CN103029122A - 一种冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构 - Google Patents

Abstract

一种冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构,涉及机器人技术领域，特别涉及一种冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构。解决了机构奇异位形多和力传递性能差的问题。冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构包括第一至第四支链组件、基座（1）和动平台（3）；第一至第四支链组件（2-1，2-2，2-3，2-4）分别放在第一至第四个U型基座凹槽和第一至第四个U型动平台凹槽中，然后通过第一至第八连接轴、第一至第四个十字轴与基座（1）、动平台（3）进行轴和轴承连接。本发明通过第一至第四个电机驱动第一至第四个伸缩杆组件作伸缩运动，实现动平台的空间三维移动。

Description

一种冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构。

背景技术

具有三自由度的平移型并联机构是少自由度并联机构中较为重要的一类。与传统六自由度并联机构相比，三自由度的平移并联机构在结构、制造成本和控制方面都具有优势，因其具有广泛的工业应用而受到国内外学者的关注。其中典型范例是目前得到广泛应用Delta三自由度平移型并联机构。目前研究者已发明的一些三自由度平移型并联机构一般具有三个主动驱动支链，如：US4732525，US4976582，US5656905，CN1524662A。此类常规并联机器人机构存在着一些难以克服的缺点，主要有：位置正解困难，工作空间小且存在大量的离散奇异、误差标定困难等缺点。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构，减少机构的奇异位形并改善机构的力传递性能。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构，该并联机器人机构包括：基座，第一至第四支链组件，动平台，第一至第八个连接轴，第一至第十六个基座端盖，第一至第八个动平台端盖，第一至第十六个基座轴承，第一至第八个动平台轴承。

第一伸缩杆组件包括：电机，主动伸缩杆，被动伸缩杆，联轴器，丝杠，丝杠螺母。

构成第一伸缩杆组件的零部件间的连接：滑道螺母固定在被动伸缩杆开口端，并将其端置于主动伸缩杆内。电机的转轴通过联轴器与丝杠的一端连接固定。丝杠的另一端与丝杠螺母螺纹连接。电机固定在主动伸缩杆的端头。

第二、第三、第四伸缩杆组件和第一伸缩杆组件完全相同。

第一支链组件包括：第一伸缩杆组件，第一、第二套件端盖，第一、第二半轴，第一、第二键，第一、第二套件轴承，第一个十字轴，第一、第二被动伸缩杆端盖，第一、第二被动伸缩杆轴承，第一个套件。

构成第一支链组件的零部件间的连接：将第一、第二被动伸缩杆轴承安装在被动伸缩杆U型端的两个臂上的轴承孔内，第一个十字轴一对相对的两端分别与第一、第二被动伸缩杆轴承内圈相配合，然后安装第一、第二被动伸缩杆端盖。

所述的第一个套件套在主动伸缩杆的方形凸台处，第一、第二半轴的键槽端分别通过第一、第二键与主动伸缩杆的方形凸台处连接。第一、第二套件轴承分别安装在套件长边端面上轴承孔里，其内圈与第一、第二半轴配合，然后安装第一、第二套件端盖。

第二、第三、第四支链组件和第一支链组件完全相同。

冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构通过第一、第二、第三、第四支链组件与基座和动平台连接构成。

第一支链组件与基座和动平台的连接：第一支链组件放在第一个U型基座凹槽和第一个U型动平台凹槽中，将第一、第二基座轴承分别安装在第一个套件短边端面上的轴承孔里，将第三、第四基座轴承安装在基座的一对同轴轴承孔中。第一、第二连接轴分别与第一、第三基座轴承、第二、第四基座轴承的内圈配合，然后安装第一、第二、第三、第四基座端盖。

将第一、第二动平台轴承安装在动平台的一对同轴轴承孔中，将第一个十字轴另一对相对的两端分别与第一、第二动平台轴承的内圈相配合，然后安装第一、第二动平台端盖。

第二支链组件与基座和动平台的连接：第二支链组件放在第二个U型基座凹槽和第二个U型动平台凹槽中，将第五、第六基座轴承分别安装在第二个套件短边端面上的轴承孔里，将第七、第八基座轴承安装在基座的一对同轴轴承孔中。第三、第四连接轴分别与第五、第七基座轴承、第六、第八基座轴承的内圈配合，然后安装第五、第六、第七、第八基座端盖。

将第三、第四动平台轴承安装在动平台的一对同轴轴承孔中，将第二个十字轴另一对同轴相对的两端分别与第三、第四动平台轴承的内圈相配合，然后安装第三、第四动平台端盖。

第三支链组件与基座和动平台的连接：第三支链组件放在第三个U型基座凹槽和第三个U型动平台凹槽中，将第九、第十基座轴承分别安装在第三个套件短边端面上的轴承孔里，将第十一、第十二基座轴承安装在基座的一对同轴轴承孔中。第五、第六连接轴分别与第九、第十一基座轴承、第十、第十二基座轴承的内圈配合，然后安装第九、第十、第十一、第十二基座端盖。

将第五、第六动平台轴承安装在动平台的一对同轴轴承孔中，将第三个十字轴另一对同轴相对的两端分别与第五、第六动平台轴承的内圈相配合，然后安装第五、第六动平台端盖。

第四支链组件与基座和动平台的连接：第四支链组件放在第四个U型基座凹槽和第四个U型动平台凹槽中，将第十三、第十四基座轴承分别安装在第四个套件短边端面上的轴承孔里，将第十五、第十六基座轴承安装在基座的一对同轴轴承孔中。第七、第八连接轴分别与第十三、第十五基座轴承、第十四、第十六基座轴承的内圈配合，然后安装第十三、第十四、第十五、第十六基座端盖。

将第七、第八动平台轴承安装在动平台的一对同轴轴承孔中，将第四个十字轴另一对同轴相对的两端分别与第七、第八动平台轴承的内圈相配合，然后安装第七、第八动平台端盖。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：本发明通过四个电机驱动四个伸缩杆组件作伸缩运动，实现动平台的空间三维移动；由于冗余驱动支链的存在，使机构的位置正解简单；减少了机构的奇异位形并改善机构的机构的力传递性能。

附图说明

图1冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构的结构示意图；

图2冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构的俯视图；

图3图2的A1-A1剖面图；

图4图2的A2-A2剖面图；

图5图2的A3-A3剖面图；

图6图2的A4-A4剖面图；

图7冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构的仰视图；

图8图7的B1-B1剖面图；

图9图7的B2-B2剖面图；

图10图7的B3-B3剖面图；

图11图7的B4-B4剖面图；

图12第一支链组件的爆炸示意图；

图13第一伸缩杆组件示意图；

图14第一支链组件示意图；

图15图14的C-C剖面图；

图16图14的D-D剖面图；

图17第一半轴示意图；

图18第一套件示意图；

图19第一个十字轴示意图；

图20第一基座端盖示意图；

图21第一动平台端盖示意图；

图22第一连接轴示意图；

图23基座示意图；

图24动平台示意图。

图中：基座1，第一至第四支链组件2-1、2-2、2-3、2-4，动平台3，第一至第十六基座端盖4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10、4-11、4-12、4-13、4-14、4-15、4-16，第一至第八个连接轴5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7、5-8，第一到至第四套件7-1、7-2、7-3、7-4，第一至第十六基座轴承8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6、8-7、8-8、8-9、8-10、8-11、8-12、8-13、8-14、8-15、8-16，第一至第八动平台端盖10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8，第一至第四十字轴11-1、11-2、11-3、11-4，第一至第八动平台轴承12-1、12-2、12-3、12-4、12-5、12-6、12-7、12-8，电机13-1，第一、二被动伸缩杆端盖14-1、14-2，第一、第二被动伸缩杆轴承15-1、15-2，第、二套件端盖16-1、16-2，第一、第二套件轴承17-1、17-2，第一、第二半轴18-1、18-2，第一、第二键19-1、19-2，主动伸缩杆20-1，被动伸缩杆21-1，联轴器31-1，丝杠32-1，丝杠螺母33-1。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步说明。

一种冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构，如图1、2、7，该并联机器人机构包括：基座1，第一至第四支链组件2-1、2-2、2-3、2-4，动平台3，第一至第八个连接轴5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7、5-8，第一至第十六个基座端盖4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10、4-11、4-12、4-13、4-14、4-15、4-16，第一至第八个动平台端盖10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8，第一至第十六个基座轴承8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6、8-7、8-8、8-9、8-10、8-11、8-12、8-13、8-14、8-15、8-16，第一至第八个动平台轴承12-1、12-2、12-3、12-4、12-5、12-6、12-7、12-8。

第一伸缩杆组件，如图13，包括：电机13-1，主动伸缩杆20-1，被动伸缩杆21-1，联轴器31-1，丝杠33-1，丝杠螺母32-1。

构成第一伸缩杆组件的零部件间的连接：滑道螺母33-1固定在被动伸缩杆21-1开口端，并将其端置于主动伸缩杆20-1内。电机13-1的转轴通过联轴器31-1与丝杠33-1的一端连接固定。丝杠33-1的另一端与丝杠螺母32-1螺纹连接。电机13-1固定在主动伸缩杆20-1的端头。

第二、第三、第四伸缩杆组件和第一伸缩杆组件完全相同。

第一支链组件2-1，如图12，包括：第一伸缩杆组件，第一、第二套件端盖16-1、16-2，第一、第二半轴18-1、18-2，第一、第二键19-1、19-2，第一、第二套件轴承17-1、17-2，第一个十字轴11-1，第一、第二被动伸缩杆端盖14-1、14-2，第一、第二被动伸缩杆轴承15-1、15-2，第一个套件7-1。

构成第一支链组件的零部件间的连接：将第一、第二被动伸缩杆轴承15-1、15-2安装在被动伸缩杆21-1U型端的两个臂上的轴承孔内，第一个十字轴11-1一对相对的两端分别与第一、第二被动伸缩杆轴承15-1、15-2内圈相配合，然后安装第一、第二被动伸缩杆端盖14-1、14-2。

所述的第一个套件7-1套在主动伸缩杆20的方形凸台处，第一、第二半轴18-1、18-2的键槽端分别通过第一、第二键19-1、19-2与主动伸缩杆20-1的方形凸台处连接。第一、第二套件轴承17-1、17-1分别安装在套件7-1长边端面上的轴承孔里，其内圈与第一、第二半轴18-1、18-2配合，然后安装第一、第二套件端盖16-1、16-2。

第二、第三、第四支链组件和第一支链组件完全相同。

冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构通过第一、第二、第三、第四支链组件与基座1和动平台3连接构成。

第一支链组件与基座1和动平台3的连接：第一支链组件放在第一个U型基座凹槽和第一个U型动平台凹槽中，将第一、第二基座轴承8-1、8-2分别安装在第一个套件7-1短边端面上的轴承孔里，将第三、第四基座轴承8-3、8-4安装在基座1的一对同轴轴承孔中。第一、第二连接轴5-1、5-2分别与第一、第三基座轴承8-1、8-3、第二、第四基座轴承8-2、8-4的内圈配合，然后安装第一、第二、第三、第四基座端盖4-1、4-2、4-3、4-4，如图3。

将第一、第二动平台轴承12-1、12-2安装在动平台3的一对同轴轴承孔中，将第一个十字轴11-1另一对相对的两端分别与第一、第二动平台轴承12-1、12-2的内圈相配合，然后安装第一、第二动平台端盖10-1、10-2，如图8。

第二支链组件与基座1和动平台3的连接：第二支链组件放在第二个U型基座凹槽和第二个U型动平台凹槽中，将第五、第六基座轴承8-5、8-6分别安装在第二个套件7-2短边端面上的轴承孔里，将第七、第八基座轴承8-7、8-8安装在基座1的一对同轴轴承孔中。第三、第四连接轴5-3、5-4分别与第五、第七基座轴承8-5、8-7、第六、第八基座轴承8-6、8-8的内圈配合，然后安装第五、第六、第七、第八基座端盖4-5、4-6、4-7、4-8，如图4。

将第三、第四动平台轴承12-3、12-4安装在动平台3的一对同轴轴承孔中，将第二个十字轴11-2另一对同轴相对的两端分别与第三、第四动平台轴承12-3、12-4的内圈相配合，然后安装第三、第四动平台端盖10-3、10-4，如图9。

第三支链组件与基座1和动平台3的连接：第三支链组件放在第三个U型基座凹槽和第三个U型动平台凹槽中，将第九、第十基座轴承8-9、8-10分别安装在第三个套件7-3短边端面上的轴承孔里，将第十一、第十二基座轴承8-11、8-12安装在基座1的一对同轴轴承孔中。第五、第六连接轴5-5、5-6分别与第九、第十一基座轴承8-9、8-11、第十、第十二基座轴承8-10、8-12的内圈配合，然后安装第九、第十、第十一、第十二基座端盖4-9、4-10、4-11、4-12，如图5。

将第五、第六动平台轴承12-5、12-6安装在动平台3的一对同轴轴承孔中，将第三个十字轴11-3另一对同轴相对的两端分别与第五、第六动平台轴承12-5、12-6的内圈相配合，然后安装第五、第六动平台端盖10-5、10-6，如图10。

第四支链组件与基座1和动平台3的连接：第四支链组件放在第四个U型基座凹槽和第四个U型动平台凹槽中，将第十三、第十四基座轴承8-13、8-14分别安装在第四个套件7-4短边端面上的轴承孔里，将第十五、第十六基座轴承8-15、8-16安装在基座1的一对同轴轴承孔中。第七、第八连接轴5-7、5-8分别与第十三、第十五基座轴承8-13、8-15、第十四、第十六基座轴承8-14、8-16的内圈配合，然后安装第十三、第十四、第十五、第十六基座端盖4-13、4-14、4-15、4-16，如图6。

将第七、第八动平台轴承12-7、12-8安装在动平台3的一对同轴轴承孔中，将第四个十字轴11-4另一对同轴相对的两端分别与第七、第八动平台轴承12-7、12-8的内圈相配合，然后安装第七、第八动平台端盖10-7、10-8，如图11。

基座1和动平台3构形相似，基座1四周设第一至第四个U型基座凹槽，动平台3四周设第一至第四个U型动平台凹槽

第一至第四套件7-1、7-2、7-3、7-4的中心孔的投影面为长方形，其长边端面和短边端面上具有轴承座孔。

本发明通过四个电机驱动四个伸缩杆组件作伸缩运动地，实现动平台的空间三维移动。

Claims (1)

1.一种冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构，其特征在于该并联机器人机构包括：基座（1），第一至第四支链组件（2-1、2-2、2-3、2-4），动平台（3），第一至第八个连接轴（5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7、5-8），第一至第十六个基座端盖（4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10、4-11、4-12、4-13、4-14、4-15、4-16），第一至第八个动平台端盖（10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8），第一至第十六个基座轴承（8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6、8-7、8-8、8-9、8-10、8-11、8-12、8-13、8-14、8-15、8-16），第一至第八个动平台轴承（12-1、12-2、12-3、12-4、12-5、12-6、12-7、12-8）；

第一伸缩杆组件包括：电机（13-1），主动伸缩杆（20-1），被动伸缩杆（21-1），联轴器（31-1），丝杠（33-1），丝杠螺母（32-1）；

构成第一伸缩杆组件的零部件间的连接：丝杠螺母（32-1）固定在被动伸缩杆（21-1）开口端，并将其端置于主动伸缩杆（20-1）内；电机（13-1）的转轴通过联轴器（31-1）与丝杠（33-1）的一端连接固定；丝杠（33-1）的另一端与丝杠螺母（32-1）螺纹连接；电机（13-1）固定在主动伸缩杆（20-1）的端头；

第二、第三、第四伸缩杆组件和第一伸缩杆组件完全相同；

第一支链组件（2-1）包括：第一伸缩杆组件，第一、第二套件端盖（16-1、16-2），第一、第二半轴（18-1、18-2），第一、第二键（19-1、19-2），第一、第二套件轴承（17-1、17-2），第一个十字轴（11-1），第一、第二被动伸缩杆端盖（14-1、14-2），第一、第二被动伸缩杆轴承（15-1、15-2），第一个套件（7-1）；

构成第一支链组件的零部件间的连接：将第一、第二被动伸缩杆轴承（15-1、15-2）安装在被动伸缩杆（21-1）U型端的两个臂上的轴承孔内，第一个十字轴（11-1）一对相对的两端分别与第一、第二被动伸缩杆轴承（15-1、15-2）内圈相配合，然后安装第一、第二被动伸缩杆端盖（14-1、14-2）；

所述的第一个套件（7-1）套在主动伸缩杆（20）的方形凸台处，第一、第二半轴（18-1、18-2）的键槽端分别通过第一、第二键（19-1、19-2）与主动伸缩杆（20-1）的方形凸台处连接；第一、第二个套件轴承（17-1、17-1）分别安装在第一个套件（7-1）长边端面上的轴承孔里，其内圈与第一、第二半轴（18-1、18-2）配合，然后安装第一、第二套件端盖（16-1、16-2）；

第二、第三、第四支链组件和第一支链组件完全相同；

冗余驱动的三自由度平移型并联机器人机构通过第一、第二、第三、第四支链组件与基座（1）和动平台（3）连接构成；

第一支链组件与基座（1）和动平台（3）的连接：第一支链组件放在第一个U型基座凹槽和第一个U型动平台凹槽中，将第一、第二基座轴承（8-1、8-2）分别安装在第一个套件（7-1）短边端面上的轴承孔里，将第三、第四基座轴承（8-3、8-4）安装在基座（1）的一对同轴轴承孔中；第一、第二连接轴（5-1、5-2）分别与第一、第三基座轴承（8-1、8-3）、第二、第四基座轴承（8-2、8-4）的内圈配合，然后安装第一、第二、第三、第四基座端盖（4-1、4-2、4-3、4-4）；

将第一、第二动平台轴承（12-1、12-2）安装在动平台（3）的一对同轴轴承孔中，将第一个十字轴（11-1）另一对相对的两端分别与第一、第二动平台轴承（12-1、12-2）的内圈相配合，然后安装第一、第二动平台端盖（10-1、10-2）；

第二支链组件与基座（1）和动平台（3）的连接：第二支链组件放在第二个U型基座凹槽和第二个U型动平台凹槽中，将第五、第六基座轴承（8-5、8-6）分别安装在第二个套件（7-2）短边端面上的轴承孔里，将第七、第八基座轴承（8-7、8-8）安装在基座（1）的一对同轴轴承孔中；第三、第四连接轴（5-3、5-4）分别与第五、第七基座轴承（8-5、8-7）、第六、第八基座轴承（8-6、8-8）的内圈配合，然后安装第五、第六、第七、第八基座端盖（4-5、4-6、4-7、4-8）；

将第三、第四动平台轴承（12-3、12-4）安装在动平台（3）的一对同轴轴承孔中，将第二个十字轴（11-2）另一对同轴相对的两端分别与第三、第四动平台轴承（12-3、12-4）的内圈相配合，然后安装第三、第四动平台端盖（10-3、10-4）；

第三支链组件与基座（1）和动平台（3）的连接：第三支链组件放在第三个U型基座凹槽和第三个U型动平台凹槽中，将第九、第十基座轴承（8-9、8-10）分别安装在第三个套件（7-3）短边端面上的轴承孔里，将第十一、第十二基座轴承（8-11、8-12）安装在基座（1）的一对同轴轴承孔中；第五、第六连接轴（5-5、5-6）分别与第九、第十一基座轴承（8-9、8-11）、第十、第十二基座轴承（8-10、8-12）的内圈配合，然后安装第九、第十、第十一、第十二基座端盖（4-9、4-10、4-11、4-12）；

将第五、第六动平台轴承（12-5、12-6）安装在动平台（3）的一对同轴轴承孔中，将第三个十字轴（11-3）另一对同轴相对的两端分别与第五、第六动平台轴承（12-5、12-6）的内圈相配合，然后安装第五、第六动平台端盖（10-5、10-6）；

第四支链组件与基座（1）和动平台（3）的连接：第四支链组件放在第四个U型基座凹槽和第四个U型动平台凹槽中，将第十三、第十四基座轴承（8-13、8-14）分别安装在第四个套件（7-4）短边端面上的轴承孔里，将第十五、第十六基座轴承（8-15、8-16）安装在基座（1）的一对同轴轴承孔中；第七、第八连接轴（5-7、5-8）分别与第十三、第十五基座轴承（8-13、8-15）、第十四、第十六基座轴承（8-14、8-16）的内圈配合，然后安装第十三、第十四、第十五、第十六基座端盖（4-13、4-14、4-15、4-16）；

将第七、第八动平台轴承（12-7、12-8）安装在动平台（3）的一对同轴轴承孔中，将第四个十字轴（11-4）另一对同轴相对的两端分别与第七、第八动平台轴承（12-7、12-8）的内圈相配合，然后安装第七、第八动平台端盖（10-7、10-8）。

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