CN111216104B - 一种六自由度柔顺机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六自由度柔顺机构，包括底座、中间平台和动平台，底座与中间平台之间设置有三组第一支链，中间平台与动平台之间设有有三组第二支链；第一支链和第二支链中均包括有柔性构件，底座、中间平台及三组第一支链构成了具有确定柔度的二维转动和一维上下运动的三自由度柔顺机构；中间平台、动平台及三组第二支链构成了具有确定柔度的一维转动和二维平动的三自由度柔顺机构；从而使动平台相对底座具有确定柔度的六自由度。本发明中利用刚性连杆、底座、动平台组成具有确定自由度的机构，再利用柔性构件的阻尼作用形成具有高疲劳强度的六自由度柔顺机构。位置、位姿的柔度独立可控，在完成装配的同时避免对机器人及所装配的零件造成损伤。

Description

一种六自由度柔顺机构

技术领域

本发明涉及一种用于辅助机器人实现装配的柔顺机构，尤其涉及一种具有六自由度和确定柔度的柔顺机构。

背景技术

根据目前装配机器人的制造技术水平，机器人的末端的位置精度和位姿精度有限。而工业制造中的销孔等装配工序有不同的装配形式及不同的精度要求。在不提高机器人制造和不增加反馈系统的前提下，通过在机器人末端添加恰约束柔顺机构，达到在装配时，对不正的情况下实现自适应装配的目的。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种用于辅助机器人实现装配的六自由度柔顺机构。该机构的位置、位姿的柔度独立可控。可满足不同装配工况的装配要求，在完成装配的同时避免对机器人及所装配的零件造成损伤。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种六自由度柔顺机构，包括底座、中间平台和动平台，所述底座与所述中间平台之间设置有三组结构相同的第一支链，所述中间平台与所述动平台之间设有有三组结构相同的第二支链；所述第一支链包括上连杆、下连杆和V形弹簧片，所述上连杆的上端与所述中间平台通过球面副连接；所述下连杆的两端分别通过转动副与所述上连杆的下端和所述底座连接，所述V形弹簧片的两端分别通过转动副连接在所述下连杆与所述底座之间；所述第二支链包括前连杆、后连杆和弧形弹簧片，所述前连杆的两端分别通过转动副与所述后连杆的一端和所述动平台连接，所述后连杆的另一端与所述中间平台通过转动副连接，所述弧形弹簧片的两端分别通过转动副分别与所述前连杆和所述后连杆连接；所述底座、中间平台及三组第一支链构成了具有确定柔度的二维转动和一维上下运动的三自由度柔顺机构；所述中间平台、动平台及三组第二支链构成了具有确定柔度的一维转动和二维平动的三自由度柔顺机构；所述动平台相对所述底座具有确定柔度的六自由度。

进一步讲，本发明所述的六自由度柔顺机构，其中，所述V形弹簧片的一端连接于所述下连杆，所述下连杆的下端连接于所述底座的上面，通过所述V形弹簧片的变形确定所述下连杆与所述底座之间的夹角。

所述弧形弹簧片的两端连分别接于所述前连杆和所述后连杆，通过所述弧形弹簧片的变形确定所述动平台与所述中间平台之间的转动角度和平动位移。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明具有的优点和积极效果是：利用刚性连杆、底座、动平台等组成具有确定自由度的机构，再利用弹簧片的阻尼作用形成具有确定六自由度的柔顺机构。该机构具有高的疲劳强度，有较大的工程价值。

附图说明

图1是本发明六自由度柔顺机构的整体结构示意图；

图2是图1中所示底座及三组第一支链的结构示意图；

图3是图2中所示底座与其中一组第一支链的局部结构放大图；

图4是图1中所示中间平台、三组第二支链及动平台的结构示意图；

图5是图4中所示中间平台、一组第二支链及动平台的局部结构放大图。

图中：

1-底座 2a～2c-下连杆 3a～3c-上连杆

4a～4c-V形弹簧片 5-中间平台 6-动平台

7a～7c-后连杆 8a～8c-前连杆 9a～9c-弧形弹簧片

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，本发明提出的一种六自由度柔顺机构，包括底座1、中间平台5和动平台6，其特征在于，所述底座1与所述中间平台5之间设置有三组结构相同的第一支链，如图2和图3所示，所述中间平台5与所述动平台6之间设有有三组第二支链，如图4和图5所示。

如图1和图3所示，以其中一组第一支链为例描述其结构，所述第一支链包括上连杆3b、下连杆2b和V形弹簧片4b，所述上连杆3b的上端与所述中间平台5通过球面副连接；所述下连杆2b的两端分别通过转动副与所述上连杆3b的下端和所述底座1连接，所述V形弹簧片4b的两端分别通过转动副连接在所述下连杆2b与所述底座1之间；所述V形弹簧片4b的一端连接于所述下连杆2b，所述下连杆2b的下端连接于所述底座1的上面，通过所述V形弹簧片4b的变形确定所述下连杆2b与所述底座1之间的夹角。如图1和图2所示，另外两个第一支链的结构及分别与中间平台5和底座1的连接同上，其中一个第一支链由上连杆3a、下连杆2a和V形弹簧片4a构成，另外一个第一支链由上连杆3c、下连杆2c和V形弹簧片4c构成；所述底座1、中间平台5及三组第一支链构成了具有确定柔度的二维转动和一维上下运动的三自由度柔顺机构；即，所述中间平台5相对所示底座1能够实现二维转动一维上下运动，并且具有确定柔度和高的疲劳强度。

如图1和图4所示，以其中一组第二支链为例描述其结构，所述第二支链包括前连杆8a、后连杆7a和弧形弹簧片9a，所述前连杆8a的两端分别通过转动副与所述后连杆7a的一端和所述动平台6连接，所述后连杆7a的另一端与所述中间平台5通过转动副连接，所述弧形弹簧片9a的两端分别通过转动副分别与所述前连杆8a和所述后连杆7a连接；所述弧形弹簧片9a的两端连分别接于所述前连杆8a和所述后连杆7a，通过所述弧形弹簧片9a的变形确定所述动平台6与所述中间平台5之间的转动角度和平动位移；如图1和图4所示，另外两组第二支链的结构及分别与动平台6和中间平台5的连接同上，其中一个第二支链由前连杆8b、后连杆7b和弧形弹簧片9b构成，另外一个第二支链由前连杆8c、后连杆7c和弧形弹簧片9c构成；所述中间平台5、动平台6及三组第二支链构成了具有确定柔度的一维转动和二维平动的三自由度柔顺机构，即所述动平台6相对中间平台5能够实现一维转动和二维平动，并且具有确定柔度和高的疲劳强度。

如图1所示，由上下两个具有确定柔度的三自由度机构合成了本发明的具有六自由度的柔顺机构，即所述动平台6相对所述底座1具有确定的六维柔度，并且具有高的疲劳强度。

本发明六自由度柔顺机构的动平台6利用弹簧片(即三组第一支链中的V形弹簧片4a、4b和4c及三组第二支链中的弧形弹簧片9a、9b和9c)的阻尼作用实现柔顺功能，该机构的柔度调节方便、针对性强，并且具有高的疲劳强度。

本发明六自由度柔顺机构主要是用于辅助机器人的装配，针对不同装配工况的位置、位姿的精度要求，如何确定各零部件的尺寸、材料及性能指标均属于本领域公知常识，在此不再赘述。

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 (3)

1.一种六自由度柔顺机构，包括底座(1)、中间平台(5)和动平台(6)，其特征在于，所述底座(1)与所述中间平台(5)之间设置有三组结构相同的第一支链，所述中间平台(5)与所述动平台(6)之间设有三组结构相同的第二支链；

所述第一支链包括上连杆、下连杆和V形弹簧片，所述上连杆的上端与所述中间平台(5)通过球面副连接；所述下连杆的两端分别通过转动副与所述上连杆的下端和所述底座(1)连接，所述V形弹簧片的两端分别通过转动副连接在所述下连杆与所述底座(1)之间；

所述第二支链包括前连杆、后连杆和弧形弹簧片，所述前连杆的两端分别通过转动副与所述后连杆的一端和所述动平台(6)连接，所述后连杆的另一端与所述中间平台(5)通过转动副连接，所述弧形弹簧片的两端分别通过转动副分别与所述前连杆和所述后连杆连接；

所述底座(1)、中间平台(5)及三组第一支链构成了具有确定柔度的二维转动和一维上下运动的三自由度柔顺机构；所述中间平台(5)、动平台(6)及三组第二支链构成了具有确定柔度的一维转动和二维平动的三自由度柔顺机构；所述动平台(6)相对所述底座(1)具有确定柔度的六自由度。

2.根据权利要求1所述的六自由度柔顺机构，其特征在于，所述V形弹簧片的一端连接于所述下连杆，所述下连杆的下端连接于所述底座(1)的上面，通过所述V形弹簧片的变形确定所述下连杆与所述底座之间的夹角。

3.根据权利要求1所述的六自由度柔顺机构，其特征在于，所述弧形弹簧片的两端连分别接于所述前连杆和所述后连杆，通过所述弧形弹簧片的变形确定所述动平台(6)与所述中间平台(5)之间的转动角度和平动位移。

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