CN111438682A - 具有两转一移三自由度的工业移动翻转台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有两转一移三自由度的工业移动翻转台，其包括基座、运动平台、三组结构相同的直线移动驱动单元、两组结构相同的平行四边形机构以及小U形连接件、支柱和大U形连接件，三个直线移动驱动单元安装在基座上，一个直线移动驱动单元设置在基座的一端中部，另外两个直线移动驱动单元设置在基座的另一端两侧，三个直线移动驱动单元互相平行安装。通过三个直线移动驱动单元的驱动，可实现运动平台沿直线移动驱动单元的驱动方向的直线移动和绕两个相互垂直轴的二维转动。本发明结构简单、易于安装及控制，在工业领域有广泛的应用前景，特别适合与焊接和加工机器人联动，用于大型复杂零件的多工位焊接与加工。

Description

具有两转一移三自由度的工业移动翻转台

技术领域

本发明属于工业移动翻转台领域，特别是涉及一种具有两转一移三自由度的工业移动翻转台。

背景技术

并联结构的工业移动翻转台是近几十年出现的新型工业平台，这种工业平台通常由基座、运动平台和以并联方式连接两者的多条运动分支组成，其驱动部件可以安装在基座上或基座附近，使它与串联结构的工业平台相比具有一些独特的性能，如刚度大、对称性好、结构紧凑和动力学性能好等。斯帝瓦特(Stewart)平台是最典型的六自由度并联平台，这种平台由运动平台、基座和连接两者的六条可伸缩运动支链组成，通过六个运动支链的伸缩运动使运动平台实现任意位置与姿态的六维空间运动，该种平台亦即具有六个自由度。但是，现代生产中的许多实际工业操作平台只需要具有部分自由度，如，具有三自由度的操作平台，三自由度的操作平台包括：三维移动、三维转动、二维移动与一维转动和一维移动与二维转动的操作平台，其中，具有一维移动和二维转动且具有实用性的三自由度工业移动翻转台并不多见。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以实现一维移动和二维转动的三自由度工业移动翻转台，该移动翻转台具有结构简单、精度高、承载能力强、翻转能力特别是直线移动范围大和工艺性好等优点，可应用于汽车、核工业、航空航天等现代工业领域，特别适合与焊接和机工机器人联动，用于大型复杂零件的多工位焊接与加工。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种具有两转一移三自由度的工业移动翻转台，其包括基座、运动平台、大U形连接件、第一分支、第二分支和第三分支，所述基座与所述运动平台间通过所述第一分支、所述第二分支和所述第三分支进行连接；所述第一分支包括直线移动驱动单元、小U形连接件和支柱，所述支柱的第一端与所述运动平台的下部中间固连，所述支柱的第二端通过第五转动轴与所述小U形连接件的第一端转动连接，所述小U形连接件的第二端通过第六转动轴与所述直线移动驱动单元进行转动连接；所述第二分支和所述第三分支的结构相同，所述第二分支包括直线移动驱动单元和平行四边形机构，所述大U形连接件的第一端与两分支中的平行四边形机构的第一端进行转动连接，所述平行四边形机构的第二端与所述直线移动驱动单元进行转动连接，所述大U形连接件的第二端通过第四转动轴与所述运动平台相连；三个直线移动驱动单元安装在所述基座上，第一个直线移动驱动单元设置在所述基座的第一端中部，其余两个直线移动驱动单元设置在所述基座的第二端两侧，三个直线移动驱动单元按其滑台移动方向互相平行安装。

优选地，所述平行四边形机构包括上连杆、下连杆和两个H形连杆，上连杆与H形连杆、下连杆与H形连杆间均通过第一转动轴相连，所述下连杆通过第二转动轴与所述直线移动驱动单元进行转动连接，所述上连杆通过第三转动轴与所述大U形连接件进行转动连接。

优选地，三组直线移动驱动单元的结构相同，均包括滑台座、滑台、滚珠丝杠螺母副、联轴器和AC伺服电机，滚珠丝杠螺母副的滚珠丝杠通过转动副与滑台座相连，滚珠丝杠螺母副的螺母与滑台固连，AC伺服电机通过U形架安装在滑台座上，滚珠丝杠螺母副的滚珠丝杠通过联轴器与AC伺服电机的输出轴相连。

优选地，第一转动轴的轴线与第二转动轴的轴线相互垂直，第二转动轴的轴线与第三转动轴的轴线相互平行，所述第五转动轴的轴线与所述第六转动轴的轴线相互垂直。

优选地，所述第六转动轴的轴线与所述第二转动轴的轴线相互平行，所述第四转动轴的轴线与所述第五转动轴的轴线相互平行。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1)本发明采用并联构型，结构紧凑、刚度大、精度高、承载能力强；

2)本发明结构简单，工艺性好且易于安装；

3)本发明运动特征明确，具有一维移动和二维转动自由度，即沿直线移动驱动单元的驱动方向的直线移动和绕第五转动轴及第六转动轴的二维转动；

4)本发明机构运动学算法简单，翻转能力强，特别是直线移动范围大，本发明在现代工业领域有广泛的应用前景，特别适合与焊接和加工机器人联动，用于大型复杂零件的多工位焊接与加工。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为直线移动驱动单元组成示意图；

图3为平行四边形机构组成示意图；

图4为大U形连接件相关连接示意图；以及

图5为小U形连接件相关连接示意图。

附图标记：

1、基座；2、9、10、直线移动驱动单元；3、小U形连接件；4、支柱；5、运动平台；6、大U形连接件；7、8、平行四边形机构；11、滑台座；12、滑台；13、滚珠丝杠螺母副；14、联轴器；15、AC伺服电机；16、下连杆；18、上连杆；17、19、H形连杆；20、第一转动轴；21、第二转动轴；22、第三转动轴；23、第四转动轴；24、第五转动轴；25、第六转动轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的为，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1-图5所示，一种具有两转一移三自由度的工业移动翻转台，其主要包括基座1、运动平台5、大U形连接件6、第一分支、第二分支和第三分支，第一分支包括直线移动驱动单元2、小U形连接件3和支柱4，第二分支和第三分支的结构相同，减少了加工难度、成本及时间，安装与调试工作更为便捷，第二分支包括直线移动驱动单元9和平行四边形机构7，第三分支包括直线移动驱动单元10和平行四边形机构8，第二分支和第三分支共同连接大U形连接件6。三个结构相同的直线移动驱动单元均主要包括滑台座11、滑台12、滚珠丝杠螺母副13、联轴器14和AC伺服电机15，滚珠丝杠螺母副13的滚珠丝杠通过转动副与滑台座11相连，滚珠丝杠螺母副13的螺母与滑台12固连，AC伺服电机15安装在滑台座11上，滚珠丝杠螺母副13的滚珠丝杠通过联轴器14与AC伺服电机15的输出轴相连；三个直线移动驱动单元安装在基座1上，其中，直线移动驱动单元2设置在基座1的第一端中部，直线移动驱动单元9、10设置在基座1的第二端的两侧，并且三个直线移动驱动单元按其滑台移动方向互相平行安装。

两组结构相同的平行四边形机构均主要包括上连杆18、两个H形连杆17、19和下连杆16，上述四个连杆通过四个相互平行的第一转动轴20组成平行四边形机构；平行四边形机构7中的下连杆16通过第二转动轴21与直线移动驱动单元9中的滑台12进行转动连接，平行四边形机构7中的上连杆18通过第三转动轴22与大U形连接件6下部的第一端转动连接；平行四边形机构8中的下连杆16通过第二转动轴21与直线移动驱动单元10中的滑台12进行转动连接，平行四边形机构8中的上连杆18通过第三转动轴22与大U形连接件6下部的第二端转动连接。第一转动轴20与第二转动轴21相互垂直安装，第二转动轴21与第三转动轴22相互平行安装。

运动平台5的一端通过第四转动轴23与大U形连接件6的上部转动连接，支柱4的第一端与运动平台5的下部中间固连，支柱4的第二端通过第五转动轴24与小U形连接件3的上部转动连接，小U形连接件3的中下部通过第六转动轴25与直线移动驱动单元2的滑台的中上部转动连接，第五转动轴24与第六转动轴25相互垂直安装，第六转动轴25与第二转动轴21相互平行安装，第四转动轴23与第五转动轴24相互平行安装。

本发明的运动形式如下：

通过三个直线移动驱动单元的驱动，运动平台5具有一个移动自由度和两个转动自由度，移动自由度的方向为：沿直线移动驱动单元的驱动方向，转动自由度的方向为：绕第五转动轴24的转动、绕第六转动轴25的转动。

运动平台5输出的运动由机构输入与输出间的运动学方程确定，例如，如果三个直线移动驱动单元同速同向移动，则可使得运动平台5沿着驱动方向移动。

该装置运动特征明确，三个分支所含的传动件都比较少，运动平台5的输出精度易于保证；第二分支和第三分支的结构相同，工艺性好且易于安装，也便于进行控制，而平行四边形机构能增强分支强度，通过设置减重孔，能减低总重。

在运动平台5上安装不同的末端执行器，可满足不同的作业要求，比如安装夹具可实现工件的翻转和移动，安装焊枪可实现焊接作业，安装加工机器人可对零件进行加工，而通过采用并联构型，能使结构更紧凑、刚度更大、精度更高、承载能力更强。

以上所述各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应该理解：其依然能对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种具有两转一移三自由度的工业移动翻转台，其包括基座、运动平台、大U形连接件、第一分支、第二分支和第三分支，其特征在于：

所述基座与所述运动平台间通过所述第一分支、所述第二分支和所述第三分支进行连接；

所述第一分支包括直线移动驱动单元、小U形连接件和支柱，所述支柱的第一端与所述运动平台的下部中间固连，所述支柱的第二端通过第五转动轴与所述小U形连接件的第一端转动连接，所述小U形连接件的第二端通过第六转动轴与所述直线移动驱动单元进行转动连接；

所述第二分支和所述第三分支的结构相同，所述第二分支包括直线移动驱动单元和平行四边形机构，所述大U形连接件的第一端与两分支中的平行四边形机构的第一端进行转动连接，所述平行四边形机构的第二端与所述直线移动驱动单元进行转动连接，所述大U形连接件的第二端通过第四转动轴与所述运动平台相连；

三个直线移动驱动单元安装在所述基座上，第一个直线移动驱动单元设置在所述基座的第一端中部，其余两个直线移动驱动单元设置在所述基座的第二端两侧，三个直线移动驱动单元按其滑台移动方向互相平行安装。

2.根据权利要求1所述的具有两转一移三自由度的工业移动翻转台，其特征在于：所述平行四边形机构包括上连杆、下连杆和两个H形连杆，上连杆与H形连杆、下连杆与H形连杆间均通过第一转动轴相连，所述下连杆通过第二转动轴与所述直线移动驱动单元进行转动连接，所述上连杆通过第三转动轴与所述大U形连接件进行转动连接。

3.根据权利要求2所述的具有两转一移三自由度的工业移动翻转台，其特征在于：三组直线移动驱动单元的结构相同，均包括滑台座、滑台、滚珠丝杠螺母副、联轴器和AC伺服电机，滚珠丝杠螺母副的滚珠丝杠通过转动副与滑台座相连，滚珠丝杠螺母副的螺母与滑台固连，AC伺服电机通过U形架安装在滑台座上，滚珠丝杠螺母副的滚珠丝杠通过联轴器与AC伺服电机的输出轴相连。

4.根据权利要求2所述的具有两转一移三自由度的工业移动翻转台，其特征在于：第一转动轴的轴线与第二转动轴的轴线相互垂直，第二转动轴的轴线与第三转动轴的轴线相互平行，所述第五转动轴的轴线与所述第六转动轴的轴线相互垂直。

5.根据权利要求4所述的具有两转一移三自由度的工业移动翻转台，其特征在于：所述第六转动轴的轴线与所述第二转动轴的轴线相互平行，所述第四转动轴的轴线与所述第五转动轴的轴线相互平行。

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