CN110091314B - 多自由度并联机器人 - Google Patents

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Abstract

一种多自由度并联机器人，包括定平台、动平台、多个直线驱动组件以及预紧力调节机构；每个直线驱动组件的两端分别通过一个球铰链与所述定平台及所述动平台活动连接；所述预紧力调节机构包括弹性件及旋转调节件组件；所述弹性件的一端固定连接于所述定平台且另一端连接至旋转调节组件；所述旋转调节组件安装于所述动平台且通过旋转方式改变所述弹性件的伸长量。

Description

多自由度并联机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种多自由度并联机器人。
背景技术
随着当前科学技术的发展，机器人已经广泛应用于工业制造、生活娱乐等方方面面。其中并联机器人相比串联机器人具负载大、刚度高、精度高等优势，因此得到广泛应用。在多自由度并联机器人中，存在如3-SPS、3-PSS、6-SPS及6-PSS等构型，这些构型的机器人的共同特点是每个单腿支链中存在多个球铰链。球铰链作为一种并联机器人常用的铰链形式具有结构紧凑，精度高等优点，但是其存在一个不足：球铰链一旦出厂，内部间隙以及预紧力基本无法调节，无法适应不同应用场合的需求。而球铰链的间隙和预紧力对于并联机器人的整机刚度和精度都有着非常直接的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种可手动调节预紧力的多自由度并联机器人，用以解决球铰链预紧力不可调带来的精度和刚度损失问题。
本发明提供一种多自由度并联机器人，包括定平台、动平台、多个直线驱动组件以及预紧力调节机构；每个直线驱动组件的两端分别通过一个球铰链与所述定平台及所述动平台活动连接；所述预紧力调节机构包括弹性件及旋转调节件组件；所述弹性件的一端固定连接于所述定平台且另一端连接至旋转调节组件；所述旋转调节组件安装于所述动平台且通过旋转方式改变所述弹性件的伸长量。
本发明的旋转调节组件安装于所述动平台且通过旋转方式改变所述弹性件的伸长量，进而调节整个多自由度并联机器人的预紧力，以满足不同应用场合的使用需求，特别适用于精度和刚度要求很高的场合，尤其适用于精密测试、长途运输、发射过载等应用场合。
附图说明
图1为本发明提供的多自由度并联机器人的立体结构图。
图2为图1所示的多自由度并联机器人的预紧力调节机构的局部剖视立体图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人士在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参照图1及图2，本发明优选实施方式提供的多自由度并联机器人100，包括定平台1、动平台2、多个直线驱动组件3以及预紧力调节机构4；每个直线驱动组件3的两端分别通过一个球铰链5与所述定平台1及所述动平台2活动连接；所述预紧力调节机构4包括弹性件41及旋转调节件组件42；所述弹性件41的一端固定连接于所述定平台1且另一端连接至旋转调节组件42；所述旋转调节组件42安装于所述动平台2且通过旋转方式改变所述弹性件41的伸长量。
本发明的旋转调节组件42安装于所述动平台2且通过旋转方式改变所述弹性件41的伸长量，进而调节整个多自由度并联机器人的预紧力，以满足不同应用场合的使用需求，特别适用于精度和刚度要求很高的场合，尤其适用于精密测试、长途运输、发射过载等应用场合。
在本实施方式中，所述弹性件41为弹簧，所述预紧力调节机构4还包括下支架43及下挂钩44；所述定平台1开设有下安装孔11，所述多个直线驱动组件3与定平台1活动连接的铰链球5围绕于所述下安装孔11；所述下支架43固定连接于下安装孔11内，所述下挂钩44固定连接于所述下支架43靠近动平台2的一侧；弹簧的一端挂接于所述下挂钩44上。所述多个直线驱动组件3与定平台1活动连接的铰链球5围绕于所述下安装孔11的设置，可以使预紧力调节机构4的作用力均匀分布于每个直线驱动组件3上，结构稳定。每个直线驱动组件3包括驱动电机、丝杠、导轨等元件。
在本实施方式中，所述旋转调节组件42包括丝杆421、丝母422、导向筒423、上挂钩424及上支架425。所述上挂钩424收容于所述导向筒423内且穿过导向筒423靠近所述弹性件41的一端，且弹簧的远离所述下挂钩44的一端挂接于所述上挂钩424上。所述丝母422收容于所述导向筒423内并位于所述上挂钩424远离所述弹性件41的一侧，所述丝母能够在所述导向筒423内远离或靠近所述上挂钩424运动，所述丝杆421穿过所述丝母422与所述丝母422螺纹配合且一端与所述上挂钩424固定连接，所述丝杆421远离上挂钩424的一端穿出所述导向筒423；所述上支架425一端与所述导向筒423固定连接，另一端与所述动平台2固定连接。如此，通所旋转所述丝杆421远离所述上挂钩424的一端的方式，可以使丝母422在导向筒内导向筒423内远离或靠近所述上挂钩424运动以此与丝杆421的不同部位配合，使得丝杆421向所述弹性件41施加不同大小的拉伸力，以此改变所述弹性件41的伸长量，达到调节所述定平台1与所述动平台2之间的预紧力的目的。
在本实施方式中，所述导向筒423与所述上支架425可以为一体成型结构，所述上支架425包括与所述导向筒423对应连通的供所述丝杆421远离上挂钩424的一端穿出的筒体4251、以及自所述筒体4251边缘延伸形成的多个上连接杆4252。在其他实施方式中，所述导向筒423与所述上支架425也可以分开制造并连接在一起。
进一步的，所述动平台2开设有上安装孔21；多个上连接杆4252均匀分布于所述筒体4251的外侧且每个上连接杆4252远离所述筒体4251的一端形成上台阶部4253。所述上台阶部4253与所述上安装孔21靠近所述定平台1一侧的边缘卡合且通过螺丝与所述动平台2固定连接；所述丝杆421远离上挂钩424的一端穿出所述筒体4251并与一旋转手柄426相连接，且所述旋转手柄426与所述上安装孔21相对。具体的，所述上台阶部4253及所述安装孔21的边缘开设有相应的螺孔，如此可通过螺丝将上台阶部4253与所述动平台2固定连接。本实施方式中，所述上连接杆4252的数量为三个且两两之间的夹角为120度，结构简单且稳定性好。本实施方式中，所述旋转手柄426与所述上安装孔21相对且高度不超过所述动平台2远离所述定平台1的一侧，可以方便从上安装孔21操作所述旋转手柄426，以此旋转所述丝杆421。在其他实施方式中，也可以不开设所述上安装孔21，所述旋转手柄426与所述动平台2靠近所述定平台1的一侧间隔相对设置，即从所述定平台1及所述动平台2之间的空间操作所述旋转手柄426。在其他实施方式中，也可以不设置所述旋转手柄426，即所述丝杆421远离上挂钩424的一端穿出的筒体4251并与所述上安装孔21相对。
在本实施方式中，所述下支架43包括圆柱状的主体部431以及自所述主体部431边缘延伸形成的多个下连接杆432；多个下连接杆432均匀分布于所述主体部431的外侧且每个下连接杆431远离所述主体部431的一端形成下台阶部433。所述下台阶部433与所述下安装孔11靠近所述动平台2一侧的边缘卡合且通过螺丝与所定平台1固定连接。本实施方式中，所述下连接杆432的数量为六个且两两之间的夹角为60度，结构简单且稳定性好。
在本实施方式中，所述预紧力调节机构4还包括一端连接于所述主体部431上且套于所述弹性件41外的保护罩45。具体的，所述保护罩45为中空圆柱状且一端形成安装凸缘451，所述安装凸缘451与所述主体部431通过螺丝固定连接，所述保护罩45用于保护所述弹性件41，避免外部物体损伤所述弹性件41，进一步的，所述保护罩45还开设有多个观察孔452，可以通过观察孔452目测所述弹性件41的形变状态，并且可以减轻整体的重量。
在本实施方式中，所述导向筒423内开设有与所述丝母422外形一致的导向孔4231，例如所述丝母422为六角螺母，则所述丝母422为对应大小的六角形，使丝母423只能在导向孔4231能做直线运动并防止丝母423在所述收容孔4231内旋转。所述导向筒423的侧壁还开设有与导向孔4231连通的标示孔4232，所述标示孔4232边缘设置有刻度线4233，所述丝母422上设置有与所述标示孔4232相对的指针4221。
在本实施方式中，所述定平台1为正三角形且每个顶角为导圆角设置，所述动平台2为边长小于所述定平台的正三角形且每个顶角为导圆角设置；所述直线驱动组件3的数量为六个且每两个分别通过球铰链5与所述定平台1及所述动平台2对应的靠近的一个顶角的位置处连接，如此，可以使所述多自由度并联机器人100结构紧凑且具有很好的稳定性。在其他实施方式中，所述定平台1及所述动平台2的形状也可以是圆形、矩形、正多边形或其他形状。所述直线驱动组件3的数量不局限于前述实施方式中的六个，例如还可以为三个、四个、五个或其他数量，直线驱动组件3的具体数量依据并联机器人的自由度而定。
以上所述实施方式仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种多自由度并联机器人，其特征在于，包括定平台、动平台、多个直线驱动组件以及预紧力调节机构；每个直线驱动组件的两端分别通过一个球铰链与所述定平台及所述动平台活动连接；所述预紧力调节机构包括弹性件及旋转调节件组件；所述弹性件的一端固定连接于所述定平台且另一端连接至旋转调节组件；所述旋转调节组件安装于所述动平台且通过旋转方式改变所述弹性件的伸长量；所述弹性件为弹簧，所述预紧力调节机构还包括下支架及下挂钩；所述定平台开设有下安装孔，所述多个直线驱动组件与定平台活动连接的铰链球围绕于所述下安装孔；所述下支架固定连接于下安装孔内，所述下挂钩固定连接于所述下支架靠近动平台的一侧；弹簧的一端挂接于所述下挂钩上；
所述旋转调节组件包括丝杆、丝母、导向筒、上挂钩及上支架；所述上挂钩收容于所述导向筒内且穿过导向筒靠近所述弹性件的一端，且弹簧的远离所述下挂钩的一端挂接于所述上挂钩；所述丝母收容于所述导向筒内并位于所述上挂钩远离所述弹性件的一侧，所述丝母能够在所述导向筒内远离或靠近所述上挂钩运动，所述丝杆穿过所述丝母与所述丝母螺纹配合且一端与所述上挂钩固定连接，所述丝杆远离上挂钩的一端穿出所述导向筒；所述上支架一端与所述导向筒固定连接，另一端与所述动平台固定连接。
2.根据权利要求1所述的多自由度并联机器人，其特征在于，所述上支架包括与所述导向筒对应连通的供所述丝杆远离上挂钩的一端穿出的筒体、以及自所述筒体边缘延伸形成的多个上连接杆；所述动平台开设有上安装孔；多个上连接杆均匀分布于所述筒体的外侧且每个上连接杆远离所述筒体的一端形成上台阶部；所述上台阶部与所述上安装孔靠近所述定平台一侧的边缘卡合且通过螺丝与所述动平台固定连接。
3.根据权利要求2所述的多自由度并联机器人，其特征在于，所述丝杆远离上挂钩的一端穿出的筒体并与一旋转手柄相连接，且所述旋转手柄与上安装孔相对。
4.根据权利要求1所述的多自由度并联机器人，其特征在于，所述下支架包括圆柱状的主体部以及自所述主体部边缘延伸形成的多个下连接杆；多个下连接杆均匀分布于所述主体部的外侧且每个下连接杆远离所述主体部的一端形成下台阶部；所述下台阶部与所述下安装孔靠近所述动平台一侧的边缘卡合且通过螺丝与所定平台固定连接。
5.根据权利要求4所述的多自由度并联机器人，其特征在于，所述预紧力调节机构还包括一端连接于所述主体部上且套于所述弹性件外的保护罩。
6.根据权利要求5所述的多自由度并联机器人，其特征在于，所述保护罩为中空圆柱状且一端形成安装凸缘，所述安装凸缘与所述主体部通过螺丝固定连接，所述保护罩还开设有多个观察孔。
7.根据权利要求1所述的多自由度并联机器人，其特征在于，所述导向筒内开设有与所述丝母外形一致的导向孔；所述导向筒的侧壁还开设有与导向孔连通的标示孔，所述标示孔边缘设置有刻度线，所述丝母上设置有与所述标示孔相对的指针。
8.根据权利要求1所述的多自由度并联机器人，其特征在于，所述定平台为正三角形且每个顶角为导圆角设置，所述动平台为边长小于所述定平台的正三角形且每个顶角为导圆角设置；所述直线驱动组件的数量为六个且每两个分别通过球铰链与所述定平台及所述动平台对应的靠近的一个顶角的位置处连接。
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