CN1332786C - 滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人 - Google Patents

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Abstract

滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人，它涉及一种具有新结构的工业机器人。现有机器人存在运动间隙、惯量大，机械建立时间也较长等不足。本发明所述导轨(5)的两端分别与上部基座(1-1)和底部基座(1-2)固接，所述丝杠(4)的上端与伺服电机(6)连接，所述第一花键驱动轴(3-8)的上端与第一音圈伺服电机(7-1)连接，所述第二花键驱动轴(3-9)的上端与第二音圈伺服电机(7-2)连接，所述第一花键驱动轴(3-8)和第二花键驱动轴(3-9)上的外环(3-3)分别与移动平台(2)相连，本发明的机器人结构新颖紧凑，移动惯量小、重量轻，可实现三自由度高速高精度运动，连杆的高刚度和光栅的全闭环控制保证了系统的高重复定位精度，因此该机器人系统可实现高速、高精度的三自由度运动。

Description

滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人
技术领域：
本发明涉及一种具有新结构的工业机器人。
背景技术：
目前，随着MEMS技术的发展，为进一步提高MEMS制造质量和生产效率，对MEMS加工装备的性能提出了更高的要求，体现了该类作业装备向高速高精度方向发展的趋势。然而，现有的此类装备如芯片焊接机(Die Bonder)和引线键合机(Wire Bonder)多数采用串联型的直线工作台(电机-丝杠-螺母)机构形式，存在运动间隙、惯量大，机械建立时间也较长等不足，限制了精度、速度和加速度的进一步提高。
发明内容：
本发明的目的在于提供滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人，它包括基座1，基座1包括上部基座1-1和底部基座1-2，在上部基座1-1和底部基座1-2之间设有移动平台2，其特征在于在上部基座1-1和底部基座1-2之间设有纵向穿过移动平台2的第一花键驱动轴3-8、第二花键驱动轴3-9、丝杠4和导轨5，在移动平台2上设有杆8，所述导轨5的两端分别与上部基座1-1和底部基座1-2固接，所述丝杠4的上端与伺服电机6连接，所述第一花键驱动轴3-8的上端与第一音圈伺服电机7-1连接，所述第二花键驱动轴3-9的上端与第二音圈伺服电机7-2连接，所述第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9上的外环3-3分别与移动平台2相连，所述杆8由第一根杆8-1、第二根杆8-2、第三根杆8-3和第四根杆8-4组成，其中第一根杆8-1和第二根杆8-2的一端分别与第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9铰接，第三根杆8-3和第四根杆8-4的一端分别与第一根杆8-1、第二根杆8-2的另一端铰接，所述第三根杆8-3与第四根杆8-4的另一端铰接，第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9的内环3-2分别与第一根杆8-1和第二根杆8-2相连接，所述右圆光栅9-1安装在第一根杆8-1与第一花键驱动轴3-8的外环3-3之间，左圆光栅9-2安装在第二根杆8-2与第二花键驱动轴3-9的外环3-3之间，在移动平台2上还装有直线光栅9-3和平面光栅9-4。本发明的机器人结构新颖紧凑，移动惯量小、重量轻，可实现三自由度高速高精度运动，连杆的高刚度和光栅的全闭环控制保证了系统的高重复定位精度，因此该机器人系统可实现高速、高精度的三自由度运动。
附图说明：
图1是本发明的立体结构示意图，图2是本发明的主视图，图3是图2的右视图，图4是图2的俯视图，图5是第一根杆8-1、第二根杆8-2、移动平台2、第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9之间的连接结构示意图。
具体实施方式：
具体实施方式一：本实施方式由基座1，基座1由上部基座1-1和底部基座1-2，在上部基座1-1和底部基座1-2之间设有移动平台2，其特征在于在上部基座1-1和底部基座1-2之间设有纵向穿过移动平台2的第一花键驱动轴3-8、第二花键驱动轴3-9、丝杠4和导轨5，在移动平台2上设有杆8，所述导轨5的两端分别与上部基座1-1和底部基座1-2固接，所述丝杠4的上端与伺服电机6连接，所述第一花键驱动轴3-8的上端与第一音圈伺服电机7-1连接，所述第二花键驱动轴3-9的上端与第二音圈伺服电机7-2连接，所述第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9上的外环3-3分别与移动平台2相连，所述杆8由第一根杆8-1、第二根杆8-2、第三根杆8-3和第四根杆8-4组成，其中第一根杆8-1和第二根杆8-2的一端分别与第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9铰接，第三根杆8-3和第四根杆8-4的一端分别与第一根杆8-1、第二根杆8-2的另一端铰接，所述第三根杆8-3与第四根杆8-4的另一端铰接，第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9的内环3-2分别与第一根杆8-1和第二根杆8-2相连接，所述右圆光栅9-1安装在第一根杆8-1与第一花键驱动轴3-8的外环3-3之间，左圆光栅9-2安装在第二根杆8-2与第二花键驱动轴3-9的外环3-3之间，在移动平台2上还装有直线光栅9-3和平面光栅9-4。
具体实施方式二：参照图1、图2、图3、图4，本实施方式导轨5为两根，两根导轨5都与移动平台2垂直设置，每根导轨5的两端分别与上部基座1-1和底部基座1-2固接；本实施方式所述伺服电机6为交流伺服电机，所述第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9包括花键轴3-1、内环3-2、外环3-3和滚珠3-4，所述内环3-2和外环3-3之间设有滚珠3-4，移动平台2与第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9的外环3-3固接，在移动平台2上设有横向的通槽2-1，第一根杆8-1、第二根杆8-2通过通槽2-1之后分别与第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9连接，在移动平台2上还设有光栅9，光栅9包括右圆光栅9-1、左圆光栅9-2、直线光栅9-3和平面光栅9-4，所述右圆光栅9-1安装在第一根杆8-1与第一花键驱动轴3-8的外环3-3之间，左圆光栅9-2安装在第二根杆8-2与第二花键驱动轴3-9的外环3-3之间，也可用编码器代替所述右圆光栅9-1和左圆光栅9-2，在移动平台2的台面上设有直线光栅9-3，所述移动平台2同时还与平面光栅9-4固接，所述平面光栅9-4设置在杆8末端工作区的上方。所述滚珠丝杠4、第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9的下端与底部基座1-2通过轴承10连接。
本发明的工作原理为：第一音圈伺服电机7-1与第二音圈伺服电机7-2分别带动第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9工作，第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9上花键轴3-1的外表面为纵向花键，与之相配合的内环3-2内表面为与花键相配合的键槽，这样，在结构上，内环3-2只可以相对花键轴3-1轴向移动。内环3-2同时与杆8固接，这样，音圈伺服电机通过第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9可以带动杆8使其末端点实现x、y向移动，而移动平台2保持不动，平面光栅9-4可以实现杆8末端点的x、y向闭环控制，圆光栅9-1和9-2可以实现杆8的半闭环控制；第一花键驱动轴3-8和第二花键驱动轴3-9的外环3-3与移动平台2相固接，移动平台2与丝杠4连接，丝杠4通过伺服电机6驱动，这样，伺服电机工作的时候，即可以通过丝杠的转动来带动移动平台2上下移动，导轨5对移动平台2的上下移动起导向作用，所述杆8设置在移动平台2横向开的通槽内，这样，当移动平台2上下移动的同时，即会同时带动杆8上下移动，从而实现杆8的Z向移动，直线光栅9-3可以实现对移动平台2的Z向闭环控制。

Claims (5)

1.一种滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人，它包括基座(1)，基座(1)包括上部基座(1-1)和底部基座(1-2)，在上部基座(1-1)和底部基座(1-2)之间设有移动平台(2)，其特征在于在上部基座(1-1)和底部基座(1-2)之间设有纵向穿过移动平台(2)的第一花键驱动轴(3-8)、第二花键驱动轴(3-9)、丝杠(4)和导轨(5)，在移动平台(2)上设有杆(8)，所述导轨(5)的两端分别与上部基座(1-1)和底部基座(1-2)固接，所述丝杠(4)的上端与伺服电机(6)连接，所述第一花键驱动轴(3-8)的上端与第一音圈伺服电机(7-1)连接，所述第二花键驱动轴(3-9)的上端与第二音圈伺服电机(7-2)连接，所述第一花键驱动轴(3-8)和第二花键驱动轴(3-9)上的外环(3-3)分别与移动平台(2)相连，所述杆(8)由第一根杆(8-1)、第二根杆(8-2)、第三根杆(8-3)和第四根杆(8-4)组成，其中第一根杆(8-1)和第二根杆(8-2)的一端分别与第一花键驱动轴(3-8)和第二花键驱动轴(3-9)铰接，第三根杆(8-3)和第四根杆(8-4)的一端分别与第一根杆(8-1)、第二根杆(8-2)的另一端铰接，所述第三根杆(8-3)与第四根杆(8-4)的另一端铰接，第一花键驱动轴(3-8)和第二花键驱动轴(3-9)的内环(3-2)分别与第一根杆(8-1)和第二根杆(8-2)相连接，所述右圆光栅(9-1)安装在第一根杆(8-1)与第一花键驱动轴(3-8)的外环(3-3)之间，左圆光栅(9-2)安装在第二根杆(8-2)与第二花键驱动轴(3-9)的外环(3-3)之间，在移动平台(2)上还装有直线光栅(9-3)和平面光栅(9-4)。
2、根据权利要求1所述的滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人，其特征在于所述移动平台(2)上设有横向的通槽(2-1)，所述第一根杆(8-1)和第二根杆(8-2)通过通槽(2-1)之后与第一花键驱动轴(3-8)和第二花键驱动轴(3-9)连接。
3、根据权利要求1所述的滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人，其特征在于所述伺服电机(6)为交流伺服电机。
4、根据权利要求1所述的滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人，其特征在于所述导轨(5)为两根，两根导轨(5)都与移动平台(2)垂直设置。
5、根据权利要求1所述的滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人，其特征在于所述滚珠丝杠(4)、第一花键驱动轴(3-8)和第二花键驱动轴(3-9)的下端与底部基座(1-2)通过轴承(10)连接。
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