CN108340353A - 一种仿腕关节并联柔顺打磨机器人 - Google Patents

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唐可
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Abstract

本发明公开了一种仿腕关节并联柔顺打磨机器人，包括支撑基座、可转动支座、中间平台、载荷平台，在可转动支座上分布有三个直线驱动分支机构，各直线驱动分支机构分别与可转动支座活动连接，另一端与中间平台活动连接，所述中间平台与可转动支座通过中间梁相连，所述载荷平台的下端活动连接有直线驱动分支机构，该直线驱动分支机构的另一端与支撑基座活动连接，在载荷平台上安设末端执行器。本发明集并联机构的高刚度，低惯量的优势，以及在极大工作空间内的灵活机动能力融为一体，机器人动平台上装有打磨装置作为末端执行器，末端执行器能像人类手腕一样，具有高度的灵活性和柔顺度，能完成精度要求极高的打磨任务。

Description

一种仿腕关节并联柔顺打磨机器人
技术领域
本发明涉及工件打磨领域，具体涉及一种应用于大尺度复杂结构件的仿腕关节并联柔顺打磨机器人。
背景技术
打磨车间的环境恶劣，嘈杂声，灰尘都非常严重的影响工人身体健康，大部分工人都会患有尘肺病，听力下降等职业病。而且，随着现代化的社会劳动力结构在不断转变，具有自我保护意识的年轻人都会拒绝参加有有害工作的职业，这使得工厂对于打磨作业的操作员的需求越来越大，对打磨机器人的需求越来越迫切。
大型复杂曲面结构件在汽车，航空工业中得到了广泛的应用，这类整体结构件尺寸大，形状精度要求较高，而且在自由曲面的加工过程中，打磨，抛光，去毛刺等工作任务需要保持加工工具与工件直接接触，加工精度与接触力大小，加工速度，以及切削深度紧密相关。因此给工件的打磨抛光带来了巨大的挑战。
将串联机械臂安装在移动平台之上的移动式机械手目前已经用于在工件打磨领域，然而，这种传统的串联打磨机人在执行打磨加工任务时，因为驱动的关节比较多，具有精度和刚度明显不足的缺陷，与串联机器人相比，并联机器人结构更加稳定，承载能力强，并联机器人末端执行器由多个驱动杆支承，载荷由多根杆分担，增强了并联机构的刚度和稳定性；运动控制精度高，并联机构驱动关节少，减少了误差的积累放大，提高了运动精度；运动惯性好，并且容易控制。
因此，有必要开发一种高精度和加工柔顺的仿腕关节并联打磨机器人。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高加工精度，容易控制的仿腕关节并联柔顺打磨机器人。
本发明所采用的技术方案为：一种仿腕关节并联柔顺打磨机器人，其特征在于：包括支撑基座、可转动支座、中间平台、载荷平台，在支撑基座上设有可转动支座，所述可转动支座与支撑基座活动连接，在可转动支座上分布有三个直线驱动分支机构，各直线驱动分支机构分别与可转动支座活动连接，另一端与中间平台活动连接，所述中间平台与可转动支座通过中间梁相连，所述中心梁为伸缩式中心梁，所述中间梁的固定杆端与可转动支座活动连接，固定杆端的另一端与中间平台固定连接，中心梁的收缩杆的端头与载荷平台活动连接，所述载荷平台的下端活动连接有直线驱动分支机构，该直线驱动分支机构的另一端与支撑基座活动连接，在载荷平台上安设末端执行器。
按上述技术方案，载荷平台的下端通过两直线驱动分支机构与支撑基座连接，两直线驱动分支机构呈对称分布。
按上述技术方案，三个直线驱动分支机构的一端与中间平台通过球型副活动连接，另一端通过U面副与可转动支座活动连接；两直线驱动分支机构的一端与载荷平台通过球型副活动连接，另一端通过U型副与支撑基座活动连接。
按上述技术方案，所述可转动支座与支撑基座通过U型副活动连接。
按上述技术方案，所述中心梁的固定杆的一端与可转动支座通过U型副连接。
按上述技术方案，三个直线驱动分支机构与可转动支座的周向呈等边三角形分布。
按上述技术方案，所述载荷平台通过U型副与中间梁的伸缩杆连接。
按上述技术方案，所述的直线驱动分支机构通过丝杠螺母副传动，通过伺服电机驱动。
按上述技术方案，所述直线驱动分支机构包括伺服电机、连轴部件、轴承、直线驱动分支外壳、万向铰、滚轴套、滚轴杆，伺服电机安装在直线驱动分支末端，连轴部件将伺服电机的轴和滚轴杆联接，轴承安装于驱动分支外壳内，滚轴杆穿过轴承由轴承支承和固定，滚轴杆另一端与滚轴套形成啮合。
本发明所取得的有益效果为：
本发明集并联机构的高刚度，低惯量的优势，以及在极大工作空间内的灵活机动能力融为一体，机器人动平台上装有打磨装置作为末端执行器，末端执行器能像人类手腕一样，具有高度的灵活性和柔顺度，能完成精度要求极高的打磨任务。
附图说明
图1为仿腕关节并联柔顺打磨机器人示意图。
图2为机器人运动简化图。
图3为直线驱动分支结构示意图。
图4为万向铰结构示意图。
图5为U型副结构示意图。
图6为工作状态下机器人结构示意图。
图7为工作状态下机器人结构示意图。
图中标号说明：
1———支承基座；2———直线驱动分支；3———中心梁；4———万向铰；5———中间平台；6———万向铰；7———末端执行器(打磨机)；8———球铰；9———载荷平台；10———可转动支座；U———U型副(万向铰)；P———移动副；B———球面副(球铰)；3-1———伺服电机；3-2———连轴部件；3-3———轴承；3-4———直线驱动分支外壳；3-5———万向铰；3-6———滚轴套；3-7———滚轴杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种仿腕关节并联柔顺打磨机器人，包括支撑基座1、可转动支座10、中间平台5、载荷平台9，在支撑基座1上设有可转动支座10，所述可转动支座10与支撑基座1活动连接，在可转动支座10上分布有三个直线驱动分支机构2，三个直线驱动分支机构2与可转动支座10的周向呈等边三角形分布，各直线驱动分支机构分别与可转动支座通过U副活动连接，另一端与中间平台5通过球型副活动连接，所述中间平台5与可转动支座10通过中间梁3相连，所述中心梁3为伸缩式中心梁，所述中间梁的固定杆端与可转动支座10通过U型副活动连接，固定杆端的另一端与中间平台5固定连接，中心梁3的收缩杆的端头与载荷平台9通过万向铰6活动连接，载荷平台9的下端通过两直线驱动分支机构与支撑基座1连接，两直线驱动分支机构呈对称分布，该直线驱动分支机构的一端与载荷平台通过球型副活动连接，另一端与支撑基座1通过U型副活动连接，在载荷平台9上安设末端执行器7。
本实施例中，所述的直线驱动分支机构2通过丝杠螺母副传动，通过伺服电机驱动。
如图2所示，本发明所设计的机器人由图中的运动副组成，支撑基座1和可转动支座10与5个直线驱动分支2连接所形成5个U型副，5个直线驱动分支有5个移动副P，直线驱动分支机构2与中间平台5、载荷平台9通过球面副B连接，中心梁3和支撑基座1连接所形成的U型副，载荷平台9与中心梁3通过移动副P、U型副连接。本实施例中，U型副可以为万向铰4，球型副可以为求教8。
本实施例中，如图3所示，直线驱动分支机构包括伺服电机3-1、连轴部件3-2、轴承3-3、直线驱动分支外壳3-4、万向铰3-5、滚轴套3-6、滚轴杆3-7.在直线驱动分支机构中，连轴部件3-2将伺服电机3-1的轴和滚轴杆3-7联接，使滚轴杆能和伺服电机的轴一起转动，即将伺服电机3-1的转矩传递给滚轴杆3-7.滚轴杆3-7在滚轴套3-6中转动，可将转动运动转化为直线运动。
本机器人基于直线驱动分支机构，机器人执行机构可以如同腕关节做出不同动作，如图4所示。
机器人中载荷平台9的姿态是由与载荷平台9铰接的两直线驱动分支机构所决定的，两直线驱动分支机构中的滚轴杆3-7的伸长量不同，载荷平台9与中心梁3之间的移动副位移产生变化，万向铰形状发生变化，载荷平台9就会有不同的姿态。
本机器人中，中心梁3姿态变化，可使执行机构有更大的工作空间，如图5所示。
机器人中，呈等边三角形分布三对直线驱动分支机构与中间平台5铰接，因为中间平台5与中间梁3的固定杆固连，三对直线驱动分支机构中滚轴杆伸长量不同，可使中间梁3的姿态不同，所以与中间梁3通过移动副，万向铰连接的执行机构有更大的工作空间。

Claims (9)

1.一种仿腕关节并联柔顺打磨机器人，其特征在于：包括支撑基座、可转动支座、中间平台、载荷平台，在支撑基座上设有可转动支座，所述可转动支座与支撑基座活动连接，在可转动支座上分布有三个直线驱动分支机构，各直线驱动分支机构分别与可转动支座活动连接，另一端与中间平台活动连接，所述中间平台与可转动支座通过中间梁相连，所述中心梁为伸缩式中心梁，所述中间梁的固定杆端与可转动支座活动连接，固定杆端的另一端与中间平台固定连接，中心梁的收缩杆的端头与载荷平台活动连接，所述载荷平台的下端活动连接有直线驱动分支机构，该直线驱动分支机构的另一端与支撑基座活动连接，在载荷平台上安设末端执行器。
2.根据权利要求1所述的仿腕关节并联柔顺打磨机器人，其特征在于：载荷平台的下端通过两直线驱动分支机构与支撑基座连接，两直线驱动分支机构呈对称分布。
3.根据权利要求2所述的仿腕关节并联柔顺打磨机器人，其特征在于：三个直线驱动分支机构的一端与中间平台通过球型副活动连接，另一端通过U面副与可转动支座活动连接；两直线驱动分支机构的一端与载荷平台通过球型副活动连接，另一端通过U型副与支撑基座活动连接。
4.根据权利要求1或2所述的仿腕关节并联柔顺打磨机器人，其特征在于：所述可转动支座与支撑基座通过U型副活动连接。
5.根据权利要求1或2所述的仿腕关节并联柔顺打磨机器人，其特征在于：所述中心梁的固定杆的一端与可转动支座通过U型副连接。
6.根据权利要求1或2所述的仿腕关节并联柔顺打磨机器人，其特征在于：三个直线驱动分支机构与可转动支座的周向呈等边三角形分布。
7.根据权利要求1或2所述的仿腕关节并联柔顺打磨机器人，其特征在于：所述载荷平台通过U型副与中间梁的伸缩杆连接。
8.根据权利要求1或2所述的仿腕关节并联柔顺打磨机器人，其特征在于：所述的直线驱动分支机构通过丝杠螺母副传动，通过伺服电机驱动。
9.根据权利要求8所述的仿腕关节并联柔顺打磨机器人，其特征在于：所述直线驱动分支机构包括伺服电机、连轴部件、轴承、直线驱动分支外壳、万向铰、滚轴套、滚轴杆，伺服电机安装在直线驱动分支末端，连轴部件将伺服电机的轴和滚轴杆联接，轴承安装于驱动分支外壳内，滚轴杆穿过轴承由轴承支承和固定，滚轴杆另一端与滚轴套形成啮合。
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