CN110014418A - 一种用于精密装配的并联柔性机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于精密装配的并联柔性机构，包含同轴布置的上平台、下平台和中间平台，上平台与中间平台之间设有若干条第一柔性支链，中间平台与下平台之间设有若干条第二柔性支链；第一柔性支链的一端与上平台通过球副铰接，另一端与中间平台通过转动副铰接；第二柔性支链的一端与中间平台通过转动副铰接，另一端与下平台通过球副铰接；所述的第一柔性支链的两端的转动副与球副可互换；所述的第二柔性支链的两端的转动副与球副可互换；第一柔性支链和第二柔性支链的材料均为弹簧片。该柔性机构具有一定的轴向承载能力、结构简单紧凑、制作成本低、可靠性高等优点，可安装于机器人与末端执行器之间，以实现自动补偿末端执行器位姿定位偏差。

Description

一种用于精密装配的并联柔性机构
技术领域
本发明涉及一种并联柔性机构，具体涉及一种可用于精密装配作业的柔性机构。
背景技术
随着工业生产的发展和自动化程度的不断提高，制造业中广泛应用机器人或自动化装备进行装配作业。其中最典型的是轴孔类零件的精密装配。由于机器人定位精度较低，装配作业过程中无法随装配力的变化进行自适应调整，需要在机器人与末端执行器之间增设柔性机构，以实现末端执行器位姿定位偏差的自动补偿。
当前的柔性机构主要有三种形式，一种是采用弹簧来作为柔性单元的柔性机构，比如公布号为CN109048987A，公布日为2018年12月21日，名称为《一种并联式柔性手腕机构》，主要是利用三组弹簧相互配合产生的形变使末端执行器具备误差补偿能力，但此类机构柔性较差，且重量大，不适用于零件的轻载高速装配；一种是采用气动、磁悬浮等方式使柔性机构的两个平台之间浮动，从而实现柔性，但此种方式对中性差，装配惯性力较大的情况下会导致装配不稳定，有损伤零件的风险；一种是采用橡胶金属层叠杆件(ElastomerShearPad,ESP)材料作为柔性单元的柔性机构，但由于ESP弹性件自身非线性的特性及ESP生产中难以保证所有产品性能的一致性，造成了该被动柔顺机构的柔顺性能受到了一定影响；同时，该被动柔顺机构所能承受的轴向力较小，无法完成轴向力需求较大的安装任务。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种用于精密装配的并联柔性机构，该柔性机构具有一定的轴向承载能力、结构简单紧凑、制作成本低、可靠性高等优点，可安装于机器人与末端执行器之间，以实现自动补偿末端执行器位姿定位偏差。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于精密装配的并联柔性机构的第一种技术方案是，该并联柔性机构包含同轴布置的上平台、下平台和中间平台，所述上平台与所述中间平台之间设有若干条第一柔性支链，所述中间平台与所述下平台之间设有若干条第二柔性支链；所述第一柔性支链的一端与所述上平台通过球副铰接，所述第一柔性支链的另一端与所述中间平台通过转动副铰接；或者所述第一柔性支链的一端与所述上平台通过转动副铰接，所述第一柔性支链的另一端与所述中间平台通过球副铰接；所述第二柔性支链的一端与所述中间平台通过转动副铰接，所述第二柔性支链的另一端与所述下平台通过球副铰接；或者所述第二柔性支链的一端与所述中间平台通过球副铰接；所述第二柔性支链的另一端与所述下平台通过转动副铰接；所述第一柔性支链和所述第二柔性支链的材料均为弹簧片。
其中，所述上平台的直径等于所述中间平台的直径，若干条第一柔性支链均与柔性机构的中轴线平行；所述下平台的直径小于所述中间平台的直径，若干条第二柔性支链均与柔性机构的中轴线呈一定角度分布。
若干条第一柔性支链周向均布于所述上平台与所述中间平台之间，且尺寸、结构完全相同；所述第二柔性支链周向均布于所述中间平台与所述下间平台之间，且尺寸、结构完全相同。
第一柔性支链和第二柔性支链的条数均为N，N≥3。
本发明提出的一种用于精密装配的并联柔性机构的第二种技术方案是，该并联柔性机构包含同轴布置的上平台和下平台，所述上平台与所述下平台之间设有若干条柔性支链；所述柔性支链的一端与所述上平台通过球副铰接，所述柔性支链的另一端与所述下平台通过转动副铰接；或者所述柔性支链的一端与所述上平台通过转动副铰接，所述柔性支链的另一端与所述下平台通过球副铰接；所述柔性支链的材料均为弹簧片。
其中，所述上平台的直径等于所述下平台的直径，若干条柔性支链均与并联柔性机构的中轴线平行。
所述下平台的直径小于所述上平台的直径，若干条柔性支链均与并联柔性机构的中轴线呈一定角度分布。
若干条柔性支链周向均布于所述上平台与所述下平台之间，且尺寸、结构完全相同。
柔性支链的条数为N，N≥3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)轴向承载能力强。本发明采用弹簧片作为柔性材料，其本身具有轴向承载能力强、弯曲方向柔性高的特点。且以各平台中轴线为中心，呈放射状分布的弹簧片布置方式有助于提高柔性机构的轴向承载能力。
(2)结构简单紧凑。本发明相比其他柔性机构零部件较少，且不含复杂零部件以及不需要高精度、高难度的安装，因此结构简单紧凑，易于使用。
(3)制作成本低。本发明制作所需的零部件均简单易得，成本低。
(4)可靠性高。本发明采用的弹簧片在弯曲变形时无集中应力点，因此不易疲劳损坏，可靠性高。
附图说明
图1是本发明并联柔性机构实施例一的结构示意图；
图2是本发明并联柔性机构实施例二的结构示意图；
图3是本发明并联柔性机构实施例三的结构示意图；
图4是本发明并联柔性机构实施例四的结构示意图。
图中：1-上平台，2-中间平台，3-下平台，4-第一柔性支链，5-第二柔性支链，51-柔性支链，6-第一球副，61-球副，7-第一转动副，71-转动副，8-第二转动副，9-第二球副，d1-上平台的直径，d2-中间平台的直径，d3-下平台的直径。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，本发明提出的一种用于精密装配的并联柔性机构，包含同轴布置的上平台1、下平台3和中间平台2，所述上平台1与所述中间平台2之间设有若干条第一柔性支链4，所述中间平台2与所述下平台3之间设有若干条第二柔性支链。第一柔性支链4和第二柔性支链5的条数均为N，N≥3，图1示出的是具有3条第一柔性支链4和3条第二柔性支链5的柔性机构。
若干条第一柔性支链4周向均布于所述上平台1与所述中间平台2之间，且尺寸、结构完全相同；所述第一柔性支链4的一端与所述上平台1通过第一球副6铰接，所述第一柔性支链4的另一端与所述中间平台2通过第一转动副7铰接；或者所述第一柔性支链4的一端与所述上平台1通过转动副8铰接，所述第一柔性支链4的另一端与所述中间平台2通过球副9铰接。
若干条第二柔性支链5周向均布于所述中间平台2与所述下间平台3之间，且尺寸、结构完全相同。所述第二柔性支链5的一端与所述中间平台2通过第二转动副7铰接，所述第二柔性支链5的另一端与所述下平台3通过第二球副9铰接；或者所述第二柔性支链5的一端与所述中间平台2通过球副铰接；所述第二柔性支链5的另一端与所述下平台3通过转动副铰接；
所述第一柔性支链4和所述第二柔性支链5的材料均为弹簧片。
上平台1、中间平台2和下平台3，三个平台结构类似，尺寸存在差别，所述上平台1的直径d1等于所述中间平台2的直径d2，若干条第一柔性支链4均与柔性机构的中轴线平行，可补偿末端执行器由于定位精度有限产生的位移误差；所述下平台3的直径d3小于所述中间平台2的直径d2，若干条第二柔性支链5均与柔性机构的中轴线呈一定角度分布，可补偿末端执行器由于定位精度有限产生的角度误差。
如图2所示，若末端载荷较大或需要较大的轴向装配力，则可通过在上平台1与中间平台2之间增加第一柔性支链4的数量，中间平台2与下平台3之间增加第二柔性支链5的数量的方式来增强其承载能力(即每层支链数为5)，且第一柔性支链4同样周向均布于所述上平台1与所述中间平台2之间，且尺寸、结构完全相同；所述第二柔性支链5周向均布于所述中间平台2与所述下间平台3之间，且尺寸、结构完全相同。由若干条柔性支链构成的柔性单元同样沿并联柔性机构的中轴线10对称分布。
所述上平台1与所述中间平台2之间的第一柔性支链4的两端的第一转动副6与第一球副7可互换；所述中间平台2与所述下平台3之间的第二柔性支链5的两端的第二转动副8与第二球副9可互换。
本发明的柔性机构的柔性单元可改为其他柔性材料，例如柔性杆等。
若装配过程中机器人定位精度较高，需要柔性机构补偿的定位偏差较小，可以采用单层柔性机构实现，以减轻负载。如图3和图4所示，该并联柔性机构包含同轴布置的上平台1和下平台3，所述上平台1与所述下平台3之间设有若干条柔性支链51；所述柔性支链51的一端与所述上平台1通过球副铰接，所述柔性支链51的另一端与所述下平台3通过转动副铰接；或者所述柔性支链51的一端与所述上平台1通过转动副铰接，所述柔性支链51的另一端与所述下平台3通过球副铰接；所述柔性支链51的材料均为弹簧片，柔性支链51的条数为N，N≥3，图3和图4均示出的具有3条柔性支链51的并联柔性机构，若干条柔性支链51周向均布于所述上平台1与所述下平台3之间，且尺寸、结构完全相同。
所述上平台1的直径等于所述下平台3的直径，若干条柔性支链51均与并联柔性机构的中轴线10平行，如图4所示。或者是，所述下平台3的直径小于所述上平台1的直径，若干条柔性支链51均与并联柔性机构的中轴线10呈一定角度分布，如图3所示。
本发明中，对于弹簧片的弹性势能无限定要求，一般来说弹簧片用柔度表征其变形能力的大小，即弹簧片一端固定，单位力作用在弹簧片另一端，弹簧片受力端的位移即为柔度。弹簧片的柔度与其长度厚度宽度有关，本发明中，根据不同的装配场景采用不同柔度的弹簧片，装配需要的变形小则采用小柔度弹簧片，反之亦可
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种用于精密装配的并联柔性机构，包含同轴布置的上平台(1)、下平台(3)和中间平台(2)，所述上平台(1)与所述中间平台(2)之间设有若干条第一柔性支链(4)，所述中间平台(2)与所述下平台(3)之间设有若干条第二柔性支链；其特征在于：
所述第一柔性支链(4)的一端与所述上平台(1)通过球副铰接，所述第一柔性支链(4)的另一端与所述中间平台(2)通过转动副铰接；或者所述第一柔性支链(4)的一端与所述上平台(1)通过转动副铰接，所述第一柔性支链(4)的另一端与所述中间平台(2)通过球副铰接；
所述第二柔性支链(5)的一端与所述中间平台(2)通过转动副铰接，所述第二柔性支链(5)的另一端与所述下平台(3)通过球副铰接；或者所述第二柔性支链(5)的一端与所述中间平台(2)通过球副铰接；所述第二柔性支链(5)的另一端与所述下平台(3)通过转动副铰接；
所述第一柔性支链(4)和所述第二柔性支链(5)的材料均为弹簧片。
2.根据权利要求1所述用于精密装配的并联柔性机构，其特征在于，所述上平台(1)的直径等于所述中间平台(2)的直径，若干条第一柔性支链(4)均与并联柔性机构的中轴线(10)平行；所述下平台(3)的直径小于所述中间平台(2)的直径，若干条第二柔性支链(5)均与并联柔性机构的中轴线(10)呈一定角度分布。
3.根据权利要求1所述用于精密装配的并联柔性机构，其特征在于，若干条第一柔性支链(4)周向均布于所述上平台(1)与所述中间平台(2)之间，且尺寸、结构完全相同；若干条第二柔性支链(5)周向均布于所述中间平台(2)与所述下间平台(3)之间，且尺寸、结构完全相同。
4.根据权利要求1至3中任一所述用于精密装配的并联柔性机构，其特征在于，第一柔性支链(4)和第二柔性支链(5)的条数均为N，N≥3。
5.一种用于精密装配的并联柔性机构，包含同轴布置的上平台(1)和下平台(3)，所述上平台(1)与所述下平台(3)之间设有若干条柔性支链(51)；其特征在于：
所述柔性支链(51)的一端与所述上平台(1)通过球副铰接，所述柔性支链(51)的另一端与所述下平台(3)通过转动副铰接；或者所述柔性支链(51)的一端与所述上平台(1)通过转动副铰接，所述柔性支链(51)的另一端与所述下平台(3)通过球副铰接；
所述柔性支链(51)的材料均为弹簧片。
6.根据权利要求5所述用于精密装配的并联柔性机构，其特征在于，所述上平台(1)的直径等于所述下平台(3)的直径，若干条柔性支链(51)均与并联柔性机构的中轴线(10)平行。
7.根据权利要求5所述用于精密装配的并联柔性机构，其特征在于，所述下平台(3)的直径小于所述上平台(1)的直径，若干条柔性支链(51)均与并联柔性机构的中轴线(10)呈一定角度分布。
8.根据权利要求5所述用于精密装配的并联柔性机构，其特征在于，若干条柔性支链(51)周向均布于所述上平台(1)与所述下平台(3)之间，且尺寸、结构完全相同。
9.根据权利要求5至8中任一所述用于精密装配的并联柔性机构，其特征在于，柔性支链(51)的条数为N，N≥3。
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