CN106363616A - 一种六自由度并联机器人 - Google Patents

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梅江平
张帆
刘彦敏
侯琨
赵艳芹
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/08—Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics

Abstract

本发明涉及一种六自由度并联机器人，包括驱动模块、传动模块和执行模块，所述驱动模块和传动模块连接，所述传动模块带动执行模块产生六自由度运动。所述驱动模块包括六个相同型号的伺服电机，每台伺服电机均连接有一个直角型减速机，并通过对应的直角型减速机连接有一个减速机架，六套减速机架两两一组，三组减速机架中心对称放置，每组减速机架之间相互呈120°角，六套减速机架均通过螺纹连接的方式共同固定在一个静平台上。本发明整体体积小，结构简单，操作便捷，易携带和移动，更可以完成多种复杂的工作任务，且本发明的模块化程度比较高，设备维护方便，适用于小型车间作业。

Description

一种六自由度并联机器人
技术领域
本发明涉及工业并联机器人技术领域，具体的说是一种六自由度并联机器人。
背景技术
随着科学技术的发展，工业机器人作为机器人领域的一大分支，越来越多的应用于工业生产中，代替或者辅助人类完成一些复杂的工业生产任务，比如分拣，装配，码垛等。工业机器人主要分为两类，串联机器人和并联机器人。前者的研究起步比较早，主要结构为六个转动轴的机械臂，其运动学、动力学、轨迹规划和控制的相关研究也比较成熟。并联机器人主要由多条运动支链同时运动，共同驱动末端的动平台执行运动。
1985年，洛桑联邦理工学院(EPFL)的Clavel博士提出了一种全新的并联机器人结构，即著名的DELTA机械手，其主要由三个相同的平行四边形结构实现机器人三个自由度的运动。Clavel博士将它应用于制造和包装线，主要用来抓取和放置轻质量的物体。相比于串联机器人，并联机器人有着许多先天的优势，比如结构简单、刚度高、无误差积累、运动部件质量小、易于实现高速运动等。
目前并联机器人大批量的出现在工厂里，主要应用于工业生产流水线上，完成快速抓取、高速物体分拣以及搬运等任务。
然而，面对越来越复杂的工业生产流水线，传统的三、四自由的并联机器人已经不能满足生产加工要求，因此需要设计出包含更多自由度的工业并联机器人。
发明内容
针对上述技术的缺陷，本发明提出一种六自由度并联机器人。
一种六自由度并联机器人，包括驱动模块、传动模块和执行模块，所述驱动模块和传动模块连接，所述传动模块带动执行模块产生六自由度运动。
所述驱动模块包括六个相同型号的伺服电机，每台伺服电机均连接有一个直角型减速机，并通过对应的直角型减速机连接有一个减速机架，六套减速机架两两一组，三组减速机架中心对称放置，每组减速机架之间相互呈120°角，六套减速机架均通过螺纹连接的方式共同固定在一个静平台上。
所述传动模块包括六条运动支链，所述运动支链均主要由主动臂、关节连接轴承、从动臂、圆柱形转接头、基座带球冠法兰轴承组成；所述主动臂均采用法兰连接的方式固定在对应直角型减速机上；所述关节连接轴承一端均与对应主动臂末端连接，另一端均与对应从动臂固定；所述从动臂的另一端均通过对应圆柱形转接头与对应基座带球冠法兰轴承的球头螺栓部分连接，所述基座带球冠法兰轴承主要包括球头螺栓和球头基座两个部分，所述球头基座共同固定连接有一个六边形动平台。
所述六边形动平台包含左动平台和右动平台两个部分，左动平台和右动平台上均安装三个球头基座；所述左平台上固定有齿轮轴，齿轮轴的一端固定有末端零件，齿轮轴上固定套有齿轮；左动平台最右端安装有两个滑块；所述右动平台的最左端安装一根与齿轮啮合的齿条，右动平台上下两端面分别安装有一根金属滑轨；所述左动平台通过滑块与金属滑轨的配合与右动平台连接在一起，并利用齿条与齿轮的相互作用实现左动平台和右动平台在水平面内的相对运动，同时使与齿轮轴连接的末端零件产生360°转动。
所述传动模块和执行模块采用铝合金、碳纤维、工程塑料中的一种或几种的组合制作而成，通过降低机器人的重量而实现机器人的高速运动。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过对6个单根主动臂的独立控制，可以实现六边形动平台六个自由度的运功，除了沿x、y、z轴的直线运动，也能实现绕x、y、z轴的旋转运动，且绕水平方向的x、y轴的旋转角度可以达到±30°，绕竖直方向的z轴转动角度可以达到±180°。增加并联机器人的自由度，不仅使并联机器人更加灵活，也使得并联机器人能满足日益复杂的生产流水线的工作要求。
2.本发明整体体积小，结构简单，操作便捷，易携带和移动，更可以完成多种复杂的工作任务，且本发明的模块化程度比较高，设备维护方便，适用于小型车间作业。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的立体图；
图2是本发明的六边形动平台的立体图；
图3是本发明的前下侧立体图；
图4是本发明的六边形动平台向一侧倾斜时的立体图；
图5是本发明的从动臂的立体图；
图6是本发明的主动臂的立体图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图6所示，一种六自由度并联机器人，包括驱动模块、传动模块和执行模块，所述驱动模块和传动模块连接，所述传动模块带动执行模块产生六自由度运动。
所述驱动模块包括六个相同型号的伺服电机2，每台伺服电机2均连接有一个直角型减速机3，并通过对应的直角型减速机3连接有一个减速机架4，六套减速机架4两两一组，三组减速机架4中心对称放置，每组减速机架4之间相互呈120°角，六套减速机架4均通过螺纹连接的方式共同固定在一个静平台1上。
所述传动模块包括六条运动支链，所述运动支链均主要由主动臂5、关节连接轴承6、从动臂9、圆柱形转接头8、基座带球冠法兰轴承7组成；所述主动臂5均采用法兰连接的方式固定在对应直角型减速机3上；所述关节连接轴承6一端均与对应主动臂5末端连接，另一端均与对应从动臂9固定；所述从动臂9的另一端均通过对应圆柱形转接头8与对应基座带球冠法兰轴承7的球头螺栓19部分连接，所述基座带球冠法兰轴承7主要包括球头螺栓19和球头基座12两个部分，所述球头基座12共同固定连接有一个六边形动平台10。
所述六边形动平台10包含左动平台11和右动平台17两个部分，左动平台11和右动平台17上均安装三个球头基座12；所述左平台上固定有齿轮轴13，齿轮轴13的一端固定有末端零件18，齿轮轴13上固定套有齿轮；左动平台11最右端安装有两个滑块16；所述右动平台17的最左端安装一根与齿轮啮合的齿条14，右动平台17上下两端面分别安装有一根金属滑轨15；所述左动平台11通过滑块16与金属滑轨15的配合与右动平台17连接在一起，并利用齿条14与齿轮的相互作用实现左动平台11和右动平台17在水平面内的相对运动，同时使与齿轮轴13连接的末端零件18产生360°转动。
本发明通过对6个单根主动臂的独立控制，可以实现六边形动平台六个自由度的运功，除了沿x、y、z轴的直线运动，也能实现绕x、y、z轴的旋转运动，且绕水平方向的x、y轴的旋转角度可以达到±30°，绕竖直方向的z轴转动角度可以达到±180°。当机器人的六边形动平台运动到一定角度时，可以通过三组运动支链配合运动，使左动平台和右动平台产生相对移动，并且带动末端零件产生旋转运动，实现末端零件的高自由度控制。
使用时的控制过程为：
阶段一：控制信号输入
外接的电机控制器获得工作站输入的控制信号，驱动伺服电机2运动。
阶段二：驱动力的传递
伺服电机2通过直角型减速机3带动主动臂5产生旋转运动，主动臂5通过安装在一端的关节连接轴承6带动从动臂9运动。
阶段三：六边形动平台产生运动
六根独立的从动臂9通过球头螺栓19带动基座带球冠法兰轴承7推动六边形动平台10，六边形动平台10在主动臂5的带动下完成直线和旋转运动。同时，可以通过三条运动支链之间的相对运动，使六边形动平台10的左动平台11和右动平台17产生平面的相互错动，带动末端零件18旋转。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种六自由度并联机器人，其特征在于：包括驱动模块、传动模块和执行模块，所述驱动模块和传动模块连接，所述传动模块带动执行模块产生六自由度运动。
2.根据权利要求1所述的一种六自由度并联机器人，其特征在于：所述驱动模块包括六个相同型号的伺服电机(2)，每台伺服电机(2)均连接有一个直角型减速机(3)，并通过对应的直角型减速机(3)连接有一个减速机架(4)，六套减速机架(4)两两一组，三组减速机架(4)中心对称放置，每组减速机架(4)之间相互呈120°角，六套减速机架(4)均通过螺纹连接的方式共同固定在一个静平台(1)上。
3.根据权利要求2所述的一种六自由度并联机器人，其特征在于：所述传动模块包括六条运动支链，所述运动支链均主要由主动臂(5)、关节连接轴承(6)、从动臂(9)、圆柱形转接头(8)、基座带球冠法兰轴承(7)组成；所述主动臂(5)均采用法兰连接的方式固定在对应直角型减速机(3)上；所述关节连接轴承(6)一端均与对应主动臂(5)末端连接，另一端均与对应从动臂(9)固定；所述从动臂(9)的另一端均通过对应圆柱形转接头(8)与对应基座带球冠法兰轴承(7)的球头螺栓(19)部分连接，所述基座带球冠法兰轴承(7)主要包括球头螺栓(19)和球头基座(12)两个部分，所述球头基座(12)共同固定连接有一个六边形动平台(10)。
4.根据权利要求3所述的一种六自由度并联机器人，其特征在于：所述六边形动平台(10)包含左动平台(11)和右动平台(17)两个部分，左动平台(11)和右动平台(17)上均安装三个球头基座(12)；所述左平台上固定有齿轮轴(13)，齿轮轴(13)的一端固定有末端零件(18)，齿轮轴(13)上固定套有齿轮；左动平台(11)最右端安装有两个滑块(16)；所述右动平台(17)的最左端安装一根与齿轮啮合的齿条(14)，右动平台(17)上下两端面分别安装有一根金属滑轨(15)；所述左动平台(11)通过滑块(16)与金属滑轨(15)的配合与右动平台(17)连接在一起，并利用齿条(14)与齿轮的相互作用实现左动平台(11)和右动平台(17)在水平面内的相对运动，同时使与齿轮轴(13)连接的末端零件(18)产生360°转动。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种六自由度并联机器人，其特征在于：所述传动模块和执行模块采用铝合金、碳纤维、工程塑料中的一种或几种的组合制作而成，通过降低机器人的重量而实现机器人的高速运动。
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