基于平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有冗余驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種混聯(lián)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人可以應(yīng)用在焊接、噴漆、搬運(yùn)、汽車裝配、石材雕刻等領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展已成為現(xiàn)代工業(yè)制造的標(biāo)志，其中基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人是近幾十年的新型分支，平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，具有剛度大、精度高、速度高、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)；與空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、控制容易等優(yōu)點(diǎn)，已成為機(jī)器人和機(jī)構(gòu)領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)之一。公開號(hào)為CN104057442A、CN104526684A的中國專利公開的基于空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)提出的混聯(lián)機(jī)器人，其空間結(jié)構(gòu)模型復(fù)雜；公開號(hào)為CN103101050B的中國專利，公開了一種新型平面兩自由度冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)移動(dòng)平臺(tái)、公開號(hào)為CN103101049B的中國專利公開了一種具有新型冗余驅(qū)動(dòng)支鏈的三自由度平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其均為平面機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。目前，瑞典Exechon公司開發(fā)的LINKS-EXE700型新一代五軸加工中心，以及天津大學(xué)開發(fā)的TriVariant五自由度混聯(lián)機(jī)器人，平面并聯(lián)結(jié)構(gòu)5R、3PRR及3RRR等已受到很多學(xué)者的關(guān)注，并展開了廣泛且深入的研宄；然而空間混聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)自由度數(shù)少、存在奇異點(diǎn)等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用范圍；自由度的欠缺使得機(jī)器人無法完成復(fù)雜曲面的加工，機(jī)構(gòu)奇異使得機(jī)器人整體剛度降低，甚至使機(jī)器人失控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)力學(xué)建模容易、易于控制、模塊化程度高、能夠有效的避免奇異位型、增大整體剛度的基于平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有冗余驅(qū)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)器人。
[0005]本發(fā)明主要包括固定平臺(tái)、可移動(dòng)平臺(tái)、可擺動(dòng)工作臺(tái)、兩個(gè)立柱、橫梁、四條支鏈、動(dòng)平臺(tái)和主軸頭，其中，在固定平臺(tái)上面兩側(cè)各設(shè)有一面開口相對(duì)的箱體型立柱，這兩個(gè)立柱的上端設(shè)有連接這兩個(gè)立柱的橫梁，在與立柱相對(duì)應(yīng)的橫梁兩側(cè)分別設(shè)有電機(jī)座，兩個(gè)為一組的伺服電機(jī)分別固定在電機(jī)座上，在每個(gè)立柱的箱體內(nèi)，每臺(tái)伺服電機(jī)的輸出端分別通過聯(lián)軸器與四個(gè)絲杠的一端相連，在絲杠靠近聯(lián)軸器一端均設(shè)有固定在立柱上的絲杠上支撐座，在絲杠的另一端均設(shè)有固定在立柱上的絲杠下支撐座，每個(gè)立柱上的兩個(gè)絲杠固定在絲杠上支撐座和下支撐座上，每個(gè)絲杠上均設(shè)有絲杠螺母，兩個(gè)小滑塊分別固定在靠動(dòng)平臺(tái)一側(cè)的絲杠的螺母上，兩個(gè)大滑塊分別固定在另一個(gè)絲杠的螺母上，該大滑塊的一側(cè)均設(shè)有通孔，上述靠動(dòng)平臺(tái)一側(cè)的絲杠穿過上述通孔，大滑塊和小滑塊的兩側(cè)均設(shè)有對(duì)稱分布的導(dǎo)軌槽，該導(dǎo)軌槽與固定在上述立柱內(nèi)壁上的導(dǎo)軌相配合。
[0006]所述四條支鏈結(jié)構(gòu)相同，第一支鏈和第四支鏈的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與上述左右絲杠上的小滑塊連接，第二支鏈和第三支鏈的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與上述左右絲杠上的大滑塊連接，第一支鏈和第二支鏈的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)的一端連接，第三支鏈和第四支鏈的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)的另一端連接，在動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有主軸頭。所述的第一支鏈和第二支鏈中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第一支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線水平面的上方，第二支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線水平面的下方。所述的第三支鏈和第四支鏈中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第四支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線水平面的上方，第三支鏈位于過該重合轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線水平面的下方。
[0007]在固定平臺(tái)的中間的一端設(shè)有電機(jī)座，可移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)固定在電機(jī)座上，在固定平臺(tái)中間設(shè)有與可移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)同軸的貫通固定平臺(tái)的凹槽，在該凹槽內(nèi)，可移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)的輸出端通過聯(lián)軸器與移動(dòng)平臺(tái)絲杠的一端連接，在移動(dòng)平臺(tái)絲杠的兩端設(shè)有固定在固定平臺(tái)上的移動(dòng)平臺(tái)絲杠上支撐座和移動(dòng)平臺(tái)絲杠下支撐座，通過上支撐座和下支撐座固定絲杠，該移動(dòng)平臺(tái)絲杠上設(shè)有絲杠螺母，該絲杠螺母固定在可移動(dòng)平臺(tái)底部；在上述凹槽兩側(cè)的固定平臺(tái)上沿凹槽方向分別設(shè)有移動(dòng)平臺(tái)導(dǎo)軌，固定在可移動(dòng)平臺(tái)底部?jī)啥说囊苿?dòng)平臺(tái)導(dǎo)軌槽分別與可移動(dòng)平臺(tái)導(dǎo)軌相配合。
[0008]在可移動(dòng)平臺(tái)平面上兩側(cè)沿可移動(dòng)平臺(tái)導(dǎo)軌方向分別設(shè)有一個(gè)支耳，該支耳與設(shè)在可擺動(dòng)工作臺(tái)底部?jī)蓚?cè)的支耳通過銷軸連接，在一側(cè)的可移動(dòng)平臺(tái)的支耳和可擺動(dòng)工作臺(tái)的支耳之間設(shè)有固定在可擺動(dòng)工作臺(tái)底部的大齒輪，大齒輪旋轉(zhuǎn)軸線與可擺動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副(銷軸)軸線重合，可擺動(dòng)工作臺(tái)伺服電機(jī)固定在可移動(dòng)平臺(tái)上，可擺動(dòng)工作臺(tái)伺服電機(jī)的輸出端穿過可移動(dòng)平臺(tái)的支耳與小齒輪相連，該小齒輪與上述大齒輪相嚙合。
[0009]本發(fā)明的四條支鏈還有第二種結(jié)構(gòu)和連接方式:
[0010]四條支鏈中的第一支鏈和第四支鏈結(jié)構(gòu)相同，第二支鏈和第三支鏈結(jié)構(gòu)相同，第一和第四支鏈的長(zhǎng)度和第二和第三支鏈的長(zhǎng)度的比例約為3:2，第一支鏈和第四支鏈的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與左右絲杠上的小滑塊連接，第二支鏈和第三支鏈的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與左右絲杠上的大滑塊連接，第一支鏈和第二支鏈的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)的一端連接，第三支鏈和第四支鏈的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)的另一端連接；固定在立柱內(nèi)壁上的絲杠的底端與可擺動(dòng)工作臺(tái)處于水平位置時(shí)的平面平齊，其它部件和連接關(guān)系與第一種方式相同。
[0011]當(dāng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)處于非奇異位型時(shí)，所述的四條支鏈中的任意一條均可作為冗余驅(qū)動(dòng)分支；當(dāng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)支鏈處在奇異位置時(shí)，處在奇異位置分支同側(cè)的另一支鏈作為冗余驅(qū)動(dòng)分支。
[0012]本發(fā)明的工作過程大致如下，固定于橫梁上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠和螺母配合運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過四條支鏈傳遞運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)兩移一轉(zhuǎn)三自由度的運(yùn)動(dòng):上下移動(dòng)、左右移動(dòng)、在豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)；可移動(dòng)平臺(tái)通過其驅(qū)動(dòng)組件可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)前后移動(dòng)；通過可擺動(dòng)工作臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)平臺(tái)上方的可擺動(dòng)工作臺(tái)另一方向的擺動(dòng)；結(jié)合上述平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度、可移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)自由度及可擺動(dòng)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，可以實(shí)現(xiàn)空間五自由度運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在實(shí)際工作中所需完成的空間動(dòng)作。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0014]1、具有冗余驅(qū)動(dòng)，克服了普通并聯(lián)機(jī)構(gòu)中存在的奇異點(diǎn)的問題，同時(shí)有效增大了并聯(lián)機(jī)器人的工作空間，提高了機(jī)構(gòu)的整體剛度；
[0015]2、驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定于機(jī)架上不隨支鏈運(yùn)動(dòng)，有效的降低了機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
[0016]3、分支運(yùn)動(dòng)鏈短，響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且緊湊，動(dòng)力學(xué)建模容易，模塊化程度高，有良好的制造和裝配工藝性；
[0017]4、可擺動(dòng)工作臺(tái)與固定平臺(tái)上的可移動(dòng)平臺(tái)串聯(lián)，與并聯(lián)部分獨(dú)立，有效的避免了由于零部件加工誤差和裝配誤差引起的誤差積累，具有較好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的立體整體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的立體整體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。
[0020]圖3為圖1的支鏈局部示意圖。
[0021]圖4為圖2的支鏈局部示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明的可移動(dòng)平臺(tái)和可擺動(dòng)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6為本發(fā)明凹槽和導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中
[0025]1:固定平臺(tái)、2:第二支鏈、3:動(dòng)平臺(tái)、4:第一支鏈、5:立柱(左)、6:橫梁、7:立柱(右)、8:第四支鏈、9:主軸頭、10:第三支鏈、11:可擺動(dòng)工作臺(tái)、12:可移動(dòng)平臺(tái)、13:絲杠下支撐座、14:大滑塊、15:絲杠、16:滑塊螺母、17:絲杠上支撐座、18:聯(lián)軸器、19:伺服電機(jī)、20:小滑塊、21:導(dǎo)軌槽、22:導(dǎo)軌、23、可移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)、24:可擺動(dòng)工作臺(tái)伺服電機(jī)、25:大齒輪、26:小齒輪、27:移動(dòng)平臺(tái)導(dǎo)軌槽、28:移動(dòng)平臺(tái)絲杠上支撐座、29:移動(dòng)平臺(tái)絲杠、30:移動(dòng)平臺(tái)絲杠螺母、31:移動(dòng)平臺(tái)絲杠下支撐座、32:移動(dòng)平臺(tái)導(dǎo)軌、33:移動(dòng)平臺(tái)聯(lián)軸器。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1