CN103624774A - 一种6自由度串并联机器人 - Google Patents

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于凌涛
李宏伟
庄忠平
孙立强
王文杰
王正雨
杨景
李洪洋
王涛
张宝玉
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Abstract

本发明提供的是一种6自由度串并联机器人。包括横向平移机构，安装在横向平移机构上的纵向平移机构，安装在纵向平移机构的并联机构，所述并联机构包括静平台、一个第一液压缸、三个第二液压缸和动平台，第一液压缸的下端固定在静平台上、上端通过球铰链与动平台的形心连接，每个第二液压缸的下端通过虎克铰与静平台连接、上端通过球铰链与动平台。本发明是一种面向工作平台而研究的6自由度串并联机器人，将并联机构与串联机构结合起来，两种机构优势互补，拓展了并联机构的应用范围。稳定可靠、工作空间大、位姿控制容易实现。

Description

一种6自由度串并联机器人
技术领域
本发明涉及的是一种串并联机器人，具体地说是一种具有六个自由度的串并联机器人。
背景技术
并联机器人作为一种新型的机器人，主要由动平台、静平台和两者之间的支链组成。相对于串联机构，并联机构具有精度高、无累积误差、机构紧凑、刚度高、承载能力大、工作空间小等特点。因此，并联机器人在需要高刚度、高精度、大载荷但又无需较大的工作空间的领域得到广泛应用。串联机构活动空间大，目前已经成熟地应用到各个领域。国内外对于串并联机器人或者机构的研究也有很多，例如申请号为201210394480.5、名称为一种三手爪3SPR+3RPS型串并联机器人等专利文件中公开的技术方案等。
发明内容
本发明目的在于提供一种稳定可靠、工作空间大、位姿控制容易实现的6自由度串并联机器人。
本发明的目的是这样实现的：包括横向平移机构，安装在横向平移机构上的纵向平移机构，安装在纵向平移机构的并联机构，所述并联机构包括静平台、一个第一液压缸、三个第二液压缸和动平台，第一液压缸的下端固定在静平台上、上端通过球铰链与动平台的形心连接，每个第二液压缸的下端通过虎克铰与静平台连接、上端通过球铰链与动平台。
所述纵向平移机构包括底板，第一底板上通过轴承安装有第一丝杠，第一丝杠上设置第一丝杠螺母，第一底板的一端安装第一伺服电机，第一伺服电机通过联轴器与第一丝杠相连，第一底板的两侧设置第一导轨，第一导轨上设置第一滑块，并联机构的静平台固定在第一滑块和第一丝杠螺母上。
所述横向平移机构包括底板，第二底板上通过轴承安装有第二丝杠，第二丝杠上设置第二丝杠螺母，第二底板的一端安装第二伺服电机，第二伺服电机通过联轴器与第二丝杠相连，第二底板的两侧设置第二导轨，第二一导轨上设置第二滑块，纵向平移机构的第一底板固定在第二滑块和第二一丝杠螺母上。
本发明主要由1-PS-3-SPS并联机构、纵向平移机构、横向平移机构组成。1-PS-3-SPS并联机构由静平台、PS液压缸、虎克铰、SPS液压缸、球铰链、动平台组成；纵向平移机构由伺服电机、电机安装板、联轴器、端盖Q、角接触球轴承、轴套Q、轴承支座Q、滚珠丝杠副Z、滑块Z、丝杠螺母安装板Z、导轨Z、底板、轴承支座M、轴套M、角接触球轴承、端盖M组成，纵向平移机构通过滑块Z、丝杠螺母安装板Z与1-PS-3-SPS并联机构连接；横向平移机构由伺服电机、电机安装板、联轴器、端盖Q、角接触球轴承、轴套Q、轴承支座Q、滚珠丝杠副H、滑块H、丝杠螺母安装板H、导轨H、底板、轴承支座M、轴套M、角接触球轴承、端盖M组成，横向平移机构通过滑块H、丝杠螺母安装板H与纵向平移机构连接。
本发明是一种面向工作平台而研究的6自由度串并联机器人，将并联机构与串联机构结合起来，两种机构优势互补，拓展了并联机构的应用范围。具有以下特点：
1、结构稳定性好、承载能力强、工作空间大。
2、具有方形的工作空间。
3、本发明的1-PS-3-SPS并联机构具有四个自由度，更加易于控制。
4、本发明的1-PS-3-SPS并联机构的驱动方式为液压驱动。
5、本发明的纵向平移机构和横向平移机构采用双导轨作为支撑，提高了平移部件稳定性。
6、本发明的纵向平移机构和横向平移机构的驱动方式为电力驱动。
7、本发明的各部分部件易于装卸，维修很方便。
附图说明
图1是本发明的整体机构图。
图2是本发明的1-PS-3-SPS并联机构示意图。
图3是本发明的纵向平移机构示意图。
图4是本发明的横向平移机构示意图。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施方式，并结合附图加以说明。
结合图1，本发明主要1-PS-3-SPS并联机构1、纵向平移机构2、横向平移机构3组成。
结合图2，1-PS-3-SPS并联机构1由静平台1-1、PS液压缸1-2、虎克铰1-3、SPS液压缸1-4、球铰链1-5、动平台1-6组成；PS液压缸1-2下端通过螺栓固定在静平台1-1上，上端通过球铰链1-5与动平台1-6的形心连接，控制PS液压缸1-2可以调节动平台1-6的高度；SPS液压缸1-4下端通过虎克铰1-3与静平台1-1连接，上端通过球铰链1-5与动平台1-6连接，通过控制三个SPS液压缸1-4可以实现动平台1-6姿态的调整。
结合图3，纵向平移机构2伺服电机2-1、电机安装板2-2、联轴器2-3、端盖Q2-4、角接触球轴承2-5、轴套Q2-6、轴承支座Q2-7、滚珠丝杠副Z2-8、滑块Z2-9、丝杠螺母安装板Z2-10、导轨Z2-11、底板2-12、轴承支座M2-13、轴套M2-14、角接触球轴承2-15、端盖M2-16组成；丝杠螺母安装板Z2-10、滑块Z2-9与1-PS-3-SPS并联机构1连接，导轨Z2-11作为主要支撑；滚珠丝杠副Z2-8前后通过端盖Q2-4、角接触球轴承2-5、轴套Q2-6、轴承支座Q2-7、轴承支座M2-13、轴套M2-14、角接触球轴承2-15、端盖M2-16实现两端固定；滚珠丝杠副Z2-8的丝杠螺母与丝杠螺母安装板Z2-10连接，伺服电机2-1直接驱动滚珠丝杠副Z2-8带动1-PS-3-SPS并联机构1移动。
结合图4，横向平移机构3由伺服电机3-1、电机安装板3-2、联轴器3-3、端盖Q3-4、角接触球轴承3-5、轴套Q3-6、轴承支座Q3-7、滚珠丝杠副H3-8、滑块H3-9、丝杠螺母安装板H3-10、导轨H3-11、底板3-12、轴承支座M3-13、轴套M3-14、角接触球轴承3-15、端盖M3-16组成；横向平移机构3的基本结构与纵向平移机构2的基本结构相同，都是采用双导轨支撑，伺服电机通过滚珠丝杠副驱动的方式；不同之处在于丝杠螺母安装板H3-10、滑块H3-9连接是纵向平移机构2。
结合图1、2、3、4，本发明整体串联是这样实现的：1-PS-3-SPS并联机构1的静平台1-1与纵向平移机构2的丝杠螺母安装板Z2-10、滑块Z2-9连接；纵向平移机构2的底板2-12与横向平移机构3的丝杠螺母安装板H3-10、滑块H3-9连接。
本实施方式将1-PS-3-SPS并联机构1、纵向平移机构2和横向平移机构3组合起来，充分发挥并联机构高刚度、高精度、大载荷的优点，以串联机构弥补并联机构工作空间小的缺点，拓展了机器人的应用范围。

Claims (3)

1.一种6自由度串并联机器人，包括横向平移机构，安装在横向平移机构上的纵向平移机构，安装在纵向平移机构的并联机构，其特征是：所述并联机构包括静平台、一个第一液压缸、三个第二液压缸和动平台，第一液压缸的下端固定在静平台上、上端通过球铰链与动平台的形心连接，每个第二液压缸的下端通过虎克铰与静平台连接、上端通过球铰链与动平台。
2.根据权利要求1所述的一种6自由度串并联机器人，其特征是：所述纵向平移机构包括底板，第一底板上通过轴承安装有第一丝杠，第一丝杠上设置第一丝杠螺母，第一底板的一端安装第一伺服电机，第一伺服电机通过联轴器与第一丝杠相连，第一底板的两侧设置第一导轨，第一导轨上设置第一滑块，并联机构的静平台固定在第一滑块和第一丝杠螺母上。
3.根据权利要求1或2所述的一种6自由度串并联机器人，其特征是：所述横向平移机构包括底板，第二底板上通过轴承安装有第二丝杠，第二丝杠上设置第二丝杠螺母，第二底板的一端安装第二伺服电机，第二伺服电机通过联轴器与第二丝杠相连，第二底板的两侧设置第二导轨，第二一导轨上设置第二滑块，纵向平移机构的第一底板固定在第二滑块和第二一丝杠螺母上。
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