CN101947784A - 一种可拆装模块化并联机器人 - Google Patents

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王振华
孙立宁
王晓强
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Abstract

本发明涉及一种可拆装模块化并联机器人，所述的机器人包括静止平台模块，静止平台模块的内部设有运动支链模块，运动支链模块的下端连接运动平台模块，运动平台模块上设有末端执行器模块；静止平台模块包括静止平台，静止平台上方设有吊环螺钉，下方设有立柱，立柱的下方设有下安装平台，下安装平台的下方设有支脚；运动支链模块由连接器模块将连杆模块和驱动模块连接，运动副模块设置在连杆模块和驱动模块内。通过模块重组来改变机器人构型以获得不同构型与工作空间的并联机器人，各模块设计标准接口，具备可拆装性，便于机器人的重组与拆装。根据工作需求，从模块库中选择适当的模块元件进行装配，配置出性能满足需求的并联机器人。

Description

一种可拆装模块化并联机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人技术领域，尤其是涉及一种可拆装的模块化并联机器人。
背景技术
并联机器人从20世纪80年代以来，成为机器人领域中的几个研究热点之一，美国、英国、日本、法国、德国、俄罗斯、韩国等国家的研究机构和企业先后开展了对并联机器人的研究。我国的燕山大学、哈尔滨工业大学、清华大学、天津大学、中科院沈阳自动化所等单位先后开展了研究，并研制出多台样机，目前关于并联机器入的研究开发和应用正日益广泛。
随着社会的发展，产品生产周期日益缩短，要求企业具备快速响应市场变化的能力，推出满足市场的新产品。可拆装模块化并联机器人正是为了适应快速变化的市场需求并且兼顾机器人教学性，可以快速重构为不同结构的并联机构，具备不同的工作空间，机械接口标准化，便于机器人的重构和拆装，易于教学与工业应用。但目前问世的并联机器人样机和用于工程设计的并联机器人并不多，具备教学型与工业应用的并联机器人更是罕见。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具备教学型与工业应用的可拆装模块化并联机器人。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种可拆装模块化并联机器人，所述的机器人包括静止平台模块，静止平台模块的内部设有运动支链模块，运动支链模块的下端连接运动平台模块，运动平台模块上设有末端执行器模块。
为了使静止平台模块稳定不晃动，所述的静止平台模块包括静止平台，静止平台上方设有吊环螺钉，下方设有立柱，立柱的下方设有下安装平台，下安装平台的下方设有支脚。
为了使机器人的运动情况平稳，所述的运动支链模块由连接器模块将连杆模块和驱动模块连接，运动副模块设置在连杆模块和驱动模块内。所述的驱动模块由直线驱动单元驱动运动滑台模块组成。所述的运动副模块包括连杆模块上的上虎克铰副和下虎克铰副，上下虎克铰副上设有销钉，还包括在驱动模块中的丝杠和丝杠螺母。所述的虎克铰副上设有与连杆模块连接的杆固定模块。所述的直线驱动单元包括电机，电机上设有电机支座，电机通过联轴器与丝杠连接，上支座和下支座分别位于丝杠的两端，上支座和下支座之间还设有光杠，光杠上设有运动滑台，运动滑台与丝杠螺母连接。
本发明的有益效果是：此机器人具备教学型与工业应用；因为大多数并联机器人组成机构类似，包含一些基本的相同模块，通过构造运动支链的数量、种类、顺序等获得不同运动性能的支链模块，应用模块化设计思想兼顾教学性，通过模块重组来改变机器人构型以获得不同构型与工作空间的并联机器人，各模块设计标准接口，具备可拆装性，便于机器人的重组与拆装。根据工作需求，确定构型及运动范围，从模块库中选择适当的模块元件进行装配，配置出性能满足需求的并联机器人。
附图说明
图1是本发明的总体模块示意图；
图2是本发明的总体模块示意图的俯视图；
图3是本发明的运动支链模块的结构示意图；
图4是本发明的6-6HU(RU)结构示意图；
图5是本发明的6-6HU(RU)结构示意图的俯视图；
图6是本发明的3-6HU(RU)结构示意图；
图7是本发明的3-6HU(RU)结构示意图的俯视图。
1、静止平台模块  2、运动支链模块  3、运动平台模块
4、末端执行器模块  1-1、吊环螺钉  1-2、静止平台  1-3、立柱
1-4、下安装平台  1-5、支脚  2-1、直线驱动单元  2-2、运动滑台模块
2-3、连接器模块  2-5、连杆模块  2-6、杆固定模块  2-1.1、电机
2-1.2、电机支座  2-1.3、联轴器  2-1.4、上支座  2-1.5、丝杠
2-1.6、丝杠螺母  2-1.7、运动滑台  2-1.8、光杠  2-1.9、下支座
2-4.1、上虎克铰副  2-4.2、销钉  2-4.3、下虎克铰副
具体实施方式
如图1和图2所示一种可拆装模块化并联机器人，所述的机器人包括静止平台模块1，静止平台模块1的内部设有运动支链模块2，运动支链模块2的下端连接运动平台模块3，运动平台模块3上设有末端执行器模块4；所述的静止平台模块1包括静止平台1-2，静止平台1-2上方设有吊环螺钉1-1，下方设有立柱1-3，立柱1-3的下方设有下安装平台1-4，下安装平台1-4的下方设有支脚1-5。通过标准件连接，可以通过改变运动支链模块各子模块的组合形式获得不同规格的运动支链模块，进而构成两种典型并联结构的机器人。
如图3所示所述的运动支链模块2由连接器模块2-3将连杆模块2-5和驱动模块连接，运动副模块设置在连杆模块2-5和驱动模块内，所述的驱动模块由直线驱动单元2-1驱动运动滑台模块2-2组成，所述的运动副模块包括连杆模块2-5上的上虎克铰副2-4.1和下虎克铰副2-4.3，上下虎克铰副上设有销钉2-4.2，还包括在驱动模块中的丝杠2-1.5和丝杠螺母2-1.6，所述的虎克铰副上设有与连杆模块2-5连接的杆固定模块2-6，所述的直线驱动单元2-1包括电机2-1.1，电机2-1.1上设有电机支座2-1.2，电机2-1.1通过联轴器2-1.3与丝杠2-1.5连接，上支座2-1.4和下支座2-1.9分别位于丝杠2-1.5的两端，上支座2-1.4和下支座2-1.9之间还设有光杠2-1.8，光杠2-1.8上设有运动滑台2-1.7，运动滑台2-1.7与丝杠螺母2-1.6连接。驱动原理为电机2-1.1通过联轴器2-1.3带动安装在支座上的丝杠2-1.5旋转，丝杠螺母2-1.6随之移动并带动与之相连的运动滑台2-1.7移动，运动滑台2-1.7与虎克铰相连，实现整个运动支链模块2的直线驱动。
如图4所示6-6HU(RU)型并联机器人是Stewart机器人家族中的一种机型(PSS型的变异)，(其中6和3分别代表上、下平台的关节结点数，H、U、R为运动副代号虎克铰U、丝杠螺母副H、转动副R)，具有六个自由度、六条支链的对称机构，支链形式为HU(RU)，驱动采用六个丝杠螺母副驱动，电机2-1.1的滚珠丝杠螺母副固定在立柱1-3上，立柱1-3与静止平台模块1联接，两虎克铰通过连杆连接，并分别与运动滑台模块2-2、运动平台模块3连接。如图5所示特征在于采用六个直线驱动副，运动平台模块3上两相邻的下虎克铰2-4.3与连杆模块2-5、运动滑台模块2-2的上虎克铰2-4.1构成一个近似三角形(运动滑台模块2-2上两相邻支链距离视为无限小)，加上运用承载性好，转角范围大，灵活性好的虎克铰联接各模块，使得该结构精巧，具备较大运动范围与倾角的特征。
如图6所示Delta并联机器人是一种实现三平动的并联机器人。Delta机器人的并联机构由静止平台模块1、运动平台模块3和三条运动支链模块2构成，运动支链模块2由丝杠螺母副和一4U复合运动副构成，四个虎克铰构成一平行四边形机构(如图7所示)。驱动副采用丝杠螺母副驱动并固接在静止平台模块1上，复合运动副4U一端通过连接器模块2-3与电机2-1.1的滚珠丝杠螺母副连接，另一端与运动平台模块3连接。特征在于采用三个直线驱动单元2-1，4U复合运动副由4个虎克铰组合而成，两虎克铰与运动平台模块3相连，两虎克铰通过连接器模块2-3与运动滑台模块2-2相连。凡根据本发明内容所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可拆装模块化并联机器人，其特征是：所述的机器人包括静止平台模块(1)，静止平台模块(1)的内部设有运动支链模块(2)，运动支链模块(2)的下端连接运动平台模块(3)，运动平台模块(3)上设有末端执行器模块(4)。
2.根据权利要求1所述的可拆装模块化并联机器人，其特征是：所述的静止平台模块(1)包括静止平台(1-2)，静止平台(1-2)上方设有吊环螺钉(1-1)，下方设有立柱(1-3)，立柱(1-3)的下方设有下安装平台(1-4)，下安装平台(1-4)的下方设有支脚(1-5)。
3.根据权利要求1所述的可拆装模块化并联机器人，其特征是：所述的运动支链模块(2)由连接器模块(2-3)将连杆模块(2-5)和驱动模块连接，运动副模块设置在连杆模块(2-5)和驱动模块内。
4.根据权利要求3所述的可拆装模块化并联机器人，其特征是：所述的驱动模块由直线驱动单元(2-1)驱动运动滑台模块(2-2)组成。
5.根据权利要求1所述的可拆装模块化并联机器人，其特征是：所述的运动副模块包括连杆模块(2-5)上的上虎克铰副(2-4.1)和下虎克铰副(2-4.3)，上下虎克铰副上设有销钉(2-4.2)，还包括在驱动模块中的丝杠(2-1.5)和丝杠螺母(2-1.6)。
6.根据权利要求5所述的可拆装模块化并联机器人，其特征是：所述的虎克铰副上设有与连杆模块(2-5)连接的杆固定模块(2-6)。
7.根据权利要求4所述的可拆装模块化并联机器人，其特征是：所述的直线驱动单元(2-1)包括电机(2-1.1)，电机(2-1.1)上设有电机支座(2-1.2)，电机(2-1.1)通过联轴器(2-1.3)与丝杠(2-1.5)连接，上支座(2-1.4)和下支座(2-1.9)分别位于丝杠(2-1.5)的两端，上支座(2-1.4)和下支座(2-1.9)之间还设有光杠(2-1.8)，光杠(2-1.8)上设有运动滑台(2-1.7)，运动滑台(2-1.7)与丝杠螺母(2-1.5)连接。
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