專利名稱：一種柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機(jī)器人裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種含有柔順關(guān)節(jié)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一類與串聯(lián)機(jī)構(gòu)互為對偶關(guān)系的機(jī)械結(jié)構(gòu)，它具有剛度大、承載能力強(qiáng)、誤差小等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前并聯(lián)機(jī)構(gòu)多是由剛性運(yùn)動(dòng)副來傳遞力和運(yùn)動(dòng)，但剛性運(yùn)動(dòng)副間隙會帶來的沖撞、摩擦、磨損及潤滑問題，及高速運(yùn)動(dòng)中，由機(jī)構(gòu)震動(dòng)帶來的運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定性等問題。柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用機(jī)構(gòu)中柔順鉸鏈自身的柔性變形來完成運(yùn)動(dòng)、力和能量的傳遞和轉(zhuǎn)換，在結(jié)構(gòu)上簡化甚至沒有運(yùn)動(dòng)副，從而避免了傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的問題。在具有機(jī)構(gòu)整體大范圍運(yùn)動(dòng)的一般意義并聯(lián)機(jī)器人上，用柔順關(guān)節(jié)替代傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)副所帶來的優(yōu)越性尚未被揭示出來，而這方面的探索性研究如果能有所突破，顯然具有更加深遠(yuǎn)的理論意義和更加廣闊的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在震動(dòng)、柔順鉸鏈運(yùn)動(dòng)范圍小等問題，本發(fā)明提出了一種具有3個(gè)柔性鉸鏈的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置。在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了柔順鉸鏈，改善了機(jī)構(gòu)本身的震動(dòng)問題并有線尺傳感器用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，提高了機(jī)構(gòu)的精度和穩(wěn)定性。一種柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機(jī)器人裝置，其特征在于:其包括動(dòng)平臺5，靜平臺12，三個(gè)線尺傳感器4及三條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈；靜平臺呈成正三角形分布，三個(gè)線尺傳感器4分別位于正三角形的三條邊的中點(diǎn)位置；靜平臺12上有三個(gè)底座，每個(gè)底座從上至下分別由托盤7，減速器8及伺服電機(jī)9構(gòu)成；三個(gè)伺服電機(jī)分別固定于靜平臺12的三個(gè)角上，三個(gè)減速器8輸出端分別與三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈通過剛性回轉(zhuǎn)副6連接，所述的運(yùn)動(dòng)支鏈包括主動(dòng)桿1，從動(dòng)桿3，兩者由柔性鉸鏈2連接；從動(dòng)桿與動(dòng)平臺通過剛性回轉(zhuǎn)副6連接；托盤7位于減速器8與剛性回轉(zhuǎn)副6之間，其上固定一對限位開關(guān)14，在托盤7上位于主動(dòng)桿正下方固定一個(gè)回零開關(guān)13 ;所述三個(gè)電機(jī)及線尺傳感器4各通過控制線10分別連接于工控機(jī)11。進(jìn)一步，所述的主動(dòng)桿I與從動(dòng)桿3的桿截面為方形空心管結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，主動(dòng)桿與從動(dòng)桿之間的柔性鉸鏈2為C型。所述三個(gè)底座及線尺傳感器4各通過控制線10分別連接于工控機(jī)11?；赗TLinux系統(tǒng)軟件開發(fā)的控制機(jī)，利用可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)時(shí)的接發(fā)指令，使伺服驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)伺服電機(jī)9工作；當(dāng)伺服電機(jī)工作時(shí)帶動(dòng)連接剛性回轉(zhuǎn)副6的主動(dòng)桿I 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，由主動(dòng)桿I與從動(dòng)桿3通過柔性鉸鏈2連接構(gòu)成的三條支鏈并聯(lián)機(jī)構(gòu)裝置，同時(shí)運(yùn)行起來，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)平臺5中心在水平面內(nèi)可沿著橫軸X軸、縱軸Y軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)；由線尺傳感器4記錄動(dòng)平臺的移動(dòng)位置。所述的可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器插于工控機(jī)的PCI插槽上，通過PCI總線與上位機(jī)通訊。這樣，本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置就可以實(shí)現(xiàn)在垂直與Z軸的水平面內(nèi)沿著橫軸X軸、縱軸Y軸的移動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)裝置所述的主動(dòng)桿I與從動(dòng)桿3的桿截面為方形空心管結(jié)構(gòu)，在桿重量不變的前提下，有效的增大桿的剛度，減輕運(yùn)動(dòng)中造成的震動(dòng)。此外主動(dòng)桿與從動(dòng)桿之間的柔性鉸鏈2有別于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副，它是利用自身材料的柔性變形來完成運(yùn)動(dòng)和力的傳遞及轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)。從外觀上這種柔順關(guān)節(jié)呈現(xiàn)C型，當(dāng)桿件相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，裂縫會向中間收攏并且傾斜，實(shí)現(xiàn)大約70°范圍轉(zhuǎn)動(dòng)。與傳統(tǒng)柔順關(guān)節(jié)相比，這種C型彈簧鋼片柔順關(guān)節(jié)沒有軸心漂移現(xiàn)象并且能實(shí)現(xiàn)更大的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。


圖1是本發(fā)明一種柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機(jī)器人裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)主視圖；圖3是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置局部俯視圖；圖4是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)部分柔性鉸鏈主視圖；圖5是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)部分柔性鉸鏈右視圖；圖6是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置柔性鉸鏈的連接主視圖；圖7是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理圖。圖中:1、主動(dòng)桿，2、柔性鉸鏈，3、從動(dòng)桿，4、線尺傳感器,5、動(dòng)平臺，6、剛性回轉(zhuǎn)副
7、托盤，8、減速器，9、伺服電機(jī)，10、控制線，11、工控機(jī)，12、靜平臺，13、回零開關(guān)，14限位開關(guān)。
具體實(shí)施例方式一種柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機(jī)器人裝置，其特征在于:其包括動(dòng)平臺5，靜平臺12，三個(gè)線尺傳感器4及三條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈；靜平臺呈成正三角形分布，三個(gè)線尺傳感器4分別位于正三角形的三條邊的中點(diǎn)位置；靜平臺12上有三個(gè)底座，每個(gè)底座從上至下分別由托盤7，減速器8及伺服電機(jī)9構(gòu)成；三個(gè)伺服電機(jī)分別固定于靜平臺12的三個(gè)角上，三個(gè)減速器8輸出端分別與三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈通過剛性回轉(zhuǎn)副6連接，所述的運(yùn)動(dòng)支鏈包括主動(dòng)桿1，從動(dòng)桿3，兩者由柔性鉸鏈2連接；從動(dòng)桿與動(dòng)平臺通過剛性回轉(zhuǎn)副6連接；托盤7位于減速器8與剛性回轉(zhuǎn)副6之間，其上固定一對限位開關(guān)14，在托盤7上位于主動(dòng)桿正下方固定一個(gè)回零開關(guān)13 ;所述三個(gè)電機(jī)及線尺傳感器4各通過控制線10分別連接于工控機(jī)11。所述的主動(dòng)桿I與從動(dòng)桿3的桿截面為方形空心管結(jié)構(gòu)。主動(dòng)桿與從動(dòng)桿之間的柔性鉸鏈2為C型。主要零件尺寸:主動(dòng)桿尺寸20*20*374，材料:鋁方管2017從動(dòng)桿尺寸20*20*380，材料:鋁方管2017C形柔順關(guān)節(jié):尺寸R30，材料:彈簧鋼片，厚度0.2mm將主要零件通過發(fā)明內(nèi)容中的描述方式連接搭建實(shí)驗(yàn)臺，在XY軸平面內(nèi)運(yùn)行半徑為IOOmm整圓軌跡，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果如下:
權(quán)利要求
1.一種柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機(jī)器人裝置，其特征在于: 其包括動(dòng)平臺(5)，靜平臺(12)，三個(gè)線尺傳感器(4)及三條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈；靜平臺呈成正三角形分布，三個(gè)線尺傳感器(4)分別位于正三角形的三條邊的中點(diǎn)位置；靜平臺(12)上有三個(gè)底座，每個(gè)底座從上至下分別由托盤(7)，減速器(8)及伺服電機(jī)(9)構(gòu)成；三個(gè)伺服電機(jī)分別固定于靜平臺(12)的三個(gè)角上，三個(gè)減速器(8)輸出端分別與三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈通過剛性回轉(zhuǎn)副(6)連接，所述的運(yùn)動(dòng)支鏈包括主動(dòng)桿(1)，從動(dòng)桿(3)，兩者由柔性鉸鏈(2)連接；從動(dòng)桿與動(dòng)平臺通過剛性回轉(zhuǎn)副(6)連接；托盤(7)位于減速器(8)與剛性回轉(zhuǎn)副(6)之間，其上固定一對限位開關(guān)(14)，在托盤(7)上位于主動(dòng)桿正下方固定一個(gè)回零開關(guān)(13);所述三個(gè)電機(jī)及線尺傳感器(4)各通過控制線(10)分別連接于工控機(jī)(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機(jī)器人裝置，其特征在于: 所述的主動(dòng)桿(I)與從動(dòng)桿(3)的桿截面為方形空心管結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機(jī)器人裝置，其特征在于: 主動(dòng)桿與從動(dòng)桿之間的柔性鉸鏈(2)為C型。
全文摘要
一種柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機(jī)器人裝置屬于機(jī)械領(lǐng)域。其包括動(dòng)平臺，靜平臺，三個(gè)線尺傳感器及三條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動(dòng)支鏈；靜平臺呈成正三角形分布，三個(gè)線尺傳感器分別位于正三角形的三條邊的中點(diǎn)位置；靜平臺上有三個(gè)底座，每個(gè)底座從上至下分別由托盤，減速器及伺服電機(jī)構(gòu)成；三個(gè)伺服電機(jī)分別固定于靜平臺的三個(gè)角上，三個(gè)減速器輸出端分別與三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈通過剛性回轉(zhuǎn)副連接，所述的運(yùn)動(dòng)支鏈包括主動(dòng)桿，從動(dòng)桿，兩者由柔性鉸鏈連接；托盤位于減速器與剛性回轉(zhuǎn)副之間，其上固定一對限位開關(guān)和一個(gè)回零開關(guān)；三個(gè)電機(jī)及線尺傳感器各通過控制線分別連接于工控機(jī)。本裝置解決了現(xiàn)有柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在震動(dòng)、柔順鉸鏈運(yùn)動(dòng)范圍小等問題。
文檔編號B25J9/00GK103111999SQ20131005759
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月23日
發(fā)明者馬蘭, 余躍慶, 李淵, 崔忠煒 申請人:北京工業(yè)大學(xué)