CN103934823A - 一种具有自标定功能的6-ptrt型并联机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种具有自标定功能的6-PTRT型并联机器人，包含由静平台、动平台、连接于静平台和动平台之间的六套连杆机构以及与连杆机构相连的驱动装置组成的并联机器人，还包括标定装置，所述标定装置包括一个上下均是正六边形的桁架结构、六个拉线传感器和六根拉线绳索，所述并联机器人固定安装在桁架结构的底部，六个拉线传感器分别固定在桁架结构上方正六边形的六个角上，每根拉线绳索的一端固定在一个拉线传感器上、另一端固定在动平台上。本发明不但具有六个自由度可以实现空间完全定位和位姿的模拟，而且可以对六自由度平台进行标定，结构精巧，体积小，重量轻，制造成本低，易于计算机编程控制。

Description

一种具有自标定功能的6-PTRT型并联机器人
技术领域
本发明涉及的是一种并联机器人，具体的说是一种具有自标定功能并联机器人。
背景技术
并联机器人具有精度高、刚度大、惯性小、承载能力高、运动反解模型简单、操作速度高、易于控制等优点，已成为机器人研究的重要分支之一，并被广泛应用到各个领域中。并联机构具有2、3、4、5或6个自由度，其中6自由度并联机器人能够同时完成位置和姿态定位可用于对物体位姿的模拟因而得到更多学者的青睐。6自由度并联机构的研究虽然比较全面但是仍然存在不足，以往的6自由度并联机构是用6根支杆将上下两平台联接而形成的，这六个支杆都可以独立地自由伸缩，它们分别用球铰和虎克铰与上下平台联接，这样上平台与下平台就可以进行6个独立运动，在三维空间可以作任意方向的移动和绕任何方向、位置的轴线转动。但具备自标定功能的并联机构很少。且这六个支杆大多是电动缸，体积大，机构相对复杂不好加工且成本过高。本设计采用直线步进电机驱动。连杆机构比较简单灵活，结构紧凑，运行精度大大提高，易于计算机控制。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种机构巧妙，稳定灵活，成本相对低廉易于计算机控制的带自标定功能的6-PTRT型并联机器人机构。
本发明是这样实现的：包含由静平台、动平台、连接于静平台和动平台之间的六套连杆机构以及与连杆机构相连的驱动装置组成的并联机器人，还包括标定装置，所述标定装置包括一个上下均是正六边形的桁架结构、六个拉线传感器和六根拉线绳索，所述并联机器人固定安装在桁架结构的底部，六个拉线传感器分别固定在桁架结构上方正六边形的六个角上，每根拉线绳索的一端固定在一个拉线传感器上、另一端固定在动平台上。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述的驱动装置包括电机安装支架、六个直线步进电机、六个限位开关，六个直线步进电机分别安装在电机安装支架上，电机输出轴上端与连杆机构相连，电机输出轴下端与安装在底板上的限位开关一一对应。
2.根据权利要求1或2所述的一种具有自标定功能的6-PTRT型并联机器人，其特征是：所述的连杆机构包括万向节A、万向节B、万向节连接装置、连接柱A、连接柱B，连接柱A的一端与万向节A的一端连接，连接柱A的另一端与动平台连接，万向节A的另一端通过万向节连接装置与万向节B的一端连接，连接柱B的一端与万向节B另的一端连接，连接柱B的另一端与安装在静平台上的滑块连接，所述的电机输出轴上端与连杆机构相连是指电机输出轴上端与滑块连接。
3.所述的万向节连接装置包括大轴、小轴和深沟球轴承，大轴的一端与万向节B连接，大轴的另一端通过深沟球轴承与小轴的一端连接，小轴的另一端与万向节A连接。
本发明提供的一种6-PTRT型并联机器人机构具有以下特点：1、本发明六个自由度的实现机构简单易行，便于加工及控制。2、本发明自带标定检测装置可以检测平台实际运行状态，通过误差数学模型和实际位姿及电机的输入量解算出一些参数的误差量，完成对机器人的自标定，运行精度大大提高。3、本发明结构紧凑，运动灵活，作业空间大，能更好的满足人们对6自由度并联机构的使用要求。4、本发明可以广泛用于在对物体的空间定位和位姿模拟。5、本发明的六个自由度，通过6个直线步进电机来驱动且具有限位开关，运动安全性高。6、本发明的连杆机构避免使用球铰和电动缸降低了成本和机构的复杂程度。电机安装在定平台上，大大减轻了运动结构的质量，操控性更加灵敏，反应速度快。
附图说明
图1是本发明的整体机构图；
图2是本发明的六自由度运动平台的机构示意图；
图3是本发明的驱动装置的机构示意图；
图4是本发明的标定装置的结构示意图；
图5是连杆机构的结构示意图；
图6是万向节连接装置的结构示意图。
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，本发明一种6-PTRT型并联机器人机构主要由六自由度运动平台1、驱动装置2、检测装置3组成，六自由度运动平台1六个自由度可以在空间上对物体完全定位，也可以模拟出物体的空间姿态；驱动装置2由六个直线步进电机和零位检测组成，主要用于驱动六自由度平台的运动；标定装置3通过检测正六边形桁架六个角上的拉线传感器通过运动学得到动平台的实际位置和姿态。
结合图2，六自由度运动平台1主要包括动平台1-1、连杆机构1-2、导轨安装架1-3、导轨1-4、滑块1-5、静平台1-6、垫块1-7。静平台1-6上面用螺钉固定着6个垫块1-7，每个垫块1-7上面都竖直固定着一个导轨安装支架1-3，6个直线导轨1-4通过螺钉安装在直线导轨支架1-3上面，滑块1-5和导轨1-4配套使用形成垂直于定平台1-6径向作直线运动的移动副P，每个连杆机构1-2的下端都通过螺钉安装在滑块1-5上面，上端都与动平台1-1相连，每个连杆机构具两个万向节和一个转动副，从而形成6-PTRT型并联机器人。
结合图2和图3，驱动装置2主要包括电机输出轴上端2-1、电机安装支架2-2、直线步进电机2-3、电机输出轴下端2-4、立柱A2-5、调平螺钉2-6、限位开关2-7、限位开关安装支架2-8、底板2-9、立柱B2-10。在底板2-9的四个角预留有螺纹孔，通过四个立柱B2-10将底板2-9和电机安装支架2-2连接起来，通过四个立柱A2-5将电机安装支架2-2和静平台1-6连接起来。6个直线步进电机2-3通过螺钉固定在电机安装支架2-2上面，电机输出轴上端2-1连接在连杆机构1-2上面，底板2-9上面安装固定有6个限位开关2-7和电机输出轴下端2-4对应，当电机输出轴2-4下端接触到下位开关2-7的时候会产生信号可以确定设备的零位，以及对设备起到保护作用，在底板2-9的底部安装有四颗调平螺钉2-6，通过调平螺钉2-6可以调节设备的水平度。
结合图2和图4，标定装置3主要包括拉线传感器安装支架3-1、立柱3-2、拉线传感器3-3、拉线绳索3-4、铝管3-5、L型连接块3-6、横梁3-7。立柱3-2、铝管3-5和横梁3-7都是方口铝管型材加工而成组合成为一个上下都是正六边形的桁架结构，横梁3-7和铝管3-5通过L型连接块连接，其余部分通过焊接连接在一起。六个立柱3-2上部各自通过拉线传感器安装支架3-1安装有拉线传感器3-3。六根拉线3-4一端固定在拉线传感器上面，一端固定在动平台1-1上面。当动平台1-1运动的时候拉线3-4的长度会发生变化。通过拉线传感器可以检测到拉线3-4的变化量，通过运动学就可以解算出平台的实际位置和状态。通过误差数学模型和实际位姿及电机的输入量解算出一些参数的误差量，完成对机器人的自标定。
结合图2、图3和图5，连杆机构1-2主要包括连接柱A1-2-1、紧定螺钉1-2-2、万向节A接头1-2-3、万向节A接头1-2-4、万向节连接装置1-2-5、万向节B接头1-2-6、连接柱B1-2-7、万向节B接头1-2-8。滑块1-5通过四个螺钉安装在连接柱B1-2-7上面，连接柱B1-2-7又通过紧定螺钉与万向节B接头b相连，万向节连接装置1-2-5一端与万向节B接头a1-2-6相连，另一端与万向节A接头b1-2-4相连，万向节A接头a通过紧定螺钉1-2-2与连接柱A1-2-1相连，这样形成了六自由度平台的连杆机构1-2。连接柱A1-2-1又连接在动平台1-1上面，连接柱B1-2-7和电机输出轴上端2-1相连，这样当直线步进电机2-3运动的时候就可以带动动平台1-1的运动了。
结合图5和图6，万向节连接装置1-2-5主要包括小轴1-2-5-1、轴承端盖1-2-5-2、深沟球轴承1-2-5-3、大轴1-2-5-4。小轴1-2-5-1一端通过紧定螺钉和万向节A接头b1-2-4相连，另外一端装有深沟球轴承1-2-5-3插进大轴1-2-5-4的凹槽内，凹槽口安装轴承端盖1-2-5-2来固定轴承，这样小轴1-2-5-1就可以绕大轴的轴线做旋转运动形成了一个转动副，大轴1-2-5-4同样通过紧定螺钉和万向节B接头a相连，这样两个万向节就连接在一起了加上导轨滑块形成了一个一个连杆，6个这样的上下连杆以并联方式相连接就形成了一个6-PTRT型并联机器人。
结合图1-图6对本发明一种具有标定功能的6-PTRT型并联机器人的功能进行总体说明，本发明主要由六自由度运动平台1、驱动装置2和标定装置3组成。六自由度运动平台1可广泛用于在对物体的空间定位和位姿模拟，动平台1-1和静平台1-6通过六个结构形式相同的分支(连杆1-2)以并联方式相连接，连杆1-2由两个万向节和一个万向节连接装置1-2-5组成，该连接装置可以使两个万向节之间形成一个转动副，加上两个导轨1-4和滑块1-5组成的移动副，就组成了PTRT型的连杆构件，这样的六个连杆运动的时候就可以带动动平台1-1运动了，驱动装置2采用6个直线步进电机2-3驱动的方式来驱动六个连杆1-2运动，电机输出轴上端2-1与导轨滑块机构相连，这样电机就可以驱动连杆1-2运动了，电机输出轴下端2-4的下方布置了六个限位开关2-7，限位开关有助于机构的初始化，提高机构的运动精度和安全性，底板2-9底部的调平螺钉可以使整个设备处于水平状态，直线步进电机2-3安装在静平台上可以减轻运动构件的质量，使操控性更加灵敏，刚度好。检测装置3可以检测到几个拉线的长度变化，进而求出六自由度平台的实际位姿，通过误差模型函数，求出一些参数的误差值，完成对机器人的自标定。

Claims (4)

1.一种具有自标定功能的6-PTRT型并联机器人，包含由静平台、动平台、连接于静平台和动平台之间的六套连杆机构以及与连杆机构相连的驱动装置组成的并联机器人，其特征是：还包括标定装置，所述标定装置包括一个上下均是正六边形的桁架结构、六个拉线传感器和六根拉线绳索，所述并联机器人固定安装在桁架结构的底部，六个拉线传感器分别固定在桁架结构上方正六边形的六个角上，每根拉线绳索的一端固定在一个拉线传感器上、另一端固定在动平台上。
2.根据权利要求1所述的一种具有自标定功能的6-PTRT型并联机器人，其特征是：所述的驱动装置包括电机安装支架、六个直线步进电机、六个限位开关，六个直线步进电机分别安装在电机安装支架上，电机输出轴上端与连杆机构相连，电机输出轴下端与安装在底板上的限位开关一一对应。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有自标定功能的6-PTRT型并联机器人，其特征是：所述的连杆机构包括万向节A、万向节B、万向节连接装置、连接柱A、连接柱B，连接柱A的一端与万向节A的一端连接，连接柱A的另一端与动平台连接，万向节A的另一端通过万向节连接装置与万向节B的一端连接，连接柱B的一端与万向节B另的一端连接，连接柱B的另一端与安装在静平台上的滑块连接，所述的电机输出轴上端与连杆机构相连是指电机输出轴上端与滑块连接。
4.根据权利要求3所述的一种具有自标定功能的6-PTRT型并联机器人，其特征是：所述的万向节连接装置包括大轴、小轴和深沟球轴承，大轴的一端与万向节B连接，大轴的另一端通过深沟球轴承与小轴的一端连接，小轴的另一端与万向节A连接。
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