CN109249405A - 一种移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人，包括活动平台、底座、连接组件、移动副、中心转动支链以及控制器，所述控制器控制所述移动副在所述底座上运动，驱动所述连接组件带动所述活动平台以所述中心转动支链为中心在多个方向上活动。本发明的机器人能够调整装配物料的姿态，应具有结构紧凑，能够高速度、高精度、全向大转角，适用于3C装配机器人的作业，且价格便宜。

Description

一种移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人。

背景技术

3C产品是计算机(Computer)、通信(Communication)、消费电子(ConsumerElectronics)产品的统称。目前3C产品装配行业的人工装配是由双手同时配合完成，传统的单臂多自由度工业机器人如SCARA、UR等，很难完成3C行业微小柔性器件的复杂装配任务，必须模仿人手采用一对机器人模块实现协作装配。但是，目前商业化的双模块工业机器人普遍都是把原来传统的单臂多自由度机械臂进行简单的组合。在3C产品装配这个特殊的应用场合，这种结构存在效率和经济方面的固有缺陷，难以推广应用。所以目前并没有任何一款传统的工业机器人能满足对于3C产品装配的要求。当前3C行业竞争激烈，产品生命周期短、换新率高，产线对机器人产品的需求日益提升。所以针对3C产品的特点，提出一种高速度、高柔性、高精度以及相对较低价格的双模块机器人很有必要。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明提出一种移动副驱动的三自由度并联机器人，能够调整装配物料的姿态，应具有结构紧凑，能够高速度、高精度、全向大转角，适用于3C装配机器人的作业，且价格便宜。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为提供一种移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人，包括活动平台、底座、连接组件、移动副、中心转动支链以及控制器，所述控制器控制所述移动副在所述底座上运动，驱动所述连接组件带动所述活动平台以所述中心转动支链为中心在多个方向上活动。

作为本发明的进一步改进，所述连接组件包括第一球面副、连杆、第二球面副以及弹簧，所述第一球面副的一端与活动平台的底部连接，所述第一球面副的另一端与所述连杆的一端球铰连接，所述连杆的另一端与所述第二球面副的一端连接，所述第二球面副的另一端与所述移动副连接，每一组所述连接组件中设置有1对弹簧，所述弹簧连接在所述活动平台和所述连杆之间。

作为本发明的进一步改进，所述第一球面副的另一端为球面凹槽形，所述连杆的两端为圆球形，圆球置入球面凹槽中在三个自由度上灵活转中。

作为本发明的进一步改进，所述中心转动支链包括第一直杆、万向节及第二直杆；所述第一直杆的一端与活动平台的底部连接，所述第一直杆的另一端通过所述万向节与所述第二直杆的一端连接，所述第二直杆的另一端与所述底座的底座中心支架连接。

作为本发明的进一步改进，所述底座包括底座平台、电机支架和中心支架；所述底座平台上设置有电机支架，所述电机支架一端与所述中心支架连接，另一端与底座平台连接。

作为本发明的进一步改进，所述电机支架呈直角三角形，所述电机支架的一直角边与中心支架连接，另一直角边与底座平台连接，斜边上安装有移动副。

作为本发明的进一步改进，所述底座平台上以圆心为中心，在夹角为120度的半径上各设置一个电机支架。

作为本发明的进一步改进，所述中心支架设置在所述底座平台的中心。

本发明的有益效果是：

1、本发明的姿态调整的机器人采用直线电机驱动，具备较大的加速度和最大速度，同时球面副通过弹簧张紧，减小间隙，使得机构具备高精度、高速度的优点。移动副(直线电机)通过特殊的设计倾斜安装在底座的支架上，使得机构结构更为紧凑，可活动的范围更大。

2、活动平台在移动副、连接组件及中心转动支链的相互配合下，能绕着转动中心转动支链的转动中心完成三个方向的大范围转动，具备全向大转角的优点。

3、本发明结构对称，便于进行加工和控制，机构运动灵活、成本低廉，适合应用于3C装配流水线等需要姿态调整的场合。

附图说明

图1是本发明一个实施例的机器人的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的机器人的底座、移动副组装的结构示意图。

图3是本发明一个实施例的单组连接组件的示意图。

图4是本发明一个实施例的底座的结构示意图。

其中数字表示：

1-活动平台，2-底座，21-底座平台，22-电机支架，23-中心支架；31-第一球面副，32-连杆，33-第二球面副，6-动子，7-带导轨的定子，8-第一直杆，9-万向节，10-第二直杆，11-弹簧。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-图3所示，本发明的一种移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人，包括活动平台1、底座2、连接组件、移动副、中心转动支链以及控制器。

详细参看图1-图3，本实施例中的活动平台1上可安装或设置有功能性的工具组件，优选的安装用于固定3C产品物料的治具。活动平台1的形状为圆形或三角形，也可以是其它不规则型，在本实施例中优选为圆形，活动平台1的下方可拆卸式连接有多组连接组件，优选在圆形的活动平台1内切三角形的，三条边的中心上各设置一组连接组件，连接组件使得活动平台1在多个方向上转动，以带动所述安装平台运动，活动平台1的中心(圆心)设置有中心转动支链。

如图1和图3所示，连接组件包括第一球面副31、连杆32、第二球面副33以及弹簧11，第一球面副31的一端与活动平台1的底部连接，第一球面副31的另一端与连杆32的一端连接，连杆32的另一端与第二球面副33的一端连接，第二球面副33的另一端与移动副连接。每一组连接组件中设置有1对弹簧11，弹簧11连接在活动平台1和连杆32之间用于张紧第一球面副31。更进一步的，在本实施例中，第一球面副31与连杆32的连接为球铰连接，具体是第一球面副31的另一端为球面凹槽形，连杆32的两端为圆球形，圆球与球面凹槽相适配，并在球面凹槽中可在三个自由度上灵活转中，每一组连接组件中设置有1对弹簧11，通过两根弹簧11把连接组件拉紧，以减小圆球与球面凹槽之间的间隙，使得连接组件在活动的过程几乎不存在间隙，避免产生误差，提高了本控制器的计算精度，确保计算准确。

在本发明中，移动副为直线电机装置，该直线电机装置可采用公知常识的直线电机装置，优选市面上出售且适用于本发明也能与底座2相适配使用的直线电机。在本实施例中，移动副优选包括动子6和带导轨的定子7的直线电机，其中带导轨的定子7安装在电机支架22上，以使得移动副呈倾斜安装状态。

如图1所示，在本实施例的中心转动支链包括第一直杆8、万向节9及第二直杆10；第一直杆8的一端与活动平台1的底部连接，第一直杆8的另一端通过万向节9与第二直杆10的一端连接，第二直杆10的另一端与底座2的中心支架23连接。本发明的中心转动支链还可以是其它可灵活在多个自由度可转动的机构，在本实施例中，中间转动支链有三个转动自由度，使得活动平台1能在三个方向转动，从而保障了本发明的机器人具有三个转动自由度，可以灵活转动，调节姿态。

作为本发明的另一个改进，本实施例的底座2如图2和图4所示，底座2包括底座平台21、电机支架22和中心支架23；本实施例的底座平台21优选为圆形，在底座平台21以圆心为中心且三个夹角为120度的半径上各设置一个电机支架22，电机支架22呈直角三角形，其直角边与用于固定中心转动支链的中心支架23连接，另一直角边与底座平台21连接，斜边上安装有移动副。进一步的移动副还可以安装在电机支架22的侧面，且与电机支架22的斜边平行。

在本发明中，控制器与功能性工具组件和驱动电机相连，以控制功能性工具组件和驱动轮工作，在本实施例中，控制器内配置了各轴的运动参数、目标点、速度、加速度等信息，利用正负限位及零点信号捕捉机构工作原点。根据控制器中设计的参数及规划器的工作模式采用公知常识技术，结合本发明以实现不同要求下的轨迹规划，并同时对机构的异常动作做出及时反应。

在工作时，控制器通过控制移动副在底座2上运动，以驱动连接组件带动活动平台1调整姿态。在本发明中由于电机支架22呈直角三角形，移动副安装时的方向与电机支架22的斜边方向平行，电机的带动移动副电机支架22可以实现在水平和竖直方向同步移动，从而可以实现移动平台1的全向大转角的运动。更具体的运动过程为：

首先，控制器控制三个移动副运动到负限位(移动副与底座平台21最远的一端(点)为限位，与底座平台21最近的一端(点)是正限位)，然后同时运动到零点位置(零点位置为定子的中点)，此时平台处于初始位置。

其次，控制器根据输入的目标运动位置，并基于机器人的运动学逆解求出三个直线电机的运动距离，控制器控制移动副中的直线电机运动到相应的距离，使得活动平台1达到目标位置；

然后，重复上一步骤，即可运动到下一个目标位置

最后，控制三个直线电机回到零点位置，结束运动。在机器人的整个工作空间内，不存在奇异位置，力和速度的传递性能好，使得末端平台能快速平滑运动。

需要说明的是，在本发明中，基于机器人的运动学逆解求出三个直线电机的运动距离是基于机构的支链结构，建立闭环矢量方程，根据保持中心转动支链中连杆长度不变，以求得第一球面副的位置，进而可得直线电机的位置。本发明的所采用的直线电机的光栅精度大于微米级，运动精度高，并且运动速度快，加速度大。更进一步优选的，本发明的机器人还包括辅助功能件，对应的辅助功能件至少包括采集器、限位器、接触开关、通信器等，以适配本发明的装置更智能化及更广泛的运用。

综上所述，本发明的姿态调整的机器人采用直线电机驱动，具备较大的加速度和最大速度，同时球面副通过弹簧张紧，减小间隙，使得机构具备高精度、高速度的优点。移动副(直线电机)通过特殊的设计倾斜安装在底座的电机支架上，使得机构结构更为紧凑，可活动的范围更大，同时也使得机器人的整体高度降低，整体体积更为小巧，适用安装在生产线的各个位置，以节省空间。活动平台在移动副、连接组件及中心转动支链的相互配合下，能绕着转动中心转动支链的转动中心完成三个方向的大范围转动，具备全向大转角的优点。此外，本发明结构对称，便于进行加工和控制，机构运动灵活、成本低廉，适合应用于3C装配流水线等需要姿态调整的场合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人，包括活动平台、底座、连接组件、移动副、中心转动支链以及控制器，其特征在于，所述控制器控制所述移动副在所述底座上运动，驱动所述连接组件带动所述活动平台以所述中心转动支链为中心在多个方向上活动。

2.根据权利要求1所述的移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人，其特征在于，所述连接组件包括第一球面副、连杆、第二球面副以及弹簧，所述第一球面副的一端与活动平台的底部连接，所述第一球面副的另一端与所述连杆的一端球铰连接，所述连杆的另一端与所述第二球面副的一端连接，所述第二球面副的另一端与所述移动副连接，每一组所述连接组件中设置有1对弹簧，所述弹簧连接在所述活动平台和所述连杆之间。

3.根据权利要求2所述的移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人，其特征在于，所述第一球面副的另一端为球面凹槽形，所述连杆的两端为圆球形，圆球置入球面凹槽中在三个自由度上灵活转中。

4.根据权利要求1所述的移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人，其特征在于，所述中心转动支链包括第一直杆、万向节及第二直杆；所述第一直杆的一端与活动平台的底部连接，所述第一直杆的另一端通过所述万向节与所述第二直杆的一端连接，所述第二直杆的另一端与所述底座的底座中心支架连接。

5.根据权利要求1所述的移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人，其特征在于，所述底座包括底座平台、电机支架和中心支架；所述底座平台上设置有电机支架，所述电机支架一端与所述中心支架连接，另一端与底座平台连接。

6.根据权利要求5所述的移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人，其特征在于，所述电机支架呈直角三角形，所述电机支架的一直角边与中心支架连接，另一直角边与底座平台连接，斜边上安装有移动副。

7.根据权利要求5或6任一所述的移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人，其特征在于，所述底座平台上以圆心为中心，在夹角为120度的半径上各设置一个电机支架。

8.根据权利要求5或6任一所述的移动副驱动的全向大转角高精度姿态调整机器人，其特征在于，所述中心支架设置在所述底座平台的中心。