三平动一转动并联机器人机构 【技术领域】
本发明涉及工业机器人技术领域，特别是一种三平动一转动并联机器人机构。
【背景技术】
少自由度并联机器人是指自由度数为2、3、4或5的并联机器人，其适用于自由度的要求少于6个的工业场合。相较于6自由度并联机器人，少自由度并联机器人具有结构简单、成本低廉和控制容易等特点，因此其具有很好的应用前景，是当前国际上的研究热点。
通常情况下，在轻工、食品、药品的包装以及电子封装行业里，要完成在空间内的抓放操作(Pick-and-Place)时需要4个自由度，即三个平动自由度和一个转动自由度。
US5000653、US6212968均涉及了一种名为SCARA(Selective Compliance AssemblyRobot Arm)的串联机器人。该机器人通过四个运动副R-R-R-P或者P-R-R-R串联而成，四个运动副的轴线相互平行，可实现在空间内大范围的移动，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，移动部分质量较大，使得其速度、刚度和精度都受到一定的限制。
US4976582发明了一种名为Delta的并联机器人，适合于搬运轻质物体，其运行速度可达10m/s，加速度可达10g。Delta机构由定平台、动平台以及连接定平台和动平台的呈对称分布的三条支链。每条支链分别由主动臂和从动臂组成，主动臂通过转动副与定平台相连，从动臂是一个由四个球关节首尾相连形成的平行四边形四连杆机构，其一端与主动臂相连，另一端与动平台相连接。通过控制三个主动臂的摆动即可实现动平台在空间内的高速三维平动。此外，可在定平台与动平台之间添加一R-U-P-U-R支链，驱动末端执行器的回转运动，支链中的移动副是通过一条伸缩杆运动实现的，影响该杆件的使用寿命以及机器人的工作空间。
US20090019960A1涉及了一种名为Par4的并联机器人，该专利已经在Adept公司进行产业化，其运行速度可达10m/s，最大加速度可达15g。这种机器人机构在定平台与动平台之间连接有四条与Delta机构中运动支链结构相同的运动链，这四条运动链并不是直接连接在末端执行机构上，而是每两条运动支链连接到一个运动杆，通过两条运动杆的相对运动驱动末端执行机构的运动，还可以利用齿轮或者皮带增大末端执行机构的回转角度。该Par4机构的末端执行器有沿三个方向上的平动与绕垂直于静平台平面转动轴的旋转运动。但是，该机构的动平台部分设计复杂，不利于安装维护。
在本发明申请技术描述中，运动副将用如下符号表示：P代表移动副，R代表转动副，U代表万向关节，C代表圆柱副，H代表螺旋副，S代表球面副，下划线代表此关节为驱动关节。
【发明内容】
为了解决现有的技术问题，本发明提供一种三平动一转动并联机器人机构，其提高动平台的速度和精度的同时，简化了动平台的结构设计，降低控制的难度和维护的成本。
本发明解决现有的技术问题，提供一种三平动一转动并联机器人机构，其包括基座、动平台及分别连接所述基座与所述动平台的支链；所述支链包括主动臂及与该主动臂相连的从动臂，所述主动臂为一摆杆，所述从动臂为一平行四边形机构；所述支链的数量为四，其分别是第一支链、第二支链、第三支链和第四支链；所述第一至第四支链均以转动副与所述基座相连，该四转动副的转动中心线相互平行，同时，该四转动副共处第一平面呈四边形分布；所述平行四边形机构与所述主动臂相连的边及所述平行四边形机构与所述动平台相连的边均垂直于所述第一平面，所述第一至第四支链与所述动平台相接触的四边呈六面体形分布。
本发明更进一步的改进是：
所述平行四边形机构为首尾依次以球面副相连的四连杆机构，该平行四边形机构相对的两边分别固定连接于所述主动臂和所述动平台。
所述平行四边形机构为首尾依次以转动副相连的四连杆机构，该平行四边形机构相对的两边分别以转动副连接于所述主动臂和所述动平台。
所述平行四边形机构所处平面垂直于所述第一平面。
所述四边形分布为矩形分布。
所述转动中心线垂直于所述第一平面。
所述动平台平行于所述第一平面的中心平面为第二平面，所述平行四边形机构与所述动平台相连的边垂直于所述第二平面。
所述第一支链、所述第二支链、所述第三支链和所述第四支链均相同。
所述主动臂包括旋转驱动装置，该旋转驱动装置固定在所述基座上。
在所述动平台上设置手抓或吸盘。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：采用纯并联结构，降低运动部件质量，从而提高动平台的速度和精度；其次，该并联结构易于控制；再次，该并联结构使动平台的工作空间大，分布对称；最后，动平台设计简单、安装和维护都非常方便。
【附图说明】
图1为本发明三平动一转动并联机器人机构的结构示意图；
图2为图1的正面示意图；
图3为图1的仰视示意图；
图4为一支链地结构示意图。
基座11 支链12 动平台13 第一平面111 第一支链121 第二支链112 第三支链123 第四支链124 主动臂125 从动臂126 第二平面131
【具体实施方式】
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图4所示，一种三平动一转动并联机器人机构，其包括基座11、支链12和动平台13，支链12分别连接所述基座11与所述动平台13，支链12移动带动动平台13作相应的位姿变化；所述支链12包括第一支链121、第二支链122、第三支链123和第四支链124；所述第一至第四支链(即第一支链121、第二支链122、第三支链123和第四支链124)其均以一转动副与所述基座11相连，所述多个转动副的转动中心线相互平行，即该四个转动副的转动中心线相互平行。所述第一至第四支链其与所述基座11相连的四转动副共处第一平面111并呈四边形分布，所述第一至第四支链其与所述动平台13相连的四接触位置亦呈四边形分布；所述第一至第四支链均包括主动臂125和从动臂126，所述主动臂125与所述从动臂126相连；所述主动臂的旋转平面平行于或位于所述第一平面，当主动臂为直杆时，其旋转平面与第一平面111共面，但是，若根据需要将主动臂设计成弯杆，此时要求主动臂自由端的旋转平面须与第一平面111相平行，同时，保证所述从动臂126为平行四边形机构。
在本发明中，平行四边形机构有两种具体实施方式：
第一种：所述平行四边形机构为首尾依次以球面副相连的四连杆机构，该平行四边形机构相对的两边分别固定连接于所述主动臂和所述动平台，该两边优选为短边。由于是球面副相连，所以该平行四边形机构与主动臂相连后，平行四边形机构所处平面相较于主动臂可实现转动，该平行四边形机构本身亦可实现形变。
第二种：所述平行四边形机构为首尾依次以转动副相连的四连杆机构，该平行四边形机构相对的两边分别以转动副连接于所述主动臂和所述动平台，该两边优选为短边。由于是转动副相连，所以该平行四边形机构经转动副与主动臂相连，实现平行四边形机构所处平面相较主动臂的转动，同时，该平行四边形机构本身亦经转动副实现形变。
在本发明申请中，基座11可为多种形状，动平台13亦可为多种形状，但需保证支链12与基座11或动平台13相连后的构造关系。所述平行四边形机构所处平面垂直于所述第一平面。平行于所述第一平面的所述动平台中心平面为第二平面131，所述平行四边形机构与所述动平台相连的边垂直于所述第二平面131。
为了便于各主动臂的驱动控制，将各支链12与基座11相连的转动副其分布设置成矩形分布，其转动中心线垂直于所述第一平面，更进一步，为了简化控制，将所述第一支链121、所述第二支链122、所述第三支链123或所述第四支链124设置成两两相同，或直接将所述第一支链121、所述第二支链122、所述第三支链123和所述第四支链124设计成完全一样。各主动臂、从动臂及动平台安装配合完成以后，根据并联机构运动学与动力学的计算，实现调节主动臂的运动状态，即可经支链改变动平台的位姿，实现所需的机器人搬运等操作。
在本发明中，所述主动臂包括旋转驱动装置(本技术领域已知技术特征，未图示出)，该旋转驱动装置固定在所述基座上，由于固定在基座上，所以降低了关联机构的质量，使其可进一步提高运动速度和精度。
在本发明中，优选将所述主动臂125的旋转平面与所述第一平面111共面设计，此时，即从动臂的延伸方向与第一平面相交，使动平台在垂直于第一平面的方向上来回移动和平行于第一平面的方向自由移动，实现三平动，另外，由从动臂的带动，其在绕垂直于第一平面的轴线方向还可自由转动，整体来看，即实现了三平动一转动。
本发明中，其末端执行机构的手抓或吸盘，直接固定于动平台上，设计简单，由动平台的移动，带着执行机构至所需的位置，实施预定的操作。
本发明采用纯并联结构，降低运动部件质量，从而提高动平台的速度和精度；其次，该并联结构易于控制；再次，该并联结构使动平台的工作空间大，分布对称；最后，动平台设计简单、安装和维护都非常方便。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。