CN113084782B - 一种基于快拆式运动副的并联平台 - Google Patents

一种基于快拆式运动副的并联平台 Download PDF

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Abstract

一种基于快拆式运动副的并联平台，涉及机械结构设计领域，针对现有技术中人工钻铆装配效率低的问题，包括：底部安装平台、六个直线导轨模组部件、静平台虎克铰、动平台虎克铰、末端平台部件和顶部连接件；所述直线导轨模组部件一端固定在底部安装平台上，直线导轨模组部件另一端与顶部连接件固定连接，所述静平台虎克铰和动平台虎克铰通过支链连杆连接，所述静平台虎克铰能在直线导轨模组部件上滑动，所述动平台虎克铰与末端平台部件固定连接；所述直线导轨模组部件两两一组设置。本申请装置可以有效的提高钻铆装配效率。

Description

一种基于快拆式运动副的并联平台
技术领域
本发明涉及机械结构设计领域，具体为一种基于快拆式运动副的并联平台。
背景技术
智能制造是未来工业发展的主流方向，飞机装配技术也要向着智能装配的方向发展，以满足多尺寸规格、优质量、高精度的产品要求以及小批量、多品种的研制生产模式的要求，目前我国大量沿用的人工装配技术已经难以满足现代化生产提出的要求。目前国内飞机钻铆装配生产线的局限性为依赖人工装配，自动化工具较少，无法向自动化流水线转化，难以进一步提高效率。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术中人工钻铆装配效率低的问题，提出一种基于快拆式运动副的并联平台。
本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种基于快拆式运动副的并联平台，包括：底部安装平台1、六个直线导轨模组部件2、静平台虎克铰、动平台虎克铰、末端平台部件4和顶部连接件5；
所述直线导轨模组部件2一端固定在底部安装平台1上，直线导轨模组部件2另一端与顶部连接件5固定连接，所述静平台虎克铰和动平台虎克铰通过支链连杆3连接，所述静平台虎克铰能在直线导轨模组部件2上滑动，所述动平台虎克铰与末端平台部件4固定连接；
所述直线导轨模组部件2两两一组设置。
进一步的，所述末端平台部件4包括动平台43、力矩电机44和末端顶铆工具45；
所述动平台虎克铰与动平台43固定连接，所述力矩电机44设置在动平台43上，所述力矩电机44带动末端顶铆工具45转动。
进一步的，所述支链连杆3包括静平台虎克铰连杆9-2和动平台虎克铰连杆15。
进一步的，所述静平台虎克铰包括静平台虎克铰支架8和第一虎克铰运动副结构17-1；
所述静平台虎克铰支架8和静平台虎克铰连杆9-2通过第一虎克铰运动副结构17-1连接；
所述动平台虎克铰包括动平台虎克铰支架16和第二虎克铰运动副结构17-2；
所述平台虎克铰支架16和动平台虎克铰连杆15通过第二虎克铰运动副结构17-2连接。
进一步的，所述第一虎克铰运动副结构17-1包括十字轴23、四个套筒22、四个虎克铰滚针轴承20和虎克铰架19，所述虎克铰架19分别设置在十字轴23对应的四个轴上，所述虎克铰滚针轴承20和套筒22设置在十字轴23上。
进一步的，所述第一虎克铰运动副结构17-1还包括轴承端盖21，所述轴承端盖21用于密封虎克铰架19。
进一步的，所述第一虎克铰运动副结构17-1与第二虎克铰运动副结构17-2运动副结构相同。
进一步的，所述静平台虎克铰连杆9-2和动平台虎克铰连杆15之间设有快拆式转动副18；
所述快拆式转动副18包括基座9-1、双向推力球轴承11、动平台虎克铰连杆15、杆上轴承固定装置10、推力球轴承压紧装置12、滑动轴承13和滑动轴承盖14，所述推力球轴承压紧装置12和滑动轴承13为一体式加工，所述推力球轴承压紧装置12和基座9-1螺纹连接，所述动平台虎克铰连杆15通过杆上轴承固定装置10与双向推力球轴承11的中间层固定连接，所述双向推力球轴承11两侧分别与基座9-1和推力球轴承压紧装置12接触，所述滑动轴承盖14用于封闭滑动轴承13；
所述基座9-1与静平台虎克铰连杆9-2一体式加工。
进一步的，所述直线导轨模组部件2包括：丝杠导轨27、支撑立板29和滑块28，所述丝杠导轨27设置在支撑立板29上，所述静平台虎克铰支架8与滑块28固定连接，所述滑块28带动静平台虎克铰支架8在丝杠导轨27上滑动。
进一步的，所述丝杠导轨27通过传动部件6控制，所述传动部件6包括伺服部件30和涨紧组件31；
所述伺服部件30包括伺服电机32、电机连接件33、驱动带轮34、末端连接同步带35、同步带轮联轴器36和末端同步带轮37；
所述涨紧组件31包括涨紧轮轴38、涨紧轮39、涨紧轮摇摆臂40、涨紧轮安装轴41和涨紧轮调节装置42；
所述伺服电机32通过电机连接件33设置在底部安装平台1上，所述伺服电机32通过驱动带轮34和末端连接同步带35带动末端同步带轮37转动，所述同步带轮联轴器36设置在末端同步带轮37上，末端同步带轮37带动同步带轮联轴器36转动，所述同步带轮联轴器36与丝杠导轨27的伸出轴摩擦连接；
所述涨紧轮安装轴41与底部安装平台1螺纹连接，所述涨紧轮摇摆臂40与涨紧轮安装轴41转动连接，所述涨紧轮轴38设置于涨紧轮摇摆臂40一端，所述涨紧轮调节装置42设置于涨紧轮摇摆臂40另一端，所述涨紧轮39设置在涨紧轮轴38上。
本发明的有益效果是：
并联机器人并联云台整体体积包络于半径425mm、长度790mm的圆柱体空间内，占用空间较小，末端沿平面法线方向负载大可达250kg，定位精度高可达几十微米。
虎克铰为高负载、小间隙的快速拆装结构，两端靠轴承端盖固定两轴承外侧，并对轴承进行一定程度轴向的压紧消除运动副间隙，轴承端盖由螺栓组连接，轴承内侧由十字轴轴肩固定，通过垫片调整轴承跨距，以通过修配手段减轻加工误差的影响。更换时无拆散整条支链或整个虎克铰，只需拆开所需更换部位,即拆开单侧的轴承端盖，取出轴承，实现对轴承的更换、增减垫片以补偿磨损。动平台、静平台虎克铰的运动副结构相同，互换性好，易于实现批量加工生产，便于耗材的更换；可长期在高负载冲击等恶劣条件下工作，通过定期更换零部件消除磨损、变形等影响，保证机器人精度，并且提高了钻铆装配的效率。
推力轴承压紧装置与推力轴承座通过螺纹旋合连接与压紧，易于拆装，可以在不破坏并联机器人整体结构的情况下单独拆开一条支链更换内部轴承等零件，也可通过调整预紧力来调整转动副内部轴承的压紧力，视工作情况调整轴承运动能力与游隙大小之间的平衡。
伺服电机侧置，位于机器人框架碰撞体积内部，不额外增加并联机器人的碰撞体积，增加结构紧凑性。
附图说明
图1为本申请的整体结构立体示意图；
图2为本申请的整体结构俯视示意图一；
图3为本申请的整体结构俯视示意图二；
图4为本申请静平台虎克铰动与平台虎克铰结构示意图；
图5为本申请快拆式转动副结构示意图一；
图6为本申请快拆式转动副结构示意图二；
图7为本申请十字轴结构示意图；
图8为本申请丝杠导轨结构立体示意图；
图9为本申请丝杠导轨结构俯视示意图；
图10为本申请传动部件结构示意图；
图11为本申请传动部件具体结构示意图；
图12为本申请涨紧组件结构示意图；
图13为本申请末端平台部件结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1、图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于快拆式运动副的并联平台，包括：底部安装平台、六个直线导轨模组部件、静平台虎克铰、动平台虎克铰、末端平台部件和顶部连接件；
所述直线导轨模组部件一端固定在底部安装平台上，直线导轨模组部件另一端与顶部连接件固定连接，所述静平台虎克铰和动平台虎克铰通过支链连杆连接，所述静平台虎克铰能在直线导轨模组部件上滑动，所述动平台虎克铰与末端平台部件固定连接；
所述直线导轨模组部件两两一组设置。
机舱外部的钻铆工作已经拥有较为可靠的自动化工作体系，需要设计一款机器人代替人工完成机舱内部的顶铆工作，而并联机器人体积小、高负载、高精度的特性刚好满足装配工作对机舱内部顶铆机器人的要求。
并联机器人是一种动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机器人的特点为无累积误差，精度较高；结构紧凑，达到同样的负载等级相比于传统工业串联机器人所需体积更小；刚度高，承载能力大；完全对称的并联机构具有较好的各向同性；工作空间较小。根据这些特点，通过工装设计使装配系统可以实现并联机器人与机舱相对转动即可利用并联机器人完成机舱的自动化装配工作。
并联机器人设计的核心是构型设计与运动副设计。构型设计主要影响并联机器人的运动学原理，根据构型的不同，末端输出位姿可以实现2～6个自由度；运动副的设计影响了并联机器人的加工装配工艺、实际可达工作空间、运动间隙与强度刚度等工作特性。
目前并联机器人的局限性为：
1、较少用做工业工作平台，没有发挥并联机器人高负载的特性；
2、运动副装拆过程较为繁琐，不利于恶劣工作环境下对零部件的定期更换与调试。
本申请结构包括快拆式虎克铰与具有快拆式转动副的支链连杆。
静平台虎克铰与动平台虎克铰的运动副结构相同，且静平台虎克铰与动平台虎克铰除连接部分外，呈中心对称结构，
虎克铰运动副结构包括十字轴、套筒、虎克铰滚针轴承、虎克铰架、轴承端盖，
静平台虎克铰部件包括静平台虎克铰支架、第一虎克铰运动副结构、静平台虎克铰连杆，
动平台虎克铰部件包括动平台虎克铰的支架、第二虎克铰运动副结构、动平台虎克铰连杆，如图4、图5、图6和图7所示。
每条支链上的动平台虎克铰与静平台虎克铰通过快拆式转动副连接两虎克铰的连杆部分，
快拆式转动副包括基座、双向推力球轴承、动平台虎克铰连杆、杆上轴承固定装置、推力球轴承压紧装置、滑动轴承、滑动轴承盖，
末端平台部件包括动平台、力矩电机、末端顶铆工具，如图13所示。
动平台通过螺栓连接于动平台虎克铰支架上，与支链相连接，力矩电机通过螺栓连接于动平台上表面，末端顶铆工具通过螺栓连接于力矩电机的安装表面，
直线导轨模组部件包括丝杠导轨、支撑立板、滑块，
丝杠导轨末端凸台设置于底部安装平台上，支撑立板于外侧通过螺栓与导轨和底部安装平台连接，支撑立板顶端分别与顶部连接件相连，末端同步带轮通过螺纹压紧、平键定位与同步带轮联轴器相连接，同步带轮联轴器设置咬紧螺栓，与丝杠导轨的伸出轴摩擦连接，如图8和图9所示。
静平台虎克铰的支架与滑块连接，
传动部件包括伺服电机部件、涨紧轮部件，
伺服电机通过电机连接件安装于丝杠导轨侧方，与底部安装平台相连接，位于机器人框架碰撞体积内部，通过末端连接同步带驱动丝杠导轨，末端连接同步带的驱动带轮，
底部安装平台的底面设置涨紧轮部件，涨紧轮部件包括涨紧轮、涨紧轮轴、涨紧轮摇摆臂、涨紧轮安装轴、涨紧轮调节装置，
涨紧轮安装轴与底部安装平台为螺纹连接，涨紧轮摇摆臂设置于涨紧轮安装轴末端，涨紧轮轴设置于涨紧轮摇摆臂末端，涨紧轮调节装置设置于摇摆臂侧面，由调整螺钉顶紧摇摆臂侧面，如图10、图11和图12所示。
底部承载平台设置连接定位结构，为整体加工。
本实施方式中，静平台虎克铰通过销定位、螺纹连接，安装于的滑块上；同步带轮联轴器与导轨末端同步带轮的转轴为整体加工。
虎克铰为高负载、小间隙的快速拆装结构，两端靠轴承端盖固定轴承，由螺栓组连接。
本实施方式中，静平台虎克铰与动平台虎克铰运动副结构完全相同，且成中心对称式结构分布。动平台虎克铰连杆与动平台虎克铰的支架为整体加工，静平台虎克铰连杆与静平台虎克铰的支架为整体加工。
静平台虎克铰运动副结构的支架与推力轴承座为整体加工，推力轴承压紧装置、滑动轴承为整体加工，动平台虎克铰连杆与动平台虎克铰运动副结构的支架为整体加工。
本实施方式中，滑动轴承约束动平台虎克铰连杆相对于推力轴承的摆动。
静平台虎克铰运动副结构的支架与推力轴承座为整体加工，推力轴承压紧装置、滑动轴承为整体加工，动平台虎克铰连杆与动平台虎克铰运动副结构的支架为整体加工。
本实施方式中，滑动轴承约束动平台虎克铰连杆相对于推力轴承的摆动。
需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释和说明，不能以此限定权利保护范围。凡根据本发明权利要求书和说明书所做的仅仅是局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于快拆式运动副的并联平台，其特征在于包括：底部安装平台(1)、六个直线导轨模组部件(2)、静平台虎克铰、动平台虎克铰、末端平台部件(4)和顶部连接件(5)；
所述直线导轨模组部件(2)一端固定在底部安装平台(1)上，直线导轨模组部件(2)另一端与顶部连接件(5)固定连接，所述静平台虎克铰和动平台虎克铰通过支链连杆(3)连接，所述静平台虎克铰能在直线导轨模组部件(2)上滑动，所述动平台虎克铰与末端平台部件(4)固定连接；
所述直线导轨模组部件(2)两两一组设置；
所述支链连杆(3)包括静平台虎克铰连杆(9-2)和动平台虎克铰连杆(15)；
所述静平台虎克铰连杆(9-2)和动平台虎克铰连杆(15)之间设有快拆式转动副(18)；
所述快拆式转动副(18)包括基座(9-1)、双向推力球轴承(11)、动平台虎克铰连杆(15)、杆上轴承固定装置(10)、推力球轴承压紧装置(12)、滑动轴承(13)和滑动轴承盖(14)，所述推力球轴承压紧装置(12)和滑动轴承(13)为一体式加工，所述推力球轴承压紧装置(12)和基座(9-1)螺纹连接，所述动平台虎克铰连杆(15)通过杆上轴承固定装置(10)与双向推力球轴承(11)的中间层固定连接，所述双向推力球轴承(11)两侧分别与基座(9-1)和推力球轴承压紧装置(12)接触，所述滑动轴承盖(14)用于封闭滑动轴承(13)；
所述基座(9-1)与静平台虎克铰连杆(9-2)一体式加工；
所述静平台虎克铰包括静平台虎克铰支架(8)和第一虎克铰运动副结构(17-1)；
所述静平台虎克铰支架(8)和静平台虎克铰连杆(9-2)通过第一虎克铰运动副结构(17-1)连接；
所述动平台虎克铰包括动平台虎克铰支架(16)和第二虎克铰运动副结构(17-2)；
所述动 平台虎克铰支架(16)和动平台虎克铰连杆(15)通过第二虎克铰运动副结构(17-2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于快拆式运动副的并联平台，其特征在于所述末端平台部件(4)包括动平台(43)、力矩电机(44)和末端顶铆工具(45)；
所述动平台虎克铰与动平台(43)固定连接，所述力矩电机(44)设置在动平台(43)上，所述力矩电机(44)带动末端顶铆工具(45)转动。
3.根据权利要求1所述的一种基于快拆式运动副的并联平台，其特征在于所述第一虎克铰运动副结构(17-1)包括十字轴(23)、四个套筒(22)、四个虎克铰滚针轴承(20)和虎克铰架(19)，所述虎克铰架(19)分别设置在十字轴(23)对应的四个轴上，所述虎克铰滚针轴承(20)和套筒(22)设置在十字轴(23)上。
4.根据权利要求3所述的一种基于快拆式运动副的并联平台，其特征在于所述第一虎克铰运动副结构(17-1)还包括轴承端盖(21)，所述轴承端盖(21)用于密封虎克铰架(19)。
5.根据权利要求4所述的一种基于快拆式运动副的并联平台，其特征在于所述第一虎克铰运动副结构(17-1)与第二虎克铰运动副结构(17-2)运动副结构相同。
6.根据权利要求1所述的一种基于快拆式运动副的并联平台，其特征在于所述直线导轨模组部件(2)包括：丝杠导轨(27)、支撑立板(29)和滑块(28)，所述丝杠导轨(27)设置在支撑立板(29)上，所述静平台虎克铰支架(8)与滑块(28)固定连接，所述滑块(28)带动静平台虎克铰支架(8)在丝杠导轨(27)上滑动。
7.根据权利要求6所述的一种基于快拆式运动副的并联平台，其特征在于所述丝杠导轨(27)通过传动部件(6)控制，所述传动部件(6)包括伺服部件(30)和涨紧组件(31)；
所述伺服部件(30)包括伺服电机(32)、电机连接件(33)、驱动带轮(34)、末端连接同步带(35)、同步带轮联轴器(36)和末端同步带轮(37)；
所述涨紧组件(31)包括涨紧轮轴(38)、涨紧轮(39)、涨紧轮摇摆臂(40)、涨紧轮安装轴(41)和涨紧轮调节装置(42)；
所述伺服电机(32)通过电机连接件(33)设置在底部安装平台(1)上，所述伺服电机(32)通过驱动带轮(34)和末端连接同步带(35)带动末端同步带轮(37)转动，所述同步带轮联轴器(36)设置在末端同步带轮(37)上，末端同步带轮(37)带动同步带轮联轴器(36)转动，所述同步带轮联轴器(36)与丝杠导轨(27)的伸出轴摩擦连接；
所述涨紧轮安装轴(41)与底部安装平台(1)螺纹连接，所述涨紧轮摇摆臂(40)与涨紧轮安装轴(41)转动连接，所述涨紧轮轴(38)设置于涨紧轮摇摆臂(40)一端，所述涨紧轮调节装置(42)设置于涨紧轮摇摆臂(40)另一端，所述涨紧轮(39)设置在涨紧轮轴(38)上。
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