一種可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手，包括基于3-RUU運動鏈的Delta型并聯(lián)機械手機體、承載主平臺以及基于3-PUU運動鏈的主平臺支架，其中，所述Delta型并聯(lián)機械手機體裝于承載主平臺上，并由所述承載主平臺上的伺服電機通過傳動四桿機構(gòu)驅(qū)動；所述承載主平臺由基于3-PUU運動鏈的主平臺支架支撐，具有空間三個平動自由度，可上下升降及平面移動。本實用新型同時基于3-PUU和3-RUU運動鏈，可以使承載主平臺獲得空間運動范圍，不僅可以升降，還可以作平面移動，進(jìn)而讓二級動平臺(Delta型并聯(lián)機械手機體的末端執(zhí)行元件)擁有更大的可達(dá)工作空間和靈活工作空間。
【專利說明】一種可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及Delta并聯(lián)機器人的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手。

【背景技術(shù)】
[0002]Delta并聯(lián)機器人是目前商業(yè)應(yīng)用最成功的并聯(lián)機器人，在各行各業(yè)有著非常廣闊的應(yīng)用前景。在國外經(jīng)過了二十多年的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)已經(jīng)非常的成熟，且廣泛應(yīng)用于電子、食品和醫(yī)藥等行業(yè)，完成諸如抓取、分揀以及包裝等大量的重復(fù)性操作。而在我國，Delta并聯(lián)機器人不論是應(yīng)用還是開發(fā)都是從2010年開始剛剛起步，Delta并聯(lián)機器人的生產(chǎn)正處于剛剛起步階段，性能上低于國外機器人，國內(nèi)用戶的認(rèn)知度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，工業(yè)機械手市場狹窄，嚴(yán)重阻礙我國工業(yè)自動化發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點，提供一種設(shè)計獨特、合理可靠、使用方便、高精度定位的可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的技術(shù)方案為:一種可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手，包括有基于3-RUU運動鏈的Delta型并聯(lián)機械手機體、承載主平臺以及基于3-PUU運動鏈的主平臺支架，其中，所述Delta型并聯(lián)機械手機體裝于承載主平臺上，并由所述承載主平臺上的伺服電機通過傳動四桿機構(gòu)驅(qū)動；所述承載主平臺由基于3-PUU運動鏈的主平臺支架支撐，具有空間三個平動自由度，可上下升降及平面移動。
[0005]所述Delta型并聯(lián)機械手機體包括有可拆卸的末端執(zhí)行元件以及用于帶動該末端執(zhí)行元件移動的多組機械臂，其中，每組機械臂均包括有深溝球軸承、上臂、下臂，所述上臂的一端裝配有深溝球軸承，并延伸成型有與傳動四桿機構(gòu)連接的連接桿，所述上臂的另一端通過四級約束的第一關(guān)節(jié)軸承與下臂的一端連接，所述下臂的另一端通過四級約束的第二關(guān)節(jié)軸承與末端執(zhí)行元件連接。
[0006]所述承載主平臺上集成有多個伺服電機以及控制系統(tǒng)部件，其中，所述多個伺服電機的數(shù)量應(yīng)與Delta型并聯(lián)機械手機體的機械臂數(shù)量相一致，一個伺服電機驅(qū)動一組機械臂，且每個伺服電機均通過聯(lián)軸器連接一個傳動四桿機構(gòu)。
[0007]所述主平臺支架包括有間隙可調(diào)的雙導(dǎo)軌、支撐臂、支撐板、定位三腳架、直線位移驅(qū)動器，其中，所述雙導(dǎo)軌有三組呈三角形分布，設(shè)在承載主平臺下方，并經(jīng)定位三腳架固定，每組雙導(dǎo)軌上均安裝有可沿其軌跡自由滑動的滑塊，所述滑塊由各自相應(yīng)的直線位移驅(qū)動器驅(qū)動做直線運動；所述支撐板有三塊固定安裝在承載主平臺上，呈三角形分布，并與三組雙導(dǎo)軌——對應(yīng)；所述三組雙導(dǎo)軌配套有三組支撐臂，且一組雙導(dǎo)軌對應(yīng)一組支撐臂，每組支撐臂的一端通過四級約束的第三關(guān)節(jié)軸承與相應(yīng)雙導(dǎo)軌上的滑塊連接，其另一端通過四級約束的第四關(guān)節(jié)軸承與相應(yīng)的支撐板連接。
[0008]所述承載主平臺上開有減載槽。
[0009]所述末端執(zhí)行元件采用模塊化設(shè)計。
[0010]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0011]1、本實用新型同時基于3-PUU和3-RUU運動鏈結(jié)構(gòu)，利用該結(jié)構(gòu)的空間三維運動特性，使承載主平臺具有空間三個平動自由度，因而下一級機械臂的運動范圍將大大擴展，改進(jìn)了 Delta型并聯(lián)機械手運動范圍狹窄的不足，由于并聯(lián)結(jié)構(gòu)的特性，使得承載主平臺不僅能夠?qū)崿F(xiàn)升降運動，而且可以實現(xiàn)水平面內(nèi)的活動，3-PUU結(jié)構(gòu)的閉環(huán)特性使得其運動往往具有快速靈活的特點；
[0012]2、本實用新型采用了獨特的雙Delta并聯(lián)衍生機構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)策略，在保證運動系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性的同時，使機構(gòu)能夠快速運動，若將此結(jié)構(gòu)用于工業(yè)生產(chǎn)，則將大大提高工業(yè)生產(chǎn)效率，降低單位產(chǎn)品裝配時間；
[0013]3、本實用新型借助傳動四桿機構(gòu)，設(shè)計了跨越承載平面的傳動結(jié)構(gòu)，該傳動機構(gòu)的加入，使所有原動機及其控制器件能夠集中在承載主平臺上，進(jìn)而簡化鑄造機殼(頂部)的復(fù)雜程度，間接達(dá)到保護(hù)承載主平臺上諸如鋼線軟軸及其控制電機，運動控制板和電路控制系統(tǒng)部件的目的；
[0014]4、相比傳統(tǒng)柱坐標(biāo)控制或笛卡爾坐標(biāo)控制系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)能夠方便實現(xiàn)點對點直線運動，傳統(tǒng)笛卡爾結(jié)構(gòu)的三個平動自由度的實現(xiàn)一般采用絲桿傳動，絲桿傳動具有軸向力大，材料要求高，速度低，安裝結(jié)構(gòu)大，易磨損等缺點，并且由于其結(jié)構(gòu)特性，不能實現(xiàn)三個平動自由度同時作用，即不能從空間一點直線運動到與該點不相關(guān)(共水平面、共垂直面)的另一點；圓柱坐標(biāo)機械手由于其結(jié)構(gòu)特點，對控制旋轉(zhuǎn)自由度的電動機功率，精度方面要求非常高，且難以實現(xiàn)高速運動，慣性大，運動范圍??；3-PUU結(jié)構(gòu)具有高速快捷的特點，不僅可以實現(xiàn)點對點直線運動，而且配合高精度原動機后，其運動精度能夠得到保證，相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有很大優(yōu)勢；
[0015]5、本實用新型采用了的雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，六個導(dǎo)軌平面為整個平臺提供了較好的剛度，配合定位三腳架，大大提高整體抗震特性和平臺穩(wěn)定性，擴大承載能力，雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的雙重定位功能提高機架的定位精度，同時可通過調(diào)整導(dǎo)軌間隙達(dá)到調(diào)整微小誤差的目的；
[0016]6、本實用新型頂部的承載主平臺開有減載槽，不僅可以減少執(zhí)行機構(gòu)慣性，節(jié)省材料，而且配合傳動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對內(nèi)部電路元件和電動機的保護(hù)；
[0017]7、本實用新型工作時有多個原動機運轉(zhuǎn)，其中多個高精度伺服電機為Delta型并聯(lián)機械手機體提供動力，三個直線位移驅(qū)動器為承載主平臺提供動力；在運動時，多個原動機相互配合，能夠大大提高機構(gòu)靈活性，擴大末端執(zhí)行元件的靈活工作空間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型所述Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手的軸視圖。
[0019]圖2為本實用新型所述Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手的俯視圖。
[0020]圖3為本實用新型所述Delta型并聯(lián)機械手機體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4為本實用新型所述承載主平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5為本實用新型所述主平臺支架的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0024]如圖1至圖5所示，本實施例所述的可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手，包括有基于3-RUU運動鏈的Delta型并聯(lián)機械手機體1、承載主平臺2以及基于3-PUU運動鏈的主平臺支架3，其中，所述Delta型并聯(lián)機械手機體1裝于承載主平臺2上，并由所述承載主平臺2上的高精度伺服電機4通過傳動四桿機構(gòu)5驅(qū)動；所述承載主平臺2 (即一級動平臺)由基于3-PUU運動鏈的主平臺支架3支撐，通過自由度螺旋理論的驗證，具有空間三個平動自由度，可上下升降及平面移動，因而下一級機械臂的運動范圍將大大擴展，讓二級動平臺(Delta型并聯(lián)機械手機體1的末端執(zhí)行元件101)擁有更大的可達(dá)工作空間和靈活工作空間，改進(jìn)了 Delta型并聯(lián)機械手運動范圍狹窄的不足，由3-PUU結(jié)構(gòu)的閉環(huán)特性使得其運動往往具有快速靈活的特點。
[0025]所述Delta型并聯(lián)機械手機體1包括有可拆卸的末端執(zhí)行元件101以及用于帶動該末端執(zhí)行元件101移動的三組機械臂，其中，每組機械臂均包括有深溝球軸承102、上臂103、下臂104，所述上臂103的一端裝配有深溝球軸承102，并延伸成型有與傳動四桿機構(gòu)5連接的連接桿103-1，所述上臂103的另一端通過四級約束的第一關(guān)節(jié)軸承105與下臂104的一端連接，所述下臂104的另一端通過四級約束的第二關(guān)節(jié)軸承106與末端執(zhí)行元件101連接；所述末端執(zhí)行元件101采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)不同任務(wù)變換執(zhí)行元件，降低制造成本，提高通用性。
[0026]所述承載主平臺2上集成有三個高精度的伺服電機4以及控制系統(tǒng)部件(圖中未畫出)，此設(shè)計可簡化鑄造機殼(頂部)的復(fù)雜程度，間接達(dá)到保護(hù)上端諸如鋼線軟軸(圖中未畫出)及其控制電機(圖中未畫出)，運動控制板(圖中未畫出)和電路控制系統(tǒng)部件(圖中未畫出)的目的。其中，所述三個伺服電機4與Delta型并聯(lián)機械手機體1的三組機械臂一一對應(yīng)，一個伺服電機4驅(qū)動一組機械臂，且每個伺服電機4均通過聯(lián)軸器7連接一個傳動四桿機構(gòu)5。此外，所述承載主平臺2上開有減載槽6，不僅可以減少執(zhí)行機構(gòu)慣性，節(jié)省材料，而且配合傳動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對內(nèi)部電路元件和電動機的保護(hù)。
[0027]所述主平臺支架3包括有間隙可調(diào)的雙導(dǎo)軌301、支撐臂302、支撐板303、定位三腳架304、直線位移驅(qū)動器(圖中未畫出)，其中，所述雙導(dǎo)軌301有三組呈三角形分布，設(shè)在承載主平臺2下方，并經(jīng)定位三腳架304固定，每組雙導(dǎo)軌301上均安裝有可沿其軌跡自由滑動的一滑塊305，所述滑塊305由各自相應(yīng)的直線位移驅(qū)動器驅(qū)動做直線運動；所述支撐板303有三塊固定安裝在承載主平臺2上，呈三角形分布，并與三組雙導(dǎo)軌301 —一對應(yīng)；所述三組雙導(dǎo)軌301配套有三組支撐臂302，且一組雙導(dǎo)軌301對應(yīng)一組支撐臂302，每組支撐臂302的一端通過四級約束的第三關(guān)節(jié)軸承306與相應(yīng)雙導(dǎo)軌301上的滑塊305連接，其另一端通過四級約束的第四關(guān)節(jié)軸承307與相應(yīng)的支撐板303連接。三個滑塊305由各自相應(yīng)的直線位移驅(qū)動器驅(qū)動，可以實現(xiàn)承載主平臺2 (即一級動平臺)任意軌跡的空間移動，通過指定空間兩點坐標(biāo)，若控制系統(tǒng)以兩點間直線段作為承載主平臺2(即一級動平臺)的軌跡，則將計算出三個滑塊305運動的各種參數(shù)，如位移、速度、加速度等，通過一套算法將運動參數(shù)反映至原動機，就可以實現(xiàn)對該結(jié)構(gòu)的精確控制。
[0028]本實用新型采用的雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，六個導(dǎo)軌平面為整個平臺提供了較好的剛度，配合定位三腳架304，大大提高整體抗震特性和平臺穩(wěn)定性，擴大承載能力。雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的雙重定位功能提高機架的定位精度，同時可通過調(diào)整導(dǎo)軌間隙達(dá)到調(diào)整微小誤差的目的。
[0029]綜上所述，在采用以上方案后，本實用新型的承載主平臺2具有空間三個平動自由度，利用上方三個高精度的伺服電機4，下方三組雙導(dǎo)軌301上的直線位移驅(qū)動器在不同范圍實現(xiàn)兩級控制。Delta型并聯(lián)機械手機體I提供小范圍高精度運動，承載主平臺2的運動提供大范圍運動，從而大大擴展末端執(zhí)行元件101的活動空間。并且基于Delta并聯(lián)機構(gòu)的特點，此種搭配在理論上往往具有高速特性，可以在保證精度和穩(wěn)定性的同時，實現(xiàn)高速運動，非常適合工業(yè)平動裝配工作，值得推廣。
[0030]以上所述之實施例子只為本實用新型之較佳實施例，并非以此限制本實用新型的實施范圍，故凡依本實用新型之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手，其特征在于:包括有基于3-RUU運動鏈的Delta型并聯(lián)機械手機體(I)、承載主平臺(2)以及基于3-PUU運動鏈的主平臺支架(3)，其中，所述Delta型并聯(lián)機械手機體(I)裝于承載主平臺(2)上，并由所述承載主平臺(2)上的伺服電機⑷通過傳動四桿機構(gòu)(5)驅(qū)動；所述承載主平臺(2)由基于3-PUU運動鏈的主平臺支架(3)支撐，具有空間三個平動自由度，可上下升降及平面移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手，其特征在于:所述Delta型并聯(lián)機械手機體(I)包括有可拆卸的末端執(zhí)行元件(101)以及用于帶動該末端執(zhí)行元件(101)移動的多組機械臂，其中，每組機械臂均包括有深溝球軸承(102)、上臂(103)、下臂(104)，所述上臂(103)的一端裝配有深溝球軸承(102)，并延伸成型有與傳動四桿機構(gòu)(5)連接的連接桿(103-1)，所述上臂(103)的另一端通過四級約束的第一關(guān)節(jié)軸承(105)與下臂(104)的一端連接，所述下臂(104)的另一端通過四級約束的第二關(guān)節(jié)軸承(106)與末端執(zhí)行元件(101)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手，其特征在于:所述承載主平臺(2)上集成有多個伺服電機(4)以及控制系統(tǒng)部件，其中，所述多個伺服電機(4)的數(shù)量應(yīng)與Delta型并聯(lián)機械手機體(I)的機械臂數(shù)量相一致，一個伺服電機(4)驅(qū)動一組機械臂，且每個伺服電機(4)均通過聯(lián)軸器(7)連接一個傳動四桿機構(gòu)(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手，其特征在于:所述主平臺支架(3)包括有間隙可調(diào)的雙導(dǎo)軌(301)、支撐臂(302)、支撐板(303)、定位三腳架(304)、直線位移驅(qū)動器，其中，所述雙導(dǎo)軌(301)有三組呈三角形分布，設(shè)在承載主平臺(2)下方，并經(jīng)定位三腳架(304)固定，每組雙導(dǎo)軌(301)上均安裝有可沿其軌跡自由滑動的滑塊(305)，所述滑塊(305)由各自相應(yīng)的直線位移驅(qū)動器驅(qū)動做直線運動；所述支撐板(303)有三塊固定安裝在承載主平臺(2)上，呈三角形分布，并與三組雙導(dǎo)軌(301) —一對應(yīng)；所述三組雙導(dǎo)軌(301)配套有三組支撐臂(302)，且一組雙導(dǎo)軌(301)對應(yīng)一組支撐臂(302)，每組支撐臂(302)的一端通過四級約束的第三關(guān)節(jié)軸承(306)與相應(yīng)雙導(dǎo)軌(301)上的滑塊(305)連接，其另一端通過四級約束的第四關(guān)節(jié)軸承(307)與相應(yīng)的支撐板(303)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手，其特征在于:所述承載主平臺(2)上開有減載槽(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可精密三維移動的Delta結(jié)構(gòu)并聯(lián)機械手，其特征在于:所述末端執(zhí)行元件(101)采用模塊化設(shè)計。
【文檔編號】B25J11/00GK204054063SQ201420427276
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】何凱文, 張東, 蘇建威, 李忠浪, 李俊璋, 梁煒豐 申請人:華南理工大學(xué)