CN109366463A - 一种含双平台的五自由度混联机器人 - Google Patents
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Abstract
一种含双平台的五自由度混联机器人，包括有定位头、第一长度调节装置、第二长度调节装置和第三长度调节装置，第一长度调节装置的中部贯穿的铰接在第一转动支架上，前端与动平台固定连接，第一转动支架的两侧端分别各通过一自由度铰链旋转地连接第一固定轴座，第二长度调节装置和第三长度调节装置的中部均贯穿的铰接在第二转动支架上，第二转动支架的两侧端分别各通过一自由度铰链旋转地连接第二固定轴座，第二长度调节装置和第三长度调节装置的前端对应通过第二铰链和第三铰链铰接在副平台上，副平台套在动平台的外侧，并与动平台旋转连接。本发明既具有大工作空间，又能有效减少长度调节装置数目，降低制造成本，同时保持一定刚度和精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种五自由度混联机器人。特别是涉及一种含双平台的五自由度混联机器人。
背景技术
近年来，混联机器人凭借其工作空间/装备占地比大、精度/刚度高、灵活性强、可模块化等优点，在航空/航天、核电/风电、交通运输等产业得到广泛应用，以混联机器人模块为核心的单机制造单元或多机制造系统正逐渐成为大型复杂零件高效、高精度、现场短流程加工制造的重要手段。
专利GB2173472(或EP0200369、US4790718)所公开的五自由度混联机器人工作空间大，运动学模型具有解析解，静/动态性能高，但其结构复杂，机构铰链数目和构件数目过多，导致其制造成本高、工艺复杂；专利ZL104985596A所公开的一类含多轴转动支架的五自由度混联机器人比GB2173472(或EP0200369、US4790718)所公开的混联机器人节省了6个铰链自由度数目，但此类机构中，仅限制动平台自由度的长度调节装置和仅为动平台提供驱动的长度调节装置是分开的，导致长度调节装置数目过多，结构复杂，增加制造成本和机器人整机质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种既具有大工作空间，又能有效减少长度调节装置数目，降低制造成本，同时保持一定刚度和精度的可重构模块化的含双平台的五自由度混联机器人。
本发明所采用的技术方案是：一种含双平台的五自由度混联机器人，包括有定位头和末端与定位头串接的动平台，还设置有第一长度调节装置、第二长度调节装置和第三长度调节装置，所述第一长度调节装置的中部贯穿的铰接在第一转动支架上，前端与所述的动平台固定连接，所述第一转动支架的两侧端分别各通过一自由度铰链旋转地连接第一固定轴座，所述第二长度调节装置和第三长度调节装置的中部均贯穿的铰接在第二转动支架上，所述第二转动支架的两侧端分别各通过一自由度铰链旋转地连接第二固定轴座，所述第二长度调节装置和第三长度调节装置的前端对应通过第二铰链和第三铰链铰接在副平台上，所述副平台套在所述动平台的外侧，并与所述动平台旋转连接。
所述的第二铰链和第三铰链结构相同，均是具有三个转动自由度的铰链，包括有球铰外圈和与球铰外圈铰接连接的球铰内圈，其中，所述球铰外圈的一端同轴且一体形成有用于与所述副平台铰接的球铰连接轴，所述球铰外圈的另一端形成有用于与一体形成在所述球铰内圈一端的球体铰接的凹槽，所述球铰内圈的另一端形成有用于与所述第二长度调节装置或第三长度调节装置螺纹连接的外螺纹。
所述的副平台包括有前后开口的筒状结构的副平台主体，一体形成在所述副平台主体前端口上的边沿，所述边沿上形成有用于分别通过第二铰链和第三铰链对应连接所述第二长度调节装置和第三长度调节装置的第一凸耳和第二凸耳，所述第一凸耳和第二凸耳均形成有用于与所述第二铰链和第三铰链上的球铰连接轴铰接连接的铰接孔，所述副平台主体的内侧设置有用于与所述平台旋转连接的轴瓦。
动平台包括有前端与所述的定位头相连、后端与所述的第一长度调节装置相连的平台主体，所述平台主体的外侧设置有用于与所述副平台主体内侧的轴瓦旋转连接的轴毂。
本发明的一种含双平台的五自由度混联机器人，既具有大工作空间，又能有效减少长度调节装置数目，降低制造成本，同时保持一定刚度和精度。本发明具有如下优点：
1.第一长度调节装置不仅限制了动平台的部分运动自由度，还为动平台提供一个驱动，与专利GB2173472、CN104985596A公开的机器人相比，机构中支链数目均减少了1个，有效降低了构件数目，减少制造成本。
2.本发明所述机器人的第一、二转动支架均可分别通过所述第一、二固定轴座连接到不同机架上，组成不同的单机制造单元或多机制造系统，提高制造与装备工艺性。
3.并联模块的位置能力与定位头的姿态能力相结合，可在保证结构紧凑的同时获得较大的工作空间。
附图说明
图1是本发明一种含双平台的五自由度混联机器人的结构示意图；
图2是图1的后视图；
图3a是本发明的第二转动支架的结构示意图；
图3b是图3a的A-A剖视图；
图4是本发明中第一长度调节装置的结构示意图；
图5是本发明中第二长度调节装置或第三长度调节装置的结构示意图；
图6是本发明中第二铰链或第三铰链的结构示意图；
图7是本发明中副平台的结构示意图；
图8是本发明中副平台与第二铰链或第三铰链结合的结构示意图；
图9是本发明中副平台内部的结构示意图；
图10是本发明中动平台的结构示意图；
图11是本发明中动平台与副平台结合的结构示意图。
图中
1：第一长度调节装置 2：第二长度调节装置
3：第三长度调节装置 4：副平台
5：动平台 6：定位头
7：第一转动支架 8：第一固定轴座
9：第二转动支架 10：第二固定轴座
11：第二铰链 12：第三铰链
41：副平台主体 42：边沿
43：第一凸耳 44：第二凸耳
45：加强筋 46：铰接孔
47：轴瓦 51：平台主体
52：轴毂 91：第二侧孔
92：第三侧孔 93：第二侧端销轴
94：第三侧端销轴 101：伺服电机
102：第一推杆 103：丝杠
104：螺母 105：内圈
106：导轨 107：滑块
108：第一连接销轴 109：长槽
111/121：球铰外圈 112/122：球铰内圈
113/123：球铰连接轴 114/124：球体
115/125：外螺纹 201/301：伺服电机
202/302：第二外管 203/303：第二连接销轴
204/304：丝杠 235/335：螺母
206/306：导向键 207/307：键槽
208/308：第二推杆
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种含双平台的五自由度混联机器人做出详细说明。
如图1、图2所示，本发明的一种含双平台的五自由度混联机器人，包括有定位头6和末端与定位头6串接的动平台5，还设置有第一长度调节装置1、第二长度调节装置2和第三长度调节装置3，所述第一长度调节装置1的中部贯穿的铰接在第一转动支架7上，前端与所述的动平台5固定连接，所述第一转动支架7的两侧端分别各通过一自由度铰链旋转地连接第一固定轴座8，所述第二长度调节装置2和第三长度调节装置3的中部均贯穿的铰接在第二转动支架9上，所述第二转动支架9的两侧端分别各通过一自由度铰链旋转地连接第二固定轴座10，所述第二长度调节装置2和第三长度调节装置3的前端对应通过第二铰链11和第三铰链12铰接在副平台4上，所述副平台4套在所述动平台5的外侧，并与所述动平台5旋转连接。
所述第一固定轴座8和第一转动支架7之间的转动副轴线与所述第一转动支架7和第一长度调节装置1之间的转动副轴线垂直相交；所述第二固定轴座10和第二转动支架9之间的转动副轴线与所述第二转动支架9和第二长度调节装置2之间的转动副轴线垂直相交，所述第二固定轴座10和第二转动支架9之间的转动副轴线与所述第二转动支架9和第三长度调节装置3之间的转动副轴线垂直相交；所述第二长度调节装置2和第三长度调节装置3与所述第二转动支架9之间的转动副轴线相互平行，所述第二长度调节装置2、第三长度调节装置3的运动平面为同一平面。
如图3a、图3b所示，所述第二转动支架9上包含两个轴和两组安装孔，包括与第二长度调节装置2和第三长度调节装置3组成转动副的第二侧孔91和第三侧孔92，以及位于第二转动支架9两端用于与两个第二固定轴座10组成转动副连接的第二侧端销轴93和第三侧端销轴94；所述第二侧端销轴93与第三侧端销轴94同轴，轴线为第二纵轴axis1；所述第二侧孔91和第三侧孔92的轴线分别为第二横轴axis2、第三横轴axis3，两条轴线相互平行；所述第二纵轴axis1与第二横轴axis2、第三横轴axis3均垂直相交。
如图4所示，所述的第一长度调节装置1包括有：伺服电机101、第一推杆102以及套在所述第一推杆102上的内圈105，所述内圈105的外周面有用于与所述第一转动支架7形成一转动副连接的第一连接销轴108，所述第一推杆102上沿轴向固定设置有导轨106，所述内圈105内周面固定有沿所述内圈105轴线方向的滑块107，可与所述导轨106构成移动副，所述丝杠103一端与固定在所述内圈105内部的螺母104相连，另一端与固定在所述第一推杆102末端的所述伺服电机101的驱动相连，所述螺母104与所述丝杠103通过螺纹连接构成螺旋移动副，实现所述第一推杆102相对于所述内圈105前后移动，所述第一推杆102两侧面各设置有长槽109，可避免所述内圈105移动时与所述第一推杆102发生干涉，所述第一推杆102另一端与所述动平台5固连。
如图5所示，所述的第二长度调节装置2和第三长度调节装置3结构相同，均包括：伺服电机201/301，第二外管202/302和第二推杆208/308，所述第二外管202/302的外周面有用于与所述第二转动支架9形成转动副连接的第二连接销轴203/303，所述第二推杆208/308上沿轴向设置有键槽207/307，所述第二外管202/302上设置有能嵌入到所述键槽207/307内，并与键槽207/307配合，使第二外管202/302和第二推杆208/308组成移动副的导向键206/306，所述第二推杆208/308插入到所述第二外管202/302内的一端与螺母205/305固连，另一端对应连接到所述第二铰链11和第三铰链12，所述丝杠204/304一端与所述伺服电机201/301的驱动连接，另一端与螺母205/305组成螺旋移动副，实现第二推杆208/308与第二外管202/302之间的相对移动。
所述的第二铰链11和第三铰链12结构相同，均是具有三个转动自由度的铰链，且三个转动自由度的转动轴线不共线但相交于一点。以牛眼轴承为例，如图6所示，包括有球铰外圈111/121和与球铰外圈111/121铰接连接的球铰内圈112/122，其中，所述球铰外圈111/121的一端同轴且一体形成有用于与所述副平台4铰接的球铰连接轴113/123，所述球铰外圈111/121的另一端形成有用于与一体形成在所述球铰内圈112/122一端的球体114/124铰接的凹槽，所述球铰内圈112/122的另一端形成有用于与所述第二长度调节装置1或第三长度调节装置2螺纹连接的外螺纹115/125。
如图7、图8、图9所示，所述的副平台4包括有前后开口的筒状结构的副平台主体41，一体形成在所述副平台主体41前端口上的边沿42，所述边沿42上形成有用于分别通过第二铰链11和第三铰链12对应连接所述第二长度调节装置2和第三长度调节装置3的第一凸耳43和第二凸耳44，所述第一凸耳43和第二凸耳44均形成有用于与所述第二铰链11和第三铰链12上的球铰连接轴113/123铰接连接的铰接孔46，所述副平台主体41的内侧设置有用于与所述平台5旋转连接的轴瓦47。
如图10、图11所示，动平台5包括有前端与所述的定位头6相连、后端与所述的第一长度调节装置1相连的平台主体51，所述平台主体51的外侧设置有用于与所述副平台主体41内侧的轴瓦47旋转连接的轴毂52。
所述第一长度调节装置1、第二长度调节装置2、第三长度调节装置3还能够采用液压或气压驱动结构替换伺服电机101/201/301。
以上对本发明及其实施方式的描述是示意性的，没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施优选方案之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用长度调节装置、铰链以及定位头等不同的结构方式所做出的实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种含双平台的五自由度混联机器人，包括有定位头(6)和末端与定位头(6)串接的动平台(5)，还设置有第一长度调节装置(1)、第二长度调节装置(2)和第三长度调节装置(3)，所述第一长度调节装置(1)的中部贯穿的铰接在第一转动支架(7)上，前端与所述的动平台(5)固定连接，所述第一转动支架(7)的两侧端分别各通过一自由度铰链旋转地连接第一固定轴座(8)，所述第二长度调节装置(2)和第三长度调节装置(3)的中部均贯穿的铰接在第二转动支架(9)上，所述第二转动支架(9)的两侧端分别各通过一自由度铰链旋转地连接第二固定轴座(10)，其特征在于，所述第二长度调节装置(2)和第三长度调节装置(3)的前端对应通过第二铰链(11)和第三铰链(12)铰接在副平台(4)上，所述副平台(4)套在所述动平台(5)的外侧，并与所述动平台(5)旋转连接。
2.根据权利要求1所述的一种含双平台的五自由度混联机器人，其特征在于，所述的第二铰链(11)和第三铰链(12)结构相同，均是具有三个转动自由度的铰链，包括有球铰外圈(111/121)和与球铰外圈(111/121)铰接连接的球铰内圈(112/122)，其中，所述球铰外圈(111/121)的一端同轴且一体形成有用于与所述副平台(4)铰接的球铰连接轴(113/123)，所述球铰外圈(111/121)的另一端形成有用于与一体形成在所述球铰内圈(112/122)一端的球体(114/124)铰接的凹槽，所述球铰内圈(112/122)的另一端形成有用于与所述第二长度调节装置(1)或第三长度调节装置(2)螺纹连接的外螺纹(115/125)。
3.根据权利要求1所述的一种含双平台的五自由度混联机器人，其特征在于，所述的副平台(4)包括有前后开口的筒状结构的副平台主体(41)，一体形成在所述副平台主体(41)前端口上的边沿(42)，所述边沿(42)上形成有用于分别通过第二铰链(11)和第三铰链(12)对应连接所述第二长度调节装置(2)和第三长度调节装置(3)的第一凸耳(43)和第二凸耳(44)，所述第一凸耳(43)和第二凸耳(44)均形成有用于与所述第二铰链(11)和第三铰链(12)上的球铰连接轴(113/123)铰接连接的铰接孔(46)，所述副平台主体(41)的内侧设置有用于与所述平台(5)旋转连接的轴瓦(47)。
4.根据权利要求3所述的一种含双平台的五自由度混联机器人，其特征在于，动平台(5)包括有前端与所述的定位头(6)相连、后端与所述的第一长度调节装置(1)相连的平台主体(51)，所述平台主体(51)的外侧设置有用于与所述副平台主体(41)内侧的轴瓦(47)旋转连接的轴毂(52)。
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