们的设计采用多个机械臂协同操作的方式，通过多个驱动单元的并联运动，实现复杂轨迹的高精度控制。

2、其中，平面二自由度并联机器人是并联机器人的一种特殊类型，它具有两个独立的运动自由度，通常用于平面内的移动和控制。该类机器人通过两个机械臂的协调运动，实现物体在二维平面内的精确定位。与串联机器人的逐级传动不同，平面二自由度并联机器人各个驱动单元同时作用于工作平台，使其在速度、刚性和定位精度方面具有显著优势。由于其构造紧凑、运动灵活，它在电子装配、精密加工、自动化检测等场合中具有广泛应用。例如，某些快速拾取与放置的任务中，平面二自由度并联机器人可以实现极高的工作效率，同时保证操作的准确性。

技术实现思路

1、本发明提供一类结构紧凑、运动灵活，且可实现平面二自由度平动的三支链并联机构。

2、本发明为一类具有三支链的平面二自由度并联机器人，其具有四种构型，可分别命名为构型一、构型二、构型三，以及构型四。其中构型一和构型二为转动副驱动，构型三和构型四为移动副驱动。四种并联机器人均可看作由静平台、动平台，以及分布在静平台和动平台之间的三条支链组成。所述三条支链分别为两条驱动支链和一条中间辅助支链。其中，中间辅助支链具有两种结构，分别为圆柱副型(命名为辅助支链样式一)以及移动副型(命名为辅助支链样式二)。通过对驱动模式与辅助支链结构排列组合，共形成四种并联机器人。所述构型一为转动副驱动，中间支链采用辅助支链样式一。所述构型二为转动副驱动，中间支链采用辅助支链样式二。所述构型三为移动副驱动，中间支链采用辅助支链样式一。所述构型四为移动副驱动，中间支链采用辅助支链样式二。

3、所述静平台部分由静平台框架、驱动模块、轴瓦组成。其中，所述静平台框架具有四种样式(其中转动副静平台框架两种，移动副静平台框架两种)。由于驱动模式不同，因此驱动模块具有两种，分别为转动副驱动模块和线性驱动模块。同样对应于中间支链的样式，轴瓦类型同样有两种，分别为圆形和矩形。所述驱动模块和轴瓦均固连在静平台框架上的安装位置上。

4、所述构型一和构型二的驱动支链结构相同，均由主动臂和从动臂组成。其中主动臂与转动副驱动模块的输出轴固连，以形成转动副的驱动形式。所述主动臂的另一端设置球轴，可与从动臂以球副的形式连接。所述从动臂与动平台之间以球副的形式连接。

5、所述构型三和构型四的驱动支链结构相同，均由驱动块和从动臂组成。其中驱动块与线性驱动模块的滑块固连，以形成移动副的驱动形式。所述驱动块上设置球轴，可与从动臂以球副的形式连接。所述从动臂与动平台间同样采用球副的连接形式。

6、所述构型一和构型三的中间辅助支链结构相同，均由双头型连接件，辅助短杆，以及转动件组成。其中两根辅助短杆分别通过一个转动件与双头型连接件以转动副的形式连接。所述双头型连接件通过两个圆柱副与静平台框架连接。所述中间辅助支链通过两个转动副与动平台连接。

7、所述构型二和构型四的中间辅助支链结构相同，均由单头型连接件，辅助短杆，以及转动件组成。其中两根辅助短杆分别通过一个转动件与单头型连接件以转动副的形式连接。所述单头型连接件通过一个移动副与静平台框架连接。所述中间辅助支链通过两个转动副与动平台连接。

8、所述四种构型的动平台结构相同，均由动平台框架、球轴、末端执行器，以及转动组件(轴承、垫圈、轴端盖、转轴)组成。其中，末端执行器固定在动平台中心位置，球轴布置在动平台两侧并与动平台固连。所述转动组件安装在动平台上，且其安装位置对应于中间辅助支链的安装位置。

9、本发明的一类具有三支链的平面二自由度并联机器人具有结构紧凑，高灵活度等特性。所提四种机器人均可通过三条支链的共同作用实现平面二自由度平动。

技术特征：

1.一类具有三支链的平面二自由度并联机器人，其具有四种构型，可分别命名为构型一、构型二、构型三、构型四。其中，构型一和构型二采用转动副作为驱动；构型三和构型四采用移动副作为驱动。四种机器人均可看作由静平台，动平台，以及布置在静平台和动平台之间的三条支链组成。其中，两条支链为驱动支链，另外一条为中间辅助支链。所述中间辅助支链具有两种结构(分别命名为辅助支链样式一和辅助支链样式二)，通过与驱动模型相互排列组合即可形成四种并联机器人。所述辅助支链样式一的上端采用两个圆柱副的形式与静平台连接。所述辅助支链样式二的上端采用移动副的形式与静平台链接。所述两种辅助支链的下端均采用两个转动副的形式与动平台连接。所述静平台部分由静平台框架、驱动模块、轴瓦组成。其中，所述静平台框架具有四种样式(其中转动副静平台框架两种，移动副静平台框架两种)。由于驱动模式不同，因此驱动模块具有两种，分别为转动副驱动模块和线性驱动模块。同样对应于中间支链的样式，轴瓦类型同样有两种，分别为圆形和矩形。根据不同的驱动模式，其驱动支链的类型具有两种，分别为转动型驱动支链和移动型驱动支链。所述驱动支链中除驱动关节均采用球副的连接形式。所述动平台部分由动平台框架、球轴、末端执行器，以及转动组件(轴承、垫圈、轴端盖、转轴)组成。其中，末端执行器固定在动平台中心位置，球轴固连在动平台两侧并与从动臂形成球副。所述转动组件安装在动平台上，且其安装位置对应于中间辅助支链的安装位置。所述构型一为转动副驱动，中间支链采用辅助支链样式一。所述构型二为转动副驱动，中间支链采用辅助支链样式二。所述构型三为移动副驱动，中间支链采用辅助支链样式一。所述构型四为移动副驱动，中间支链采用辅助支链样式二。通过三条支链的共同作用，末端执行器可实现平面二自由度平动。

2.根据权利要求1所述的一类具有三支链的平面二自由度并联机器人，其特征在于：构型一的整体结构。

3.根据权利要求1所述的一类具有三支链的平面二自由度并联机器人，其特征在于：构型二的整体结构。

4.根据权利要求1所述的一类具有三支链的平面二自由度并联机器人，其特征在于：构型三的整体结构。

5.根据权利要求1所述的一类具有三支链的平面二自由度并联机器人，其特征在于：构型四的整体结构。

6.根据权利要求1所述的一类具有三支链的平面二自由度并联机器人，其特征在于：辅助支链样式一的结构。

7.根据权利要求1所述的一类具有三支链的平面二自由度并联机器人，其特征在于：辅助支链样式二的结构。

技术总结本发明公开了一类具有三支链的平面二自由度并联机器人。其具有四种构型，可分别命名为构型一、构型二、构型三、构型四，其中，构型一和构型二为转动副驱动；构型三和构型四为移动副驱动。四种机器人均可看作由静平台，动平台，以及布置在静平台和动平台之间的三条支链组成。所述三条支链中有两条为驱动支链，另外一条为中间辅助支链。所述中间辅助支链具有两种构型，对应两种驱动形式，因此共有四种机构。由于驱动支链中采用球副的连接形式，因此需通过中间支链提供必要的约束从而使末端执行器实现期望自由度。所提四种并联机器人的末端执行器在三条支链的共同作用下均可实现平面二自由度平动，且具有结构紧凑、运动灵活等优点。技术研发人员：梁栋,张珺鹏,孙晓,刘天佑,韩志强受保护的技术使用者：天津工业大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2