CN102632500B - 一种适用于并联机器人的摆杆驱动结构 - Google Patents

Abstract

一种适用于并联机器人的摆杆驱动结构，包括交流伺服电动机，交流伺服电动机安装在电机安装架上，传动套筒一端与交流伺服电动机的电动机轴固定，传动套筒另一端的插头插入连接盖的插销槽中，连接盖连接谐波减速器的输入轴上，谐波减速器安装在电机安装架，谐波减速器的输出轴连接摆杆支座，大臂摆杆连接到摆杆支座上，交流伺服电机的转动带动传动套筒转动，扭矩通过传动套筒的长方体插头传递给连接盖，进而输入到谐波减速器的输入端，通过谐波减速器的输出轴传递给摆杆支座，进而带动大臂摆杆运动，本发明具有传动机构简洁，高效，精度高，使用寿命长等优点。

Description

一种适用于并联机器人的摆杆驱动结构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种适用于并联机器人的摆杆驱动结构。

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。并联机器人是指由固定平台到运动平台用两个或者两个以上运动链相连，机构具有两个或者两个以上自由度，且驱动至少分布在两个或者两个以上分支运动链上的机器人。它具有刚度大、承载能力强、累积误差小、运动精度高、动力性能好等一系列优点。并联机器人在很多工程领域得到广泛应用，如喷漆、焊接、搬运、装配等场合。其中成功应用的并联机器人有Delta机器人及其衍生产品。

Delta机器人是一个平动3自由度高速并联机器人，由于其基座平台和运动平台都是呈三角状而得名。Delta机器人由静平台、动平台、3根主动杆、3个平行四边形从动支链组成。基座平台的三边通过三条相同的运动链分别连接到动平台的三边上。每条运动链中有一个由四个球铰与杆件组成的平行四边形闭环，此闭环再与一个带转动关节的驱动臂相串联，驱动臂的一端固定在静平台上，在电动机的驱动下作一定角度的摆动。这三条运动链决定了运动平台的运动特性。运动平台不能绕任何轴线旋转，你可以在直角坐标空间沿x，y，z三个方向平移运动，即具有三个自由度。在实际的应用中只有这三个自由度往往是不够的，因此人们对Delta机器人做了一些改进，例如Par4机器人，它使用4个对称传动链，驱动摆杆的方式为伺服电动机接行星齿轮减速器，之后连接机器人的摆动臂。由于行星齿轮减速器体积较大，使得本身就不大机器人更加臃肿。另外行星齿轮减速器还伴随有齿轮间隙等影响精度的问题，为机器人的精确动作带来了很多的不确定性。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种适用于并联机器人的摆杆驱动结构，具有传动机构简洁，高效，精度高，使用寿命长的优点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术解决方案如下：

一种适用于并联机器人的摆杆驱动结构，包括交流伺服电动机1，交流伺服电动机1安装在电机安装架2上，传动套筒5一端与交流伺服电动机1的电动机轴固定，传动套筒5另一端的插头12插入连接盖6的插销槽11中，连接盖6连接在谐波减速器3的输入轴上，谐波减速器3安装在电机安装架2，谐波减速器3的输出轴连接摆杆支座8，大臂摆杆10连接到摆杆支座8上。

所述的谐波减速器3包括固定于安装架2上的带有内齿圈的刚性齿轮19，刚性齿轮19的内部啮合带有外齿圈的柔性齿轮20，波发生器21周围装有滚珠构成轴承，与柔性齿轮20的内壁相互压紧，波发生器21是一个椭圆部件，谐波减速器3中的刚性齿轮19为固定端，波发生器21为输入端，柔性齿轮20为输出端。

所述的插头12与插销槽11为过盈配合。

所述的大臂摆杆10采用碳纤维材质。

本发明与现有的技术相比具有以下优点：

1、本发明中采用谐波减速器3，精度高，寿命长。

2、本发明中的谐波减速器3输入端采用插销方式连接，方便安装与拆卸。

3、本发明结构紧凑，精度高，传动效率高。

4、本发明所使用大臂摆杆10为碳纤维杆，具有重量轻，强度高的特点。

附图说明

图1为本发明的分解图。

图2为本发明的总体结构示意图。

图3为传动用插销连接零件示意图。

图4为本发明的谐波减速器3的结构示意图。

图5为使用本发明的一种并联机器人。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参照图1和图2，一种适用于并联机器人的摆杆驱动结构，包括交流伺服电动机1，交流伺服电动机1使用螺栓组安装在电机安装架2上，传动套筒5一端使用顶丝与交流伺服电动机1的电动机轴固定，如图3所示，传动套筒5的另一端有一个长方体插头12，插头12插入连接盖6的长方形插销槽11中，插头12与插销槽11为过盈配合，这样使得电机的转动可以传递到连接盖6上，并消除连接的间隙，图1中连接盖6通过螺栓7连接到谐波减速器3的输入轴上，谐波减速器3通过螺栓组4安装在电机安装架2上，谐波减速器3的输出轴通过螺栓组9连接摆杆支座8，摆杆支座8将连接盖6完全盖住，使得高速旋转的减速器输入轴被封闭起来，使结构更加安全，并联机器人大臂摆杆10采用碳纤维材质，可以减轻运动系统的惯性，同时也具有很高的结构强度，大臂摆杆10的一端通过胶粘在摆杆支座8上。

参照图4，本发明的谐波减速器3包括带有内齿圈的刚性齿轮19，它相当于行星系中的中心轮，刚性齿轮19的内部啮合带有外齿圈的柔性齿轮20，柔性齿轮20相当于行星齿轮，波发生器21周围装有滚珠构成轴承，与柔性齿轮20的内壁相互压紧，波发生器21相当于行星架，波发生器21是一个椭圆部件，谐波减速器3中的刚性齿轮19为固定端，波发生器21为输入端，柔性齿轮20为输出端，刚性齿轮19固定于安装架2上。

本发明的工作原理为：

交流伺服电机1的转动带动传动套筒5转动，扭矩通过传动套筒5的长方体插头12传递给连接盖6，进而输入到谐波减速器3的输入端，谐波减速器3的输入端连接波发生器21，波发生器21是一个椭圆形部件，其周围装有滚珠构成轴承，与柔性齿轮20的内壁相互压紧，柔性齿轮20为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，当波发生器21装入柔性齿轮20后，迫使柔性齿轮20的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚性齿轮19的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚性齿轮19完全脱开，周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态，当波发生器21沿图4所示方向连续转动时，柔性齿轮20的变形不断改变，使柔性齿轮20与刚性齿轮19的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地进行，从而实现柔性齿轮20相对刚性齿轮19沿波发生器21相反方向的缓慢旋转，刚性齿轮19固定于安装架2上，柔性齿轮20连接谐波减速器3的输出轴，之后连接摆杆支座8，这样交流伺服电机1的转动就可带动大臂摆杆10摆动。

如图5所示为本发明所适用的一种并联机器人，其是一个4自由度并联机器人。它包含静平台13、工作机构18及4个运动链。静平台13上安装有本发明14，交流伺服电机的转动经过连接件及减速器带动摆杆摆动，摆杆通过球铰16连接传动杆17，传动杆17通过球铰将运动传递到工作机构18上。运动机构为一平行四边形机构，该机构自身有一个转动自由度。通过4个交流伺服电机的位置精确控制，4个摆杆的共同运动将工作机构18的4个连接处进行牵引，进而完成空间3个平动和自身一个转动的运动。这样完成对并联机器人的驱动。

Claims (2)

1.一种适用于并联机器人的摆杆驱动结构，包括交流伺服电动机(1)，其特征在于：交流伺服电动机(1)安装在电机安装架(2)上，传动套筒(5)一端与交流伺服电动机(1)的电动机轴固定，传动套筒(5)另一端的长方体插头(12)插入连接盖(6)的插销槽(11)中，连接盖(6)连接谐波减速器(3)的输入轴上，谐波减速器(3)安装在电机安装架(2)，谐波减速器(3)的输出轴连接摆杆支座(8)，大臂摆杆(10)连接到摆杆支座(8)上；

所述的谐波减速器(3)包括固定于安装架(2)上的带有内齿圈的刚性齿轮(19)，刚性齿轮(19)的内部啮合带有外齿圈的柔性齿轮(20)，波发生器(21)周围装有滚珠构成轴承，与柔性齿轮(20)的内壁相互压紧，波发生器(21)是一个椭圆部件，谐波减速器(3)中的刚性齿轮(19)为固定端，波发生器(21)为输入端，柔性齿轮(20)为输出端，输入端与输出端的安装法兰在谐波减速器(3)的同一侧，固定端在另一侧。

2.根据权利要求1所述的一种适用于并联机器人的摆杆驱动结构，其特征在于：所述的大臂摆杆(10)采用碳纤维材质。