CN104511898A - 两级液电混合式运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动操作平台，具体公开一种两级液电混合式运动平台，包括串联的一级液压驱动运动机构和二级电机驱动运动机构。本发明通过并联运动机构的串联化，实现了多自由度的运动操作。充分发挥了串联和并联结构的优点、利用液压和电动各自的特点，在大大拓展了运动空间的同时，保证系统的精度和刚度，可广泛应用于自动化装配生产线中。

Description

两级液电混合式运动平台

技术领域

本发明涉及自动化操作技术领域，具体涉及一种两级液电混合式运动平台。

背景技术

在工厂自动化生产线中，串、并联机构得到了广泛引用。尤其是并联机构，因其具有刚度大、承载能力强、精度高、自重负荷比小、动力性能好等优点，已经被广泛应用于化妆品、食品和药品包装以及电子产品的装配等领域。在自动化生产线中，Delta机构、六轴并行联杆机构等都得到了广泛应用。

国内外学者在并联机构的研究上做出了巨大贡献。Clavel博士于1985年第一次提出了Delta结构，由于其基座平台和运动平台都是呈三角形状而得名。运动学建模、正反解运算以及先进控制技术的研究都是相当长一段时间以来的研究热点，如何实现最优化是重要目标之一，目前Delta机构已经形成了成熟产品并广泛应用于各种场合。Delta机构是一种具有三个平动自由度的高速机器人，也是目前商业应用最成功的机器人之一。该并联机器人在一定的工作空间范围内，适应多种应用场合，例如，轻工业中的包装、装捡（pick-place）操作、医学手术等。

六轴并行联杆机构是stewart平台的衍化结构，六轴并联机构克服了Delta机构只能平动的缺点，增加了三个方向的转动自由度，成为六自由度并联操作机构，使其在装配领域以及复杂操作环境下作业得到了很好的应用。然而，受其机械结构本身的限制，六轴并行联杆机构的工作空间相对于串联机构而言非常小，除了实现Delta机构的功能外，只能进行一些简单的装配操作，使其在工业自动化生产线中的作用大大受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有并联机构工作空间小的缺陷，提供一种兼顾串联与并联的优势，并结合液压与电动的优点的两级液电混合式运动平台。

本发明的技术方案包括一种两级液电混合式运动平台，包括串联的一级液压驱动运动机构和二级电机驱动运动机构。

优选的实施例中，所述两级液电混合式运动平台包括上平台、一级下平台和二级下平台，所述上平台与所述一级下平台之间构成所述一级液压驱动运动机构，并且所述一级下平台与所述二级下平台之间构成所述二级电机驱动运动机构。

优选的实施例中，所述一级液压驱动运动机构和/或所述二级电机驱动运动机构为六轴并行联杆机构。

所述一级液压驱动运动机构可以包括：固定在所述上平台下表面的三对上球铰支座；固定在所述一级下平台上表面的三对对应的下球铰支座；以及连接在每个所述上球铰支座与其对应的下球铰支座之间的六支液压油缸。

优选的实施例中，所述三对上球铰支座和所述三对下球铰支座分别绕所述上平台和所述一级下平台的轴线中心对称布置。

优选的实施例中，所述液压油缸的缸筒和活塞杆端部均为球状，分别嵌入所述上球铰支座和所述下球铰支座中。

所述二级电机驱动运动机构可以包括：固定在所述一级下平台下表面的三对电机及减速器装置；安装在所述二级下平台上表面可自由回转的三对回转支座；曲柄，其一端连接所述电机及减速器装置的输出轴；以及联杆，其一端连接所述回转支座，另一端与所述曲柄的另一端相连，并与所述回转支座和所述曲柄之间分别形成虎克副。

优选的实施例中，每对所述电机及减速器装置的电机轴线平行布置。

优选的实施例中，所述三对电机及减速器装置和所述三对回转支座分别绕所述一级下平台和所述二级下平台的轴线中心对称布置。

优选的实施例中，所述下球铰支座与所述电机及减速器装置分别安装在所述一级下平台的上表面与下表面的对应位置。

本发明的两级液电混合式运动平台，通过并联运动机构的串联化，实现了多自由度的运动操作。该方案发挥串联和并联结构的优点、充分利用液压和电动各自的特点，在大大拓展了运动空间的同时，保证系统的精度和刚度，可广泛应用于自动化装配生产线中。

附图说明

图1为根据本发明的两级液电混合式运动平台的总体结构示意图。

图2为图1的两级液电混合式运动平台的下部结构放大视图。

附图标记

1固定框架            2上平台         3上球铰支座

4液压油缸            5下球铰支座     6一级下平台

7电机及减速器装置    8曲柄           9联杆

10回转支座           11二级下平台

具体实施方式

针对目前很多厂家车间自动化装配生产线中，大量的精确装配操作都采用了并联六自由度操作平台，但是这种平台工作空间小，很多场合无法满足要求。本发明的的设计思路在于：考虑串联机构与并联机构两者各自的特征，设计一种综合串联和并联机构的优点的复合机构，其包括两级运动平台，以实现多的运动操作。

由于电动驱动精度易于控制、速度快，但承载能力较小；而液压驱动具有承载能力大的突出优势。因此，本发明的复合机构在第一级平台采用液压驱动方式，以便能够有足够的承载能力作为第二级平台的基准静平台；第二级平台是操作的终端，考虑到快速性和精度控制，而选择采用电机驱动方式。

以此方式，可以通过并联运动平台的串联化，形成了两级平台，拓展了平台的操作空间；以液压平台为根基、电动平台为终端的液电混合式工作平台，在拓展了工作空间的同时，还保证了精度和系统刚度。这样的两级液电混合式运动平台充分发挥串联和并联结构的优点、充分利用液压和电动各自的特点，可广泛应用于自动化装配生产线中，适用于工厂车间自动化装配生产线中对各种机器、零部件等进行多种精确操作。能够在现代工业生产中显示出优越性，大大提高生产率，在工业自动化生产线的各个领域都能够发挥出巨大作用。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，应理解附图和实施例仅为示例性的。

参考图1，示意性示出本发明的两级液电混合式运动平台的总体结构。从图中可见，该运动平台主要由串联的两级运动平台构成：上平台2固定在固定框架1上，二级下平台11下表面可以连接机器手，用于操作物件。上平台2一级下平台6之间构成一级液压驱动运动机构；一级下平台6与二级下平台11之间构成二级电机驱动运动机构。

一级下平台6既是一级液压驱动运动机构的动平台，同时充当二级电机驱动运动机构的基准静平台，如此通过串联两级运动平台，扩展了运动的自由度。例如在图1所示的优选实施例中，一级液压驱动运动机构与二级电机驱动运动机构均为六轴并行联杆机构，通过将二者串联，得到具有一级液压驱动、二级电机驱动的两级液电混合式十二运动自由度的运动平台。

具体地，如图1中所示，一级液压驱动运动机构可以包括固定在所述上平台2下表面的三对上球铰支座3；固定在一级下平台6上表面的三对对应的下球铰支座5；以及连接在每个上球铰支座3与其对应的下球铰支座5之间的六支液压油缸4。三对上球铰支座3和三对下球铰支座5分别绕上平台2和一级下平台6的轴线中心对称布置。液压油缸4的缸筒和活塞杆端部均为球状，分别嵌入上球铰支座3和所述下球铰支座5中。

以此方式，一级液压驱动运动机构形成六轴并行联杆机构，具有六个运动自由度。

参考图2，二级电机驱动运动机构包括固定在一级下平台6下表面的三对电机及减速器装置7；安装在二级下平台11上表面可自由回转的三对回转支座10。类似地，三对电机及减速器装置7和三对回转支座10分别绕一级下平台6和二级下平台11的轴线中心对称布置，其中电机及减速器装置7的电机轴线相互平行。在图2的具体实施例中，电机及减速器装置7的位置与下球铰支座5的位置相对应，分别位于一级下平台6的上下表面。

二级电机驱动运动机构通过曲柄8和联杆9与回转支座10之间形成的两个虎克副实现。具体地，曲柄8的一端连接电机及减速器装置7的输出轴，联杆9一端与所述曲柄8的另一端相连，并于曲柄8之间形成虎克副；联杆9另一端连接回转支座10，并与回转支座10也形成虎克副。以此方式，二级电机驱动运动机构也为六轴并行联杆机构，具有六个运动自由度。

根据本发明的两级液电混合式运动平台的工作原理如下：

第一种情况：被操作物件完全在二级电机驱动运动机构的工作空间范围内。此时一级液压驱动运动机构保持不动，电机及减速器装置7驱动曲柄8，通过联杆9、回转支座10传递到二级下平台11，六组这样的传递支链共同确定了二级下平台11的位姿。

第二种情况：被操作物件已经超出了二级电机驱动运动机构的工作空间范围。此时，六个完全相同的液压油缸4组合动作，使得一级下平台6中心最接近被操作物件，同时绕Z轴旋转的角度也使得操作物件更为便利，目的是最大限度地减少二级下平台11的旋转角度。液压油缸4动作完毕后，液压系统通过液压锁锁定位置。二级下平台11以一级下平台6为基准静平台，电机及减速器装置7驱动曲柄8，通过联杆9、回转支座10传递到二级下平台11，六组这样的传递支链共同确定了二级下平台11的位姿，最终实现了对被操作物件的精确操作。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种两级液电混合式运动平台，其特征在于，包括串联的一级液压驱动运动机构和二级电机驱动运动机构。

2.如权利要求1所述的两级液电混合式运动平台，包括上平台（2）、一级下平台（6）和二级下平台（11），所述上平台（2）与所述一级下平台（6）之间构成所述一级液压驱动运动机构，并且所述一级下平台（6）与所述二级下平台（11）之间构成所述二级电机驱动运动机构。

3.如权利要求2所述的两级液电混合式运动平台，其中，所述一级液压驱动运动机构和/或所述二级电机驱动运动机构为六轴并行联杆机构。

4.如权利要求3所述的两级液电混合式运动平台，其中，所述一级液压驱动运动机构包括：

固定在所述上平台（2）下表面的三对上球铰支座（3）；

固定在所述一级下平台（6）上表面的三对对应的下球铰支座（5）；以及连接在每个所述上球铰支座（3）与其对应的下球铰支座（5）之间的六支液压油缸（4）。

5.如权利要求4所述的两级液电混合式运动平台，其中，所述三对上球铰支座（3）和所述三对下球铰支座（5）分别绕所述上平台（2）和所述一级下平台（5）的轴线中心对称布置。

6.如权利要求5所述的两级液电混合式运动平台，其中，所述液压油缸（4）的缸筒和活塞杆端部均为球状，分别嵌入所述上球铰支座（3）和所述下球铰支座（5）中。

7.如权利要求3所述的两级液电混合式运动平台，其中，所述二级电机驱动运动机构包括：

固定在所述一级下平台（6）下表面的三对电机及减速器装置（7）；

安装在所述二级下平台（11）上表面可自由回转的三对回转支座（10）；

曲柄（8），其一端连接所述电机及减速器装置（7）的输出轴；以及联杆（9），其一端连接所述回转支座（10），另一端与所述曲柄（8）的另一端相连，并与所述回转支座（10）和所述曲柄（8）之间分别形成虎克副。

8.如权利要求7所述的两级液电混合式运动平台，其中，每对所述电机及减速器装置（7）的电机轴线平行布置。

9.如权利要求8所述的两级液电混合式运动平台，其中，所述三对电机及减速器装置（7）和所述三对回转支座（10）分别绕所述一级下平台（6）和所述二级下平台（11）的轴线中心对称布置。

10.如权利要求9所述的两级液电混合式运动平台，其中，所述下球铰支座（5）与所述电机及减速器装置（7）分别安装在所述一级下平台（6）的上表面与下表面的对应位置。