CN112775938A - 一种小型六自由度并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了小型六自由度并联机器人，包括装置主体，装置主体包括活动平台、固定基座以及六个运动支链；活动平台和固定基座上下并排设置，运动支链的两端分别沿活动平台和固定基座的周向分散设置；运动支链包括一个电动推杆和两个虎克铰；电动推杆的两端通过虎克铰与活动平台和固定基座活动连接，带动活动平台沿固定基座径向转动；电动推杆内设有驱动组件，通过驱动组件带动活动平台沿固定基座轴向移动。本发明将回转轴置于电动推杆内，回转轴与电动推杆的轴向运动方向同向，不受额外径向力作用，且将丝杠螺母的回转进给运动转换为自由回转的纯进给运动。

Description

一种小型六自由度并联机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种小型六自由度并联机器人。

背景技术

目前常见的并联机器人多采用液压驱动杆作为直线运动单元，但是体积较大不利于在小型场景的应用。6-SPS型Stewart平台是六自由度并联机器人的常用结构，然而本申请发明人发现传统Stewart平台的6-UPS机构中，由于球铰链(S-Sphere)的精度不足，故常用虎克铰来代替球铰链，两个球铰链被虎克铰替代后自由度不足，需要一个额外的回转自由度；虎克铰与底座安置的回转轴组合构成球副的替代，但是连杆的回转轴与底座回转轴存在夹角，导致底座回转轴受到额外的径向力，使得总体受力不均匀。

发明内容

为解决上述问题，本申请实施例通过提供一种小型六自由度并联机器人，将回转轴置于连杆内侧，回转轴与连杆运动方向同向，不受额外径向力作用，且将丝杠螺母的回转进给运动转换为自由回转的纯进给运动，实现小型场景下并联机器人的使用，并解决6-SPS型Stewart平台的等效机构中回转结构的问题。

本申请实施例提供了一种小型六自由度并联机器人，包括装置主体，所述装置主体包括活动平台、固定基座以及六个运动支链；

所述活动平台和所述固定基座上下并排设置，所述运动支链的两端沿所述活动平台和所述固定基座的周向分散设置；

所述运动支链包括一个电动推杆和两个虎克铰；

所述电动推杆的两端通过虎克铰与所述活动平台和所述固定基座活动连接，带动所述活动平台沿所述固定基座径向转动；

所述电动推杆内设有驱动组件，通过所述驱动组件带动所述活动平台沿所述固定基座轴向移动。

进一步地，所述电动推杆内的驱动组件包括套筒、螺杆、螺母、内外回转机构以及微型伺服电机，所述微型伺服电机的输出端连接所述螺杆，所述螺母以及所述内外回转机构套设于螺杆上，所述套筒与所述内外回转机构固定连接；

所述微型伺服电机的输出端转动，带动所述螺母沿所述螺杆移动，推动所述内外回转机构沿所述螺杆移动，以使所述套筒沿其轴线方向直线运动。

进一步地，所述内外回转机构包括对角接触轴承和锁紧机构，所述对角接触轴承的周侧面与所述套筒紧密连接，所述锁紧机构将所述对角接触轴承夹紧于所述螺杆上。

进一步地，所述锁紧机构包括锁紧环和锁紧套，所述锁紧环和所述锁紧套分别设于所述对角接触轴承之间，所述锁紧环和所述锁紧套螺纹联接，用于将所述对角接触轴承与所述套筒锁紧，以便所述微型伺服电机的回转运动转化为套筒的直线运动。

进一步地，所述活动平台的下端面均布有三组凹槽，沿活动平台下端面的径向依次包括活动平台第一凹槽、活动平台第二凹槽、活动平台第三凹槽、活动平台第四凹槽、活动平台第五凹槽、活动平台第六凹槽；所述活动平台第一凹槽和所述活动平台第二凹槽为一组活动平台凹槽，所述活动平台第三凹槽和所述活动平台第四凹槽为一组活动凹槽，所述活动平台第五凹槽和所述活动平台第六凹槽为一组活动凹槽。

进一步地，所述固定基座的上端面均布有三组凹槽，沿固定基座上端面的径向依次包括固定基座第一凹槽、固定基座第二凹槽、固定基座第三凹槽、固定基座第四凹槽、固定基座第五凹槽、固定基座第六凹槽，所述固定基座第一凹槽和所述固定基座第二凹槽为一组固定基座凹槽，所述固定基座第三凹槽和所述固定基座第四凹槽为一组活动凹槽，所述固定基座第五凹槽和所述固定基座第六凹槽为一组活动凹槽。

进一步地，所述运动支链分别为第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链、第五运动支链、第六运动支链；

所述第一运动支链的一端连接所述活动平台第一凹槽，另一端连接所述固定基座第二凹槽；

所述第二运动支链的一端连接所述活动平台第二凹槽，另一端连接所述固定基座第三凹槽；

所述第三运动支链的一端连接所述活动平台第三凹槽，另一端连接所述固定基座第四凹槽；

所述第四运动支链的一端连接所述活动平台第四凹槽，另一端连接所述固定基座第五凹槽；

所述第五运动支链的一端连接所述活动平台第五凹槽，另一端连接所述固定基座第六凹槽；

所述第六运动支链的一端连接所述活动平台第六凹槽，另一端连接所述固定基座第一凹槽。

进一步地，所述装置主体的总体积小于80mm*80mm*200mm的立方体。

本申请实施例中提供的一个技术方案，至少具有如下技术优点：

(1)本发明采用三组6个电动推杆与活动平台和固定基座通过虎克铰连接，每个电动推杆内附加一个回转自由度，构成一个6-SPS型Stewart平台并联机构的等效机构，并联机构具有结构刚度大、重复精度高、承载能力大、占用空间体积小的优点。

(2)本发明小型化设计适用于工作空间受限的环境。

(3)本发明通过控制微型伺服电机调整电动推杆的长度，控制活动平台的位置和姿态达到所指定的目标。

附图说明

图1为本申请实施例中一种小型六自由度并联机器人的结构示意图；

图2为本申请实施例中电动推杆的结构示意图；

图3为本申请实施例中内外回转机构的结构示意图。

附图标号：

活动平台100，固定基座200，电动推杆300，虎克铰400，套筒310，螺杆320，螺母330，内外回转机构340，微型伺服电机350，锁紧环341，锁紧套342，对角接触轴承343。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1

参考图1-3所示，本申请实施例提供了一种本申请实施例提供了一种小型六自由度并联机器人，包括装置主体，该装置主体包括：活动平台100、固定基座200、六个运动支链。

本实施例中的活动平台100和固定基座200上下并排设置，运动支链的两端沿活动平台100和固定基座200的周向分散设置。进一步地，活动平台100固定连接外部工具，用作末端执行器。固定基座200固定安装于外部设备。进一步地，活动平台100和固定基座200均采用环形平台结构。活动平台100和固定基座200由上至下并排设置，活动平台100和固定基座200之间沿周向设置六个运动支链。

本实施例中的运动支链包括一个电动推杆300和两个虎克铰400；进一步地，电动推杆300的两端通过虎克铰400分别与活动平台100和固定基座200连接，带动活动平台100沿固定基座200径向转动。进一步地，电动推杆与固定基座的六个连接点处于同一个环形平台上，其中，中空区域处于固定基座的中心位置，通过6个电动推杆与活动平台和固定基座通过虎克铰连接，每个电动推杆内附加一个回转自由度以构成一个6-SPS型Stewart平台并联机构的等效机构，并联机构具有结构刚度大、重复精度高、承载能力大、占用空间体积小的优点，并且本发明小型化设计尤其适用于工作空间受限的环境。

本实施例中的电动推杆300内设有驱动组件，通过驱动组件带动活动平台100沿固定基座200轴向移动。进一步地，通过驱动组件调整电动推杆的长度，控制活动平台的位置和姿态达到所指定的目标。

进一步地，电动推杆300内的驱动组件包括套筒310、螺杆320、螺母330、内外回转机构340以及微型伺服电机350。微型伺服电机350的输出端连接螺杆320，螺母330以及内外回转机构340套设于螺杆320上，套筒310与内外回转机构340固定连接；微型伺服电机350的输出端转动，带动螺母330沿螺杆320移动，推动内外回转机构340沿螺杆320移动，以使套筒310沿其轴线方向直线运动。进一步地，螺杆320固定在微型伺服电机350的输出端上，螺母330与螺杆320螺纹连接，内外回转机构340设于螺杆320上，且通过螺母330进行限位；套筒310套接固定内外回转机构340的外侧边，以便内外回转机构340带动套筒310活动，即微型伺服电机350的输出端转动，带动螺杆320转动，螺杆320与螺母330螺纹连接，螺母330通过内外回转机构340将回转与直线运动转化为套筒310的直线运动，使得套筒310沿其轴线直线运动。进一步地，微型伺服电机350转动螺杆320，螺母330通过内外回转机构340将回转与直线运动转化为套筒310的直线运动，使得套筒310沿其轴线做直线运动。电动推杆300沿其轴线向上或向下运动，微型伺服电机350具有较高的精度可以保证运动的平稳和准确，每个电动推杆300可以单独控制，改变每个电动推杆300的长度以改变活动平台100的位置和姿态。

本实施例中的内外回转机构340包括对角接触轴承343和锁紧机构，对角接触轴承343的周侧面与套筒310紧密连接，锁紧机构将对角接触轴承343夹紧于螺杆320上。

进一步地，锁紧机构包括锁紧环341和锁紧套342，锁紧环341和锁紧套342分别设于对角接触轴承343之间，锁紧环341和锁紧套342螺纹联接，用于将对角接触轴承343与套筒310锁紧，以便微型伺服电机350的回转运动转化为套筒310的直线运动，从而实现电动推杆300的伸缩，以实现活动平台100沿固定基座200的轴向移动。进一步地，将微型伺服电机350的回转运动转化为套筒310的直线运动。由于电动推杆300与活动平台100和固定基座200的连接都通过虎克铰400，虎克铰400的空间自由度为2，若不具有内外回转机构340，则总体并联机器人的自由度将为0。因此，内外回转机构340使得套筒310与微型伺服电机350之间增加一个回转自由度的同时，将不影响套筒310的直线运动。

实施例2

参考图1所示，本申请实施例提供了一种小型六自由度并联机器人，包括：活动平台100、固定基座200、六个运动支链。

本实施例中的活动平台100、固定基座200由上至下并排设置，且活动平台100的下端面通过运动支链沿固定基座200上端面的圆周方向均布设置。

本实施例中的活动平台100的下端面均布有三组凹槽，沿活动平台100下端面的径向依次包括活动平台第一凹槽、活动平台第二凹槽、活动平台第三凹槽、活动平台第四凹槽、活动平台第五凹槽、活动平台第六凹槽，活动平台第一凹槽和活动平台第二凹槽为一组活动平台凹槽，活动平台第三凹槽和活动平台第四凹槽为一组活动凹槽，活动平台第五凹槽和活动平台第六凹槽为一组活动凹槽。

本实施例的固定基座200的上端面均布有三组凹槽，沿固定基座200上端面的径向依次包括固定基座第一凹槽、固定基座第二凹槽、固定基座第三凹槽、固定基座第四凹槽、固定基座第五凹槽、固定基座第六凹槽，固定基座第一凹槽和固定基座第二凹槽为一组固定基座凹槽，固定基座第三凹槽和固定基座第四凹槽为一组活动凹槽，固定基座第五凹槽和固定基座第六凹槽为一组活动凹槽。

本实施例的运动支链分别为第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链、第五运动支链、第六运动支链。第一运动支链的一端连接活动平台第一凹槽，另一端连接固定基座第二凹槽；第二运动支链的一端连接活动平台第二凹槽，另一端连接固定基座第三凹槽；第三运动支链的一端连接活动平台第三凹槽，另一端连接固定基座第四凹槽；第四运动支链的一端连接活动平台第四凹槽，另一端连接固定基座第五凹槽；第五运动支链的一端连接活动平台第五凹槽，另一端连接固定基座第六凹槽；第六运动支链的一端连接活动平台第六凹槽，另一端连接固定基座第一凹槽。

本实施例中的六个运动支链采用相同的结构布置，每个运动支链可以允许一个自由度的运动，即轴向转动，进而对本发明的活动平台100实现六个自由度的运动。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种小型六自由度并联机器人，其特征在于，包括装置主体，所述装置主体包括活动平台、固定基座以及六个运动支链；

所述活动平台和所述固定基座上下并排设置，所述运动支链的两端沿所述活动平台和所述固定基座的周向分散设置；

所述运动支链包括一个电动推杆和两个虎克铰；

所述电动推杆的两端通过虎克铰与所述活动平台和所述固定基座活动连接，带动所述活动平台沿所述固定基座径向转动；

所述电动推杆内设有驱动组件，通过所述驱动组件带动所述活动平台沿所述固定基座轴向移动。

2.如权利要求1所述的小型六自由度并联机器人，其特征在于，所述电动推杆内的驱动组件包括套筒、螺杆、螺母、内外回转机构以及微型伺服电机，所述微型伺服电机的输出端连接所述螺杆，所述螺母以及所述内外回转机构套设于螺杆上，所述套筒与所述内外回转机构固定连接；

所述微型伺服电机的输出端转动，带动所述螺母沿所述螺杆移动，推动所述内外回转机构沿所述螺杆移动，以使所述套筒沿其轴线方向直线运动。

3.如权利要求2所述的小型六自由度并联机器人，其特征在于，所述内外回转机构包括对角接触轴承和锁紧机构，所述对角接触轴承的周侧面与所述套筒紧密连接，所述锁紧机构将所述对角接触轴承夹紧于所述螺杆上。

4.如权利要求3所述的小型六自由度并联机器人，其特征在于，所述锁紧机构包括锁紧环和锁紧套，所述锁紧环和所述锁紧套分别设于所述对角接触轴承之间，所述锁紧环和所述锁紧套螺纹联接，用于将所述对角接触轴承与所述套筒锁紧，以便所述微型伺服电机的回转运动转化为套筒的直线运动。

5.如权利要求1所述的小型六自由度并联机器人，其特征在于，所述活动平台的下端面均布有三组凹槽，沿活动平台下端面的径向依次包括活动平台第一凹槽、活动平台第二凹槽、活动平台第三凹槽、活动平台第四凹槽、活动平台第五凹槽、活动平台第六凹槽；所述活动平台第一凹槽和所述活动平台第二凹槽为一组活动平台凹槽，所述活动平台第三凹槽和所述活动平台第四凹槽为一组活动凹槽，所述活动平台第五凹槽和所述活动平台第六凹槽为一组活动凹槽。

6.如权利要求5所述的小型六自由度并联机器人，其特征在于，所述固定基座的上端面均布有三组凹槽，沿固定基座上端面的径向依次包括固定基座第一凹槽、固定基座第二凹槽、固定基座第三凹槽、固定基座第四凹槽、固定基座第五凹槽、固定基座第六凹槽，所述固定基座第一凹槽和所述固定基座第二凹槽为一组固定基座凹槽，所述固定基座第三凹槽和所述固定基座第四凹槽为一组活动凹槽，所述固定基座第五凹槽和所述固定基座第六凹槽为一组活动凹槽。

7.如权利要求6所述的小型六自由度并联机器人，其特征在于，所述运动支链分别为第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链、第五运动支链、第六运动支链；

所述第一运动支链的一端连接所述活动平台第一凹槽，另一端连接所述固定基座第二凹槽；

所述第二运动支链的一端连接所述活动平台第二凹槽，另一端连接所述固定基座第三凹槽；

所述第三运动支链的一端连接所述活动平台第三凹槽，另一端连接所述固定基座第四凹槽；

所述第四运动支链的一端连接所述活动平台第四凹槽，另一端连接所述固定基座第五凹槽；

所述第五运动支链的一端连接所述活动平台第五凹槽，另一端连接所述固定基座第六凹槽；

所述第六运动支链的一端连接所述活动平台第六凹槽，另一端连接所述固定基座第一凹槽。

8.如权利要求1所述的小型六自由度并联机器人，其特征在于，所述装置主体的总体积小于80mm*80mm*200mm的立方体。

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