CN104325458A - 一种柔性并联平台装置 - Google Patents

Abstract

一种柔性并联平台装置，它涉及一种并联平台装置。本发明为了解决现有柔性铰链在微操作环境下，无法实现高精度和更大工作空间要求的问题。本发明的包括隔震平台(1)、上平台(2)、六维力传感器(3)、三根柔性支链(4)和三组平台组件(5)，三组平台组件(5)安装在隔震平台(1)上，上平台(2)位于三组平台组件(5)的上方，每组平台组件(5)与上平台(2)的下端面之间通过一根柔性支链(4)连接，六维力传感器(3)安装在上平台(2)的上端，每组平台组件(5)均包括底座(5-1)和压电驱动电机(5-2)，底座(5-1)安装在压电驱动电机(5-2)的上端。本发明用于机器人微操作。

Description

一种柔性并联平台装置

技术领域

本发明涉及一种平台装置，具体涉及一种柔性并联平台装置，属于机器人微操作领域。

背景技术

随着现代工业机器人广泛应用以及向微精方向的深入，在微操作领域，要求机构实现较大范围工作空间的运动。现有的柔性铰链，仍然采用绕固定转动轴的柔性铰链和配合方式连接，因此，柔性铰链运动产生的位移微小，导致机构整体的可达到的工作空间较小。同时，由于采用配合的方式连接，本身又产生了新的误差来源，影响了机构的精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有柔性铰链在微操作环境下，无法实现高精度和更大工作空间要求的问题。进而提供一种柔性并联平台装置。

本发明的技术方案是：一种柔性并联平台装置包括隔震平台、上平台、六维力传感器、三根柔性支链和三组平台组件，三组平台组件安装在隔震平台上，上平台位于三组平台组件的上方，每组平台组件与上平台的下端面之间通过一根柔性支链连接，六维力传感器安装在上平台的上端，每组平台组件均包括底座和压电驱动电机，底座安装在压电驱动电机的上端。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

一、本发明所述的并联平台装置，采用大长径比的柔性铰链连接，在机构运动过程中，除了实现铰链功能的同时，能够产生大幅度的自身变形，使得上平台能够达到较大范围的运动，进而实现了在微操作环境下更大工作空间的工作要求。

二、本发明的柔性铰链采用一体成型结构，使得机构结构更加紧凑，避免了机构装配过程中由配合连接导致的误差，减小了精度损失，机构的精度提高了70-95％，同时消除了机构各部件之间的磨损，可靠性得到提高，使用寿命长。

三、本发明采用压电陶瓷驱动，并将压电陶瓷驱动电机置于隔震平台上，有效的消除了外力对机构精度的影响，同时自身又具有亚纳米级的高位移精度、几十kHz的高频率响应、可靠性高、机构结构小的优点。

四、本发明采用六维力传感器作为反馈元件，可以实时收集末端平台所受外力的变化数据，通过反馈控制调节压电陶瓷驱动输入，改变末端平台的姿态，实现对末端平台与外界接触力的实时力控制。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是柔性支链的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种柔性并联平台装置包括隔震平台1、上平台2、六维力传感器3、三根柔性支链4和三组平台组件5，三组平台组件5安装在隔震平台1上，上平台2位于三组平台组件5的上方，每组平台组件5与上平台2的下端面之间通过一根柔性支链4连接，六维力传感器3安装在上平台2的上端，每组平台组件5均包括底座5-1和压电驱动电机5-2，底座5-1安装在压电驱动电机5-2的上端。

本实施方式的上平台2上固定有六维力传感器3，能够实时检测末端所受六维力的变化，通过反馈给上位计算机，改变并联平台的运动姿态，达到对上平台末端实现力控制的目的。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的压电驱动电机5-2为压电陶瓷驱动电机。如此设置，便于保证本发明具有亚纳米级的高位移精度、几十kHz的高频率响应、可靠性高、机构结构小的优点。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的三根柔性支链4中的相邻两根柔性支链4之间的夹角均为120°。如此设置，可以有效地利用空间，同时又能使三根支链处于相同的初始位置，避免了奇异结构的出现和导致局部变形过大失效的产生。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的每根柔性支链4均包括刚性支链4-1、扁平柔性转动铰链4-2、圆柱柔性球铰链4-4和两个榫卯连接件4-3，刚性支链4-1为圆柱形刚性支链，刚性支链4-1的上端固定连接有扁平柔性转动铰链4-2，刚性支链4-1的下端固定连接有圆柱柔性球铰链4-4，扁平柔性转动铰链4-2和圆柱柔性球铰链4-4分别与一个榫卯连接件4-3连接，每根柔性支链4的一个榫卯连接件4-3与上平台2连接，每根柔性支链4的另一个榫卯连接件4-3与底座5-1连接，柔性转动铰链4-2的长径比为25:1，柔性球铰链4-4的长径比为10：1。如此设置，采用一体成型结构加工，两端通过榫卯结构和螺栓进行定位和连接，有效的减小了系统装配误差和装配间隙的产生，提高了机构整体的精度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

本实施方式的刚性支链4-1、两个柔性转动铰链4-2和两个榫卯连接件4-3在生产时制成一体。

具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的压电驱动电机5-2包括X轴移动驱动电机5-2-1和Y轴移动驱动电机5-2-2，X轴移动驱动电机5-2-1安装在隔震平台1上，Y轴移动驱动电机5-2-2固定安装在X轴移动驱动电机5-2-1上端。如此设置，在实现机构功能的前提下，有效的保护了压电驱动电机不受外力的损坏和影响，保证了机构运动的精度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

本发明的工作原理：

工作时，将六维力传感器3通过螺栓连接在上平台2上，同时将上平台2通过榫卯连接件4-3和螺栓与柔性支链4连接。柔性支链4通过榫卯连接件4-3和螺栓与底座5-1固定连接。所述底座5-1通过螺栓分别垂直固定在压电驱动电机5-2上。压电驱动电机5-2通过螺栓垂直固定在隔震平台1上。安装调试完成后，将一定的外部承载物(外部力)施加在六维力传感器3上，通过控制压电驱动电机5-2的运动方式，即输入不同的信号，三个压电驱动电机将输出直线位移，通过三个底座和三条支链，控制末端上平台2的不同位姿，实现对末端平台2的力控制。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种柔性并联平台装置，其特征在于：它包括隔震平台(1)、上平台(2)、六维力传感器(3)、三根柔性支链(4)和三组平台组件(5)，三组平台组件(5)安装在隔震平台(1)上，上平台(2)位于三组平台组件(5)的上方，每组平台组件(5)与上平台(2)的下端面之间通过一根柔性支链(4)连接，六维力传感器(3)安装在上平台(2)的上端，每组平台组件(5)均包括底座(5-1)和压电驱动电机(5-2)，底座(5-1)安装在压电驱动电机(5-2)的上端。

2.根据权利要求1所述的一种柔性并联平台装置，其特征在于：所述压电驱动电机(5-2)为压电陶瓷驱动电机。

3.根据权利要求1或2所述的一种柔性并联平台装置，其特征在于：所述三根柔性支链(4)中的相邻两根柔性支链(4)之间的夹角均为120°。

4.根据权利要求3所述的一种柔性并联平台装置，其特征在于：每根柔性支链(4)均包括刚性支链(4-1)、扁平柔性转动铰链(4-2)、圆柱柔性球铰链(4-4)和两个榫卯连接件(4-3)，刚性支链(4-1)为圆柱形刚性支链，刚性支链(4-1)的上端固定连接有扁平柔性转动铰链(4-2)，刚性支链(4-1)的下端固定连接有圆柱柔性球铰链(4-4)，扁平柔性转动铰链(4-2)和圆柱柔性球铰链(4-4)分别与一个榫卯连接件(4-3)连接，每根柔性支链(4)的一个榫卯连接件(4-3)与上平台(2)连接，每根柔性支链(4)的另一个榫卯连接件(4-3)与底座(5-1)连接，柔性转动铰链(4-2)的长径比为25:1，柔性球铰链(4-4)的长径比为10：1。

5.根据权利要求1所述的一种柔性并联平台装置，其特征在于：所述压电驱动电机(5-2)包括X轴移动驱动电机(5-2-1)和Y轴移动驱动电机(5-2-2)，X轴移动驱动电机(5-2-1)安装在隔震平台(1)上，Y轴移动驱动电机(5-2-2)固定安装在X轴移动驱动电机(5-2-1)上端。