CN113878564B - 一种含集成转动支架的六自由度并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含集成转动支架的六自由度并联机器人。本发明第一集成转动支架、第一长度调节装置、第二长度调节装置、第一竖直转动轴、第一水平转动轴组成第一运动支链；第二运动支链和第三运动支链类似组成；所述第一集成转动支架通过一自由度铰链旋转地连接在静平台上；所述第一长度调节装置、第二长度调节装置一端均连接在第一集成转动支架上，另端通过铰链连接在第一竖直转动轴上；第一水平转动轴一端通过铰链连接在第一竖直转动轴上，另端通过铰链连接在动平台上。本发明各长度调节装置共用一个集成转动支架，可有效减少铰链数目，简化装配工艺，保证安装精度。本发明整机运动灵活，运动学求解简单，便于实施控制。

Description

一种含集成转动支架的六自由度并联机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种含集成转动支架的六自由度并联机器人。

背景技术

已被广泛应用的Stewart平台是一种六自由度并联机器人，包括一个静平台，六个可沿轴向伸长或缩短的主动调节装置一端分别通过具有一个转动自由度的铰链连接至静平台上，另一端分别通过具有一个转动自由度的铰链连接至动平台上。然而，该机器人没有集成转动支架，六个主动调节装置分别与静平台和动平台相连，导致铰链数目较多，构件较多，结构复杂，并且难以保证装配精度。

专利US5987726 A所公开的一种六自由度并联机器人，同样包括一个静平台，六个可沿轴向伸长或缩短的主动调节装置一端分别通过具有一个转动自由度的铰链连接至静平台上，另一端每两个主动调节装置为一组通过一个公共虎克铰连接至动平台。该机器人减少了一些机构中的铰链数目，然而，此类机器人由于六个主动调节装置分别连接至静平台，机构铰链数目和构件数仍然较多，结构复杂。且为了保证两个一组主动调节装置运动始终在同一平面内，装配工艺更加复杂。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，提供一种含集成转动支架的六自由度并联及机构。

本发明所采用的技术方案是：一种含集成转动支架的六自由度并联机器人，包括：一个静平台、三个集成转动支架、六个长度调节装置、三个竖直转动轴、三个水平转动轴和一个动平台。

所述第一集成转动支架、第一长度调节装置、第二长度调节装置、第一竖直转动轴、第一水平转动轴组成第一运动支链；所述第二集成转动支架、第三长度调节装置、第四长度调节装置、第二竖直转动轴、第二水平转动轴组成第二运动支链；所述第三集成转动支架、第五长度调节装置、第六长度调节装置、第三竖直转动轴、第三水平转动轴组成第三运动支链；所述第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链结构相同；所述第一集成转动支架(第二集成转动支架/第三集成转动支架)通过一自由度铰链旋转地连接在静平台上；所述第一长度调节装置(第三长度调节装置/第五长度调节装置)、第二长度调节装置(第四长度调节装置/第六长度调节装置)一端均通过具有一个自由度的铰链连接在第一集成转动支架(第二集成转动支架/第三集成转动支架)上，另端均通过具有一个自由度的铰链连接在第一竖直转动轴(第二竖直转动轴/第三竖直转动轴)上；第一水平转动轴(第二水平转动轴/第三水平转动轴)一端通过具有一个转动自由的铰链连接在第一竖直转动轴(第二竖直转动轴/第三竖直转动轴)上，另端通过具有一个转动自由度的铰链连接在动平台上。

连接所述静平台和第一转动支架(第二集成转动支架/第三集成转动支架)的转动轴线、连接所述第一集成转动支架(第二集成转动支架/第三集成转动支架)和第一长度调节装置(第三长度调节装置/第五长度调节装置)的转动轴线垂直相交；连接第一长度调节装置(第三长度调节装置/第五长度调节装置)和第一竖直转动轴(第二竖直转动轴/第三竖直转动轴)的转动轴线、连接第一竖直转动轴(第二竖直转动轴/第三竖直转动轴)和第一水平转动轴(第二水平转动轴/第三水平转动轴)的转动轴线垂直；连接第一竖直转动轴(第二竖直转动轴/第三竖直转动轴)和第一水平转动轴(第二水平转动轴/第三水平转动轴)的转动轴线、连接第一水平转动轴(第二水平转动轴/第三水平转动轴)和动平台的转动轴线垂直相交；连接第一长度调节装置(第三长度调节装置/第五长度调节装置)和第一集成转动支架(第二集成转动支架/第三集成转动支架)的转动轴线、连接第二长度调节装置(第四长度调节装置/第六长度调节装置)和第一集成转动支架(第二集成转动支架/第三集成转动支架)的转动轴线、连接第一长度调节装置(第三长度调节装置/第五长度调节装置)和第一竖直转动轴(第二竖直转动轴/第三竖直转动轴)的转动轴线、连接第二长度调节装置(第四长度调节装置/第六长度调节装置)和第一竖直转动轴(第二竖直转动轴/第三竖直转动轴)的转动轴线共四条轴线相互平行；所述第一集成转动支架(第二集成转动支架/第三集成转动支架)、第一长度调节装置(第三长度调节装置/第五长度调节装置)、第二长度调节装置(第四长度调节装置/第六长度调节装置)、第一竖直转动轴(第二竖直转动轴/第三竖直转动轴)的运动平面为同一平面；第一集成转动支架、第二集成转动支架、第三集成转动支架均匀布置在静平台上。

所述第一集成转动支架、第二集成转动支架、第三集成转动支架结构相同，上有三个轴，加工有四个安装孔：上端孔、下端孔、左端孔、右端孔；所述上端孔和下端孔同轴，用于实现第一集成转动支架(第二集成转动支架/第三集成转动支架)和静平台的旋转连接；所述左端孔和右端孔分别用于实现第一长度调节装置(第三长度调节装置/第五长度调节装置)、第二长度调节装置(第四长度调节装置/第六长度调节装置)和第一集成转动支架(第二集成转动支架/第三集成转动支架)的旋转连接；所述左端孔和右端孔对称的分布在第一集成转动支架的两侧。

所述第一长度调节装置、第二长度调节装置、第三长度调节装置、第四长度调节装置、第五长度调节装置、第六长度调节装置结构相同，包括：外管和伸缩杆；所述外管和伸缩杆配合构成移动副，驱动可采用电机丝杠、气动或液压装置。

本发明的含集成转动支架的六自由度并联机器人，具有的优点和积极效果是：

1.第一、第二长度调节装置，第三、第四长度调节装置，第五、第六长度调节装置分别共用一个集成转动支架，与专利US5987726 A所公开的机构相比，机构中铰链自由度数目少了3个，有效减少了构件数目、降低了制造成本。

2.采用集成转动支架可以通过控制零件加工精度保障两长度调节装置运动平面的共面性，降低了装配难度，提升了装配精度。

3.第一、第二、第三、第四、第五、第六长度调节装置由于结构约束无绕自身轴线旋转自由度，因此无需额外添加导向键，与专利US5987726 A所公开机构相比，减少了构件数目，降低了构件加工成本。

4.集成转动支架上的安装孔均在水平或竖直方向，具有良好的制造和装配工艺性。

5.第一和第二长度调节装置、第三和第四长度调节装置、第五和第六长度调节装置运动平面分别共面，简化运动学正逆解，便于实时控制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图之一；

图2a是本发明所述第一集成转动支架结构示意图；

图2b是本发明所述第一集成转动支架剖面结构示意图；

图3是本发明实施例1的结构示意图；

图4是本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种过约束并联机构做出详细说明。

如图1-4所示，一种六自由度并联机器人，包括静平台1、第一集成转动支架12，第二集成转动支架22，第三集成转动支架32，第一长度调节装置13，第二长度调节装置23，第三长度调节装置33，第四长度调节装置43，第五长度调节装置53，第六长度调节装置63，第一竖直转动轴14，第二竖直转动轴24，第三竖直转动轴34，第一水平转动轴15，第二水平转动轴25，第三水平转动轴35，动平台6；

所述第一集成转动支架12、第一长度调节装置13、第二长度调节装置23、第一竖直转动轴14、第一水平转动轴15组成第一运动支链；所述第二集成转动支架22、第三长度调节装置33、第四长度调节装置43、第二竖直转动轴24、第二水平转动轴25组成第二运动支链；所述第三集成转动支架32、第五长度调节装置53、第六长度调节装置63、第三竖直转动轴34、第三水平转动轴35组成第三运动支链；所述第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链结构相同；所述第一集成转动支架12(第二集成转动支架22/第三集成转动支架32)两端分别通过一自由度铰链旋转地连接在静平台1上；所述第一长度调节装置13(第三长度调节装置33/第五长度调节装置53)、第二长度调节装置23(第四长度调节装置43/第六长度调节装置63)一端均通过具有一个自由度的铰链连接在第一集成转动支架12(第二集成转动支架22/第三集成转动支架32)上，另一端均通过具有一个自由度的铰链连接在第一竖直转动轴14(第二竖直转动轴24/第三竖直转动轴34)上；第一水平转动轴15(第二水平转动轴25/第三水平转动轴35)一端通过具有一个转动自由的铰链连接在第一竖直转动轴14(第二竖直转动轴24/第三竖直转动轴34)上，另一端通过具有一个转动自由度的铰链连接在动平台6上。

连接所述静平台1和第一集成转动支架12(第二集成转动支架22/第三集成转动支架32)的转动轴线、连接所述第一集成转动支架12(第二集成转动支架22/第三集成转动支架32)和第一长度调节装置13(第三长度调节装置33/第五长度调节装置53)的转动轴线垂直相交；连接第一长度调节装置13(第三长度调节装置33/第五长度调节装置53)和第一竖直转动轴14(第二竖直转动轴24/第三竖直转动轴34)的转动轴线、连接第一竖直转动轴14(第二竖直转动轴24/第三竖直转动轴34)和第一水平转动轴15(第二水平转动轴25/第三水平转动轴35)的转动轴线垂直；连接第一竖直转动轴14(第二竖直转动轴24/第三竖直转动轴34)和第一水平转动轴15(第二水平转动轴25/第三水平转动轴35)的转动轴线、连接第一水平转动轴15(第二水平转动轴25/第三水平转动轴35)和动平台6的转动轴线垂直相交；连接第一长度调节装置13(第三长度调节装置33/第五长度调节装置53)和第一集成转动支架12(第二集成转动支架22/第三集成转动支架32)的转动轴线、连接第二长度调节装置23(第四长度调节装置43/第六长度调节装置63)和第一集成转动支架12(第二集成转动支架22/第三集成转动支架32)的转动轴线、连接第一长度调节装置13(第三长度调节装置33/第五长度调节装置53)和第一竖直转动轴14(第二竖直转动轴24/第三竖直转动轴34)的转动轴线、连接第二长度调节装置23(第四长度调节装置43/第六长度调节装置63)和第一竖直转动轴14(第二竖直转动轴24/第三竖直转动轴34)的转动轴线共四条轴线相互平行；所述第一集成转动支架12(第二集成转动支架22/第三集成转动支架32)、第一长度调节装置13(第三长度调节装置33/第五长度调节装置53)、第二长度调节装置23(第四长度调节装置43/第六长度调节装置63)、第一竖直转动轴14(第二竖直转动轴24/第三竖直转动轴34)的运动平面为同一平面；第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链均匀分布在静平台1上。

所述第一集成转动支架12、第二集成转动支架22、第三集成转动支架32结构相同，上有三个轴，以图2为例：加工有四个安装孔：上端孔12.1、下端孔12.2、左端孔12.3、右端孔12.4；所述上端孔12.1与下端孔12.2同轴，用于实现第一集成转动支架12和静平台1的旋转连接，其轴线为横轴axis11；所述左端孔12.3和右端孔12.4分别用于实现第一长度调节装置13、第二长度调节装置23和第一集成转动支架12的旋转连接，其轴线分别为第一纵轴axis12、第二纵轴axis13；所述左端孔12.3和右端孔12.4对称的分布在第一集成转动支架12的两侧；所述第一纵轴axis12、第二纵轴axis13两条轴线相互平行；所述横轴axis11和第一纵轴axis12、第二纵轴axis13(axis23/axi33)垂直相交。

所述第一长度调节装置13、第二长度调节装置23、第三长度调节装置33、第四长度调节装置43、第五长度调节装置53、第六长度调节装置63结构相同，包括：外管和伸缩杆；所述外管和伸缩杆配合构成移动副，驱动可采用电机丝杠、气动或液压装置。

实施例1：在动平台6上配以电主轴，可搭建如图3所示的六自由度制造装备和系统。

实施例2：将所述六自由度并联机器人模块安装在长行程导轨上，可搭建如图4所示的直线移动工作站。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，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，并不是限制性的，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和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种含集成转动支架的六自由度并联机器人，包括一个静平台(1)和一个动平台(6)；其特征在于：

第一集成转动支架(12)、第一长度调节装置(13)、第二长度调节装置(23)、第一竖直转动轴(14)、第一水平转动轴(15)组成第一运动支链；第二集成转动支架(22)、第三长度调节装置(33)、第四长度调节装置(43)、第二竖直转动轴(24)、第二水平转动轴(25)组成第二运动支链；第三集成转动支架(32)、第五长度调节装置(53)、第六长度调节装置(63)、第三竖直转动轴(34)、第三水平转动轴(35)组成第三运动支链；所述第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链结构相同；所述第一集成转动支架(12)两端通过具有一个转动自由度的铰链连接在静平台上；所述第一长度调节装置(13)、第二长度调节装置(23)一端均通过具有一个转动自由度的铰链连接在第一集成转动支架(12)上，另一端均通过具有一个转动自由度的铰链连接在第一竖直转动轴(14)上；第一水平转动轴(15)一端通过具有一个转动自由的铰链连接在第一竖直转动轴(14)上，另一端通过具有一个转动自由度的铰链连接在动平台(6)上；

连接所述静平台(1)和第一集成转动支架(12)的转动轴线、连接所述第一集成转动支架(12)和第一长度调节装置(13)的转动轴线垂直相交；连接第一集成转动支架(12)和第一长度调节装置(13)的转动轴线、连接第一集成转动支架(12)和第二长度调节装置(23)的转动轴线、连接第一竖直转动轴(14)和第一长度调节装置(13)的转动轴线、连接第一竖直转动轴(14)和第二长度调节装置(23)的转动轴线共四条轴线相互平行；所述第一集成转动支架(12)、第一长度调节长度装置(13)、第二长度调节长度装置(23)、第一竖直转动轴(14)的运动平面为同一平面；所述第二集成转动支架(22)、第三长度调节长度装置(33)、第四长度调节长度装置(43)、第二竖直转动轴(24)的运动平面为同一平面；所述第三集成转动支架(32)、第五长度调节长度装置(53)、第六长度调节长度装置(63)、第三竖直转动轴(34)的运动平面为同一平面；

所述第一集成转动支架(12)、第二集成转动支架(22)、第三集成转动支架(32)结构相同，第一集成转动支架(12)上有三个轴并加工有四个安装孔：上端孔(12.1)、下端孔(12.2)、左端孔(12.3)、右端孔(12.4)；其中，所述上端孔与下端孔同轴，用于实现第一集成转动支架和静平台的旋转连接，其轴线为横轴axis11；所述左端孔、右端孔对称分布在集成第一转动支架两侧，分别用于实现第一长度调节装置、第二长度调节装置和第一集成转动支架的旋转连接，其轴线分别为第一纵轴axis21、第二纵轴axis31；所述左端孔(12.3)和右端孔(12.4)对称布置在第一集成转动支架(12)左右两侧；所述横轴axis11、所述第一纵轴axis21两条轴线垂直相交；所述第一纵轴axis21、第二纵轴axis31两条轴线相互平行。

2.根据权利要求1所述的含集成转动支架的六自由度并联机器人，其特征是，所述第一长度调节装置(13)、第二长度调节装置(23)、第三长度调节装置(33)、第四长度调节装置(43)、第五长度调节装置(53)、第六长度调节装置(63)结构相同，都由外管和伸缩杆组成；所述外管和伸缩杆配合构成移动副。

3.根据权利要求2所述的含集成转动支架的六自由度并联机器人，其特征是，所述伸缩杆驱动采用电机丝杠、气动或液压装置。

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