一种四自由度并联机器人

技术领域

本发明属于并联机器人技术领域，尤其涉及一种四自由度并联机器人。

背景技术

并联机器人是以并联方式驱动的一种多闭环机构的机器人，其通过多个运动学支链的协作完成末端输出。并联机器人相对于串联机器人具有刚度大、精度高和承载能力强等优点。专利号为201911108234.7的一件中国专利申请公开了一种四自由度高速并联机器人机构，其由主动臂的转动驱动动平台的滑块移动，通过运动变换机构将此移动变换为末端执行器的转动，但是其末端执行器只能实现1个转动自由度和3个移动自由度，不能实现3个转动自由度和1个移动自由度。因此，有必要提出一种具有3个转动自由度和1个移动自由度的四自由度并联机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四自由度并联机器人，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种四自由度并联机器人，包括定平台、第一支链、第二支链、第三支链和第四支链、驱动装置、传动臂组件、第一动平台、第二动平台、连接杆和末端执行器；

所述第一支链与第三支链相对设置，第二支链与第四支链相对设置，所述第一支链、第二支链、第三支链和第四支链的一端均与定平台连接，另一端均连接有一个驱动装置，4个所述驱动装置均与传动臂组件转动连接；

所述传动臂组件包括主动臂和从动臂，所述主动臂一端与驱动装置转动连接，另一端与从动臂转动连接，其中两个相对的从动臂与第一动平台转动连接，另外两个相对的从动臂与第二动平台转动连接；

所述第一动平台包括第一万向转动模块；

所述第二动平台包括第二万向转动模块，所述连接杆依次穿过第一万向转动模块和第二万向转动模块，且所述第一动平台和第二动平台均可以沿着连接杆上下移动；

所述连接杆与第一动平台或者第二动平台中的一个转动连接，另一个滑动连接；

所述末端执行器与连接杆连接。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述第一万向转动模块包括第一外连接环、第一中转动环和第一内转动环，所述第一外连接环的两端分别与一个从动臂连接，所述第一中转动环设于第一外连接环的内部，所述第一中转动环与第一外连接环转动连接，所述第一内转动环设于第一中转动环的内部，所述第一内转动环与第一中转动环转动连接，且所述第一中转动环的转动中心轴垂直于第一内转动环的转动中心轴，所述连接杆从第一内转动环中穿过。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述连接杆与第一内转动环之间设有轴承。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述第二万向转动模块包括第二外连接环、第二中转动环和第二内转动环，所述第二外连接环的两端分别与一个从动臂连接，所述第二中转动环设于第二外连接环的内部，所述第二中转动环与第二外连接环转动连接，所述第二内转动环设于第二中转动环的内部，所述第二内转动环与第二中转动环转动连接，且所述第二中转动环的转动中心轴垂直于第二内转动环的转动中心轴，所述连接杆从第二内转动环中穿过。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述连接杆与第二内转动环通过螺纹连接。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述第一支链与第三支链平行设置，所述第二支链与第四支链平行设置，且所述第一支链与第二支链互相垂直。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述定平台呈“十”字形，所述“十”字形的四个末端分别与第一支链、第二支链、第三支链和第四支链连接。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述驱动装置为电机。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述从动臂包括互相平行设置的两个支臂。

本发明具有的有益效果为：此四自由度并联机器人可以使末端执行器实现3个转动自由度和1个移动自由度的四自由度运动，而且结构简单；第一动平台设有第一万向转动模块，第二动平台设有第二万向转动模块，可以实现连接杆绕着X轴和Y轴转动；连接杆与第一内转动环之间设有轴承，将第一动平台与连接杆之间的滑动摩擦转换为滚动摩擦，降低了它们之间的摩擦力；连接杆与第二内转动环通过螺纹连接，保持第一动平台不动，通过上下移动第二动平台，便可以通过螺纹连接使连接杆绕着Z轴转动；定平台1呈“十”字形，便于连接4个支链，使其互相垂直。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为第一动平台和第二动平台的结构示意图。

图3为第一动平台和第二动平台的剖视结构示意图。

附图标记如下：

1、定平台；2、第一支链；3、第二支链；4、第三支链；5、第四支链；6、驱动装置；7、主动臂；8、从动臂；9、第一万向转动模块；91、第一外连接环；92、第一中转动环；93、第一内转动环；94、轴承；10、第二万向转动模块；101、第二外连接环；102、第二中转动环；103、第二内转动环；11、连接杆；12、末端执行器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如附图1至附图3所示，一种四自由度并联机器人，包括定平台1、第一支链2、第二支链3、第三支链4和第四支链5、驱动装置6、传动臂组件、第一动平台、第二动平台、连接杆11和末端执行器12；

所述第一支链2与第三支链4相对设置，第二支链3与第四支链5相对设置，所述第一支链2、第二支链3、第三支链4和第四支链5的一端均与定平台1连接，另一端均连接有一个驱动装置6，4个所述驱动装置6均与传动臂组件转动连接；

所述传动臂组件包括主动臂7和从动臂8，所述主动臂7一端与驱动装置6转动连接，另一端与从动臂8转动连接，其中两个相对的从动臂8与第一动平台转动连接，另外两个相对的从动臂8与第二动平台转动连接；

所述第一动平台包括第一万向转动模块9；

所述第二动平台包括第二万向转动模块10，所述连接杆11依次穿过第一万向转动模块9和第二万向转动模块10，且所述第一动平台和第二动平台均可以沿着连接杆11上下移动；

所述连接杆11与第一动平台或者第二动平台中的一个转动连接，另一个滑动连接；

所述末端执行器12与连接杆11连接。

如附图1所示，假设第一支臂的方向为X轴，第四支臂的方向为Y轴，垂直于定平台的方向为Z轴。

当使第一动平台和第二动平台以相同的速率同时在Z轴方向上下移动第一动平台和第二动平台时，连接杆便会随着一起在Z轴方向上下移动。

当所述连接杆11与第二动平台转动连接，与第一动平台滑动连接时，保持第一动平台不动，使第二动平台上下移动时，便可以实现连接杆绕着Z轴转动。

当保持第二动平台不移动时，在动力臂组件的作用下使第一动平台左右移动，连接杆便会跟随第一动平台一起左右摆动，由于连接杆同时穿过第一动平台和第二动平台，又由于连接杆通过第一万向模块与第一动平台连接，通过第二万向模块与第二动平台连接，为了实现连接杆的左右摆动，第一万向模块和第二万向模块便会随着连接杆转动，此时连接杆便可以实现在XZ平面内绕着与第二动平台的连接点转动，即绕着Y轴转动。

当保持第一动平台不移动时，在动力臂组件的作用下使第二动平台前后移动，连接杆便会跟随第二动平台一起前后摆动，由于连接杆同时穿过第一动平台和第二动平台，又由于连接杆通过第一万向模块与第一动平台连接，通过第二万向模块与第二动平台连接，为了实现连接杆的前后摆动，第一万向模块和第二万向模块便会随着连接杆转动，此时连接杆便可以实现在YZ平面内绕着与第一动平台的连接点转动，即绕着X轴转动。

此四自由度并联机器人可以使末端执行器实现3个转动自由度和1个移动自由度的四自由度运动，而且结构简单。

所述第一万向转动模块9包括第一外连接环91、第一中转动环92和第一内转动环93，所述第一外连接环91的两端分别与一个从动臂8连接，所述第一中转动环92设于第一外连接环91的内部，所述第一中转动环92与第一外连接环91转动连接，所述第一内转动环93设于第一中转动环92的内部，所述第一内转动环93与第一中转动环92转动连接，且所述第一中转动环92的转动中心轴垂直于第一内转动环93的转动中心轴，所述连接杆11从第一内转动环93中穿过。第一中转动环可以绕X轴转动，第一内连接环可以绕Y轴转动，便可以实现连接杆在两个方向上均可以转动。

所述连接杆11与第一内转动环93之间设有轴承94，将第一动平台与连接杆之间的滑动摩擦转换为滚动摩擦，降低了它们之间的摩擦力。

所述第二万向转动模块10包括第二外连接环101、第二中转动环102和第二内转动环103，所述第二外连接环101的两端分别与一个从动臂8连接，所述第二中转动环102设于第二外连接环101的内部，所述第二中转动环102与第二外连接环101转动连接，所述第二内转动环103设于第二中转动环102的内部，所述第二内转动环103与第二中转动环102转动连接，且所述第二中转动环102的转动中心轴垂直于第二内转动环103的转动中心轴，所述连接杆11从第二内转动环103中穿过。第二中转动环可以绕X轴转动，第二内连接环可以绕Y轴转动，便可以实现连接杆在两个方向上均可以转动。

所述连接杆11与第二内转动环103通过螺纹连接，保持第一动平台不动，通过上下移动第二动平台，便可以通过螺纹连接使连接杆绕着Z轴转动。

所述第一支链2与第三支链4平行设置，所述第二支链3与第四支链5平行设置，且所述第一支链2与第二支链3互相垂直，确保连接杆可以绕着互相垂直的X轴和Y轴转动。

所述定平台1呈“十”字形，所述“十”字形的四个末端分别与第一支链2、第二支链3、第三支链4和第四支链5连接，便于连接4个支链，使其互相垂直。

所述驱动装置6为电机。

所述从动臂8包括互相平行设置的两个支臂，可以使从动臂的强度增加，使其不容易断裂。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。