CN110216656A - 一种预紧力调节机构及多自由度并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械设备领域，具体涉及一种预紧力调节机构及多自由度并联机器人，在多自由度并联机器人上安装预紧力调节机构，弹簧的初始位置为拉伸状态，为直线驱动组件两端的球铰链提供预紧，S形测力传感器作为反馈环节实时反馈弹簧的拉力大小；当需要调节预紧力大小时，只需要启动电机，电机带动驱动齿轮旋转，从而带动从动齿轮、丝杆进行运动，最终带动弹簧做直线运动，改变其变形长度以改变由弹簧提供的预紧力，当S形测力传感器反馈的数值和理想值之间的误差小于允差时，电机停转，S形测力传感器的精度越高，预紧力调节的精度越高。解决球铰链预紧力不可调带来的精度和刚度损失问题。

Description

一种预紧力调节机构及多自由度并联机器人

技术领域

本发明涉及机械设备领域，特别是涉及一种预紧力调节机构及多自由度并联机器人。

背景技术

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，存在如三自由度并联机器人3-PSS、六自由度并联机器人6-PSS等构型，其中P代表直线副，S代表球副，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很难再进行调节，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

鉴于此，对于精度和刚度要求非常高的的应用场合，有必要提供一种预紧力调节机构及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，本发明采用如下技术方案：

一种预紧力调节机构，包括驱动齿轮、从动齿轮、电机、上支撑架、弹簧、S形测力传感器、下支撑架、丝杆，所述电机与所述驱动齿轮键连接传动，所述驱动齿轮与所述从动齿轮啮合连接，所述从动齿轮与所述丝杆键连接，所述丝杆通过螺纹与所述下支撑架连接，所述下支撑架上设置导向件，所述导向件侧边设置导向槽，所述导向件内部设置垂直方向堆叠的丝母与过渡件，所述过渡件一端连接所述S形测力传感器，所述S形测力传感器另一端与所述弹簧一端的弹簧挂钩连接，所述弹簧另一端的弹簧挂钩固定于所述上支撑架上。

优选地,还包括弹簧防护罩，所述弹簧防护罩通过螺钉固定在所述上支撑架上，并罩住所述弹簧。

优选地，丝杆一端通过螺纹与所述下支撑架连接。

本发明还提供一种多自由度并联机器人，包括如上任一方案所述的预紧力调节机构。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

预紧力调节机构可以精密调整并联机器人中球铰链的预紧力，从而提高并联机器人的精度和刚度；

多自由度并联机器人提供一个高精度高刚度的调整机构。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明预紧力调节机构的结构示意图。

其中：1为定平台；2为球铰链；3为直线驱动组件；4为动平台；5为预紧力调节机构；调节装置；5-1为电机座；5-2为驱动齿轮；5-3为从动齿轮；5-4为电机；5-5为弹簧防护罩；5-6为上支撑架；5-7为弹簧挂钩；5-8为弹簧；5-9为S形测力传感器；5-10为过渡件；5-11为丝母，5-12为导向件；5-13为下支撑架；5-14为丝杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

如图1所示：本实施例的一种预紧力调节机构，包括驱动齿轮5-2、从动齿轮5-3、电机5-4、上支撑架5-6、弹簧挂钩5-7、弹簧5-8、S形测力传感器5-9、下支撑架5-13、丝杆5-14，其特征在于，所述电机5-4与所述驱动齿轮5-2键连接传动，所述驱动齿轮5-2与所述从动齿轮5-3啮合连接，从动齿轮5-3与丝杆5-14键连接，从动齿轮的运动5-3形式为螺旋运动，既有旋转也有平移，因此驱动齿轮5-2的齿宽必须小于从动齿轮5-3齿宽与其运动行程之和。丝杆5-14一端与下支撑架5-13连接，下支撑架5-13上设置导向件5-12，导向件5-12侧边设置导向槽，用以消除丝母5-11的旋转运动，达到使丝母5-11只有直线运动的目的。导向件5-12内部设置垂直方向堆叠的丝母5-11与过渡件5-10，过渡件5-10一端连接S形测力传感器5-9，S形测力传感器5-9另一端与弹簧5-8一端的弹簧挂钩5-7连接，弹簧5-8另一端的弹簧挂钩5-7固定于所述上支撑架5-6上，用于防止弹簧5-8脱钩，电机5-4通过螺钉固定在电机座5-1上。

在一些较佳的实施例中，还包括弹簧防护罩5-5，弹簧防护罩5-5通过螺钉固定在所述上支撑架5-6上，并罩住所述弹簧5-8，用于防止弹簧5-8脱钩。

在一些较佳的实施例中，丝杆5-14一端通过螺纹与下支撑架5-13连接。设计时保证螺纹的螺旋升角小于螺旋副的摩擦角，使其可以实现任意位置自锁的目的。待安装完成后，即可得到本实施例的预紧力调节机构。

本实施例的预紧力调节机构，结构简单，弹簧的伸缩可调，可根据不同的应用场景为弹簧施加不同大小的预紧力。

本发明还提供了一种包括预紧力调节机构的多自由度并联机器人，如图2所示：本实施例中多自由度并联机器人选用六自由度并联机器人，由定平台1、六组相同的球铰链2、六组相同的直线驱动组件3及动平台4组成，所述直线驱动组件3的两端分别连接所述球铰链2，所述球铰链2均匀布置于定平台1与所述动平台4上，预紧力调节机构5的上支撑架5-6和下支撑架5-13分别通过螺钉可拆卸地安装于多自由度并联机器人的动平台4与定平台1上，具体构件数目需要根据机器人的自由度数目和链路数目进行确定。电机座5-1通过螺钉固定在定平台1上。

结合附图1及附图2所示：当在多自由度并联机器人上安装预紧力调节机构5之后，弹簧5-8的初始位置为拉伸状态，为直线驱动组件3两端的球铰链2提供预紧，S形测力传感器5-9作为闭环反馈环节实时反馈弹簧5-8的拉力大小。当需要调节预紧力大小时，只需要启动电机5-4，电机5-4带动驱动齿轮5-2旋转，从而带动从动齿轮5-3、丝杆5-14进行运动，最终带动弹簧5-8做直线运动，改变其变形长度以改变由弹簧5-8提供的预紧力，当S形测力传感器5-9反馈的数值与理想值之间的误差小于允差时，电机5-4停转。S形测力传感器5-9的精度越高，预紧力调节的精度就越高，具体精度等级需要根据应用场合的需求进行选型。

本发明提供的一种预紧力调节机构及多自由度并联机器人原理清晰，结构简单，可以针对多种并联机器人构型，精密调整施加在球铰链2上的预紧力，进而使得并联机器人的刚度和精度满足使用要求，本发明特别适用于精度和刚度要求很高的场合，如航空航天、精密设备制造等应用场合。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种预紧力调节机构，包括驱动齿轮(5-2)、从动齿轮(5-3)、电机(5-4)、上支撑架(5-6)、弹簧(5-8)、S形测力传感器(5-9)、下支撑架(5-13)、丝杆(5-14)，其特征在于，所述电机(5-4)与所述驱动齿轮(5-2)键连接传动，所述驱动齿轮(5-2)与所述从动齿轮(5-3)啮合连接，所述从动齿轮(5-3)与所述丝杆(5-14)键连接，所述丝杆(5-14)一端与所述下支撑架(5-13)连接，所述下支撑架(5-13)上设置导向件(5-12)，所述导向件(5-12)侧边设置导向槽，所述导向件(5-12)内部设置垂直方向堆叠的丝母(5-11)与过渡件(5-10)，所述过渡件(5-10)一端连接所述S形测力传感器(5-9)，所述S形测力传感器(5-9)另一端与所述弹簧(5-8)一端弹簧挂钩(5-7)连接，所述弹簧(5-8)另一端的弹簧挂钩(5-7)固定于所述上支撑架(5-6)上。

2.如权利要求1所述的一种预紧力调节机构，其特征在于，还包括弹簧防护罩(5-5)，所述弹簧防护罩(5-5)通过螺钉固定在所述上支撑架(5-6)上，并罩住所述弹簧(5-8)。

3.如权利要求1所述的一种预紧力调节机构，其特征在于，所述丝杆一端(5-14)通过螺纹与所述下支撑架(5-13)连接。

4.一种多自由度并联机器人，其特征在于，包括如权利要求1-3任一所述的一种预紧力调节机构。