CN102642204B - 一种交流伺服直驱式串并联复合机器人 - Google Patents

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Abstract

一种交流伺服直驱式串并联复合机器人，包括基座，安装在基座上的第一电机通过同步带连接第一、第二同步带轮，第二同步带轮连接立柱转轴，立柱转轴连接立柱，立柱上安装有竖直导轨，滑块安装在竖直导轨上，滑块下部连接竖直丝杠丝母，竖直丝杠丝母套在竖直丝杠上，竖直丝杠的上端连接第二电机，第三电机通过同步带连接第三、第四同步带轮，第四同步带轮安装在水平丝杠左端，水平丝杠右端约束在滑块上，左端约束在滑动板上，水平丝杠丝母套在水平丝杠并连接在水平横梁上，水平横梁通过水平导轨与滑块和滑动板连接，在水平横梁另一端连接并联机器人，本发明为并联机器人提供了一个极坐标空间的运动，具有工作空间广、刚度大等优点。

Description

一种交流伺服直驱式串并联复合机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种交流伺服直驱式串并联复合机器人。
背景技术
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业的重要自动化装备。自1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已经成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，都有着十分重要的意义。经过了40多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是汽车产业中，工业机器人得到了广泛应用。如在毛坯制造、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。
目前所广泛采用的工业机器人按其结构可以分为串联形式和并联形式两种。串联机器人是指由固定平台到末端操作器是单运动链动。与并联机器人不同，串联型式机器人具有开链的运动学结构，其所有的关节都被驱动。通常串联机器人具有较好的运动学和动力学模型，较大的工作空间较高的灵活性等特点，因而很早受到了广泛的研究。然而，由于其结构原因，串联机器人自身存在许多缺点，比如较低的运动刚度，这将导致操纵的精度降低，以及较差的动力特性、较低速度和加速度。这些缺点刚好是就是并联机器人的优点。
对于并联机构，其相对于串联机器人的优点有：具有运动部件惯性小，承载力高、刚度大，而且结构稳定。但是其相对于串联也有明显的缺点。例如同样的尺寸下，并联机器人的工作空间更小。由此可见，无论是串联还是并联机器人都具有各自的局限性。
发明内容
为了克服现有技术缺点，本发明的目的在于提供一种交流伺服直驱式串并联复合机器人，具有工作空间大、承载力强、误差小、精度高的优点。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案如下：
一种交流伺服直驱式串并联复合机器人，包括基座2，安装在基座2上的第一电机1连接第一同步带轮10，第一同步带9连接第一同步带轮10与第二同步带轮11，第二同步带轮11连接立柱转轴12，立柱转轴12安装在基座2上；
立柱转轴12上方连接立柱3，立柱3上安装有竖直导轨15，滑块4安装在竖直导轨15上，滑块4下部连接竖直丝杠丝母14，竖直丝杠丝母14套在竖直丝杠13上，竖直丝杠13的两端固定连接在立柱3上，竖直丝杠13的上端连接第二电机7；
第三电机5安装在滑动板19上，第三电机5的电机轴连接第三同步带轮17上，第二同步带16连接第三同步带轮17和第四同步带轮18，第四同步带轮18安装在水平丝杠20左端，水平丝杠20右端约束在滑块4上，左端约束在滑动板19上，水平丝杠丝母21套在水平丝杠20并连接在水平横梁6上，水平横梁6通过水平导轨22与滑块4和滑动板19连接，在水平横梁6另一端连接并联机器人8。
本发明与现有的技术相比具有以下优点：
1、本发明结合了串联机器人与并联机器人的优点，具有活动范围大，工作快速，承载力强，结构紧凑等特点。
2、在直线运动方式上采用交流伺服电机加滚珠丝杠，设备的精度高，并且寿命长。
3、横梁一端安装的电机重量对安装在横梁另一端的并联机器人起到了很好的平衡作用。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为本发明中串联运动结构示意图。
图3为本发明中滑块4水平截面示意图。
图4为本发明中滑块4竖直截面示意图。
图5为本发明中第一电机1传动结构示意图。
图6为本发明中第三电机5动传动结构示意图。
图7为本发明中并联机器人8结构示意图。
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2，一种交流伺服直驱式串并联复合机器人，包括基座2，安装在基座2上的第一电机1经过减速器后通过连接轴连接第一同步带轮10，第一同步带9将同步带轮10与第二同步带轮11连接，第二同步带轮11连接立柱转轴12下部，立柱转轴12使用轴承组安装在基座2上，这样，参照图5，第一电机1的转动通过同步带9将动力传递至立柱转轴12；
参照图2，立柱转轴12上方通过螺栓组连接立柱3，立柱3上安装有竖直导轨15，参照图3，滑块4安装在竖直导轨15上，这样滑块4就可以沿着立柱3的竖直方向移动。滑块4下部连接竖直丝杠丝母14，竖直丝杠丝母14套在竖直丝杠13上，竖直丝杠13的两端通过轴承连接在立柱3上，竖直丝杠13的上端通过传动轴连接第二电机7，第二电机7的转动带动竖直丝杠13转动，进而带动竖直丝杠丝母14和连接在其上的滑块4在竖直方向上移动。
第三电机5安装在滑动板19，第三电机5的电机轴连接第三同步带轮17上，第二同步带16连接第三同步带轮17和第四同步带轮18，第四同步带轮18安装在水平丝杠20左端，水平丝杠20右端通过轴承约束在滑块4上，左端通过轴承约束在滑动板19上，水平丝杠丝母21套在水平丝杠20并连接在水平横梁6上，参照图4，水平横梁6通过水平导轨22与滑块4连接，参照图6，这样第三电机5的转动通过第二同步带16将转矩传递到水平丝杠20上，水平丝杠20的转动带动水平丝杠丝母21和连接在其上的水平横梁6在水平方向移动；滑动板19与导轨22连接，这样在水平横梁6运动时，滑动板19就可在水平横梁6上得到支撑，如图1所示在水平横梁另一端连接并联机器人8。第三电机5放置在水平横梁6的一端是为了平衡水平横梁6另一端并联机器人的重量，此外，还可通过在第三电机5增加配重使得横梁受力平衡，使得连接水平横梁6和支柱3的滑块4不会有太大的扭矩作用在其上。
本发明中所安装的并联机器人如图7所示，是一个4自由度并联机器人，它包含静平台23、工作机构30及4个运动链，运动链构成为：伺服电机24安装在静平台23上，通过减速器25和连接件26将伺服电机24的转动转换为摆杆27的摆动运动，摆杆27通过球铰28连接传动杆29，传动杆29通过球铰将连接到工作机构30上，工作机构30通过被这样4个运动链牵引完成运动。
本发明的工作原理为：
第一电机1通过减速器和第一同步带9带动立柱3转动，第二电机7带动竖直丝杠13转动，进而带动滑块4上下移动，第三电机5通过第二同步带16带动水平丝杠20转动进而带动水平横梁6水平方向移动。通过这3个电机的变化使得并联机器人静平台23到达工作位。之后，连接在静平台23上的伺服电机24通过减速器25和连接件26带动摆杆27摆动。摆杆另一端通过球铰28将力传递到传动杆29上，传动杆29通过球铰连接在工作机构30上。该并联机器人有4个这样的运动连，通过调整4台电机的位置决定摆杆位置进而决定工作机构30的位置。在工作机构30上可以加装功能性部件，使机器人具有夹持或焊接等功能。该机器人总共7个运动轴，通过使用运动控制卡，将电机编码器信号读入，采集到计算机之上，通过算法将每个电机的运动量计算出来，结合编码器数据进行控制量的计算。最后通过模拟量的输出完成对伺服电机的控制，从而达到期望的运动。

Claims (1)

1.一种交流伺服直驱式串并联复合机器人，其特征包括：基座(2)，安装在基座(2)上的第一电机(1)经过减速器连接第一同步带轮(10)，第一同步带(9)连接第一同步带轮(10)与第二同步带轮(11)，第二同步带轮(11)连接立柱转轴(12)，立柱转轴(12)安装在基座(2)上；
立柱转轴(12)上方连接立柱(3)，立柱(3)上安装有竖直导轨(15)，滑块(4)安装在竖直导轨(15)上，滑块(4)下部连接竖直丝杠丝母(14)，竖直丝杠丝母(14)套在竖直丝杠(13)上，竖直丝杠(13)的两端固定连接在立柱(3)上，竖直丝杠(13)的上端连接第二电机(7)；
第三电机(5)安装在滑动板(19)上，第三电机(5)的电机轴连接第三同步带轮(17)，第二同步带(16)连接第三同步带轮(17)和第四同步带轮(18)，第四同步带轮(18)安装在水平丝杠(20)左端，水平丝杠(20)右端约束在滑块(4)上，左端约束在滑动板(19)上，水平丝杠丝母(21)套在水平丝杠(20)上并连接在水平横梁(6)上，水平横梁(6)通过水平导轨(22)与滑块(4)和滑动板(19)连接，在水平横梁(6)另一端连接并联机器人(8)；
所述的并联机器人(8)是一个4自由度并联机器人，它包含静平台(23)、工作机构(30)及4个运动链，运动链构成为：伺服电机(24)安装在静平台(23)上，通过减速器(25)和连接件(26)将伺服电机(24)的转动转换为摆杆(27)的摆动运动，摆杆(27)通过球铰(28)连接传动杆(29)，传动杆(29)通过球铰连接到工作机构(30)上，工作机构(30)通过被这样4个运动链牵引完成运动。
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