CN204712050U - 一种冗余驱动三维平动并联机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种冗余驱动三维平动并联机构，包括支架、Delta并联机构和直角坐标轴进给装置；所述直角坐标轴进给装置由第一移动机构和第二移动机构构成，第一移动机构包括第一滚珠丝杠螺母副和第一移动电机，所述第一移动电机与第一滚珠丝杠螺母副中的丝杠连接；所述第二移动机构包括第二滚珠丝杠螺母副和第二移动电机，第二移动电机与第二滚珠丝杠螺母副中的丝杠连接；所述第一滚珠丝杠螺母副中的螺母和所述第二滚珠丝杠螺母副中的螺母通过支座连接在一起；所述Delta并联机构连接在第一滚珠丝杠螺母副中的螺母上。本实用新型的并联机构在Delta并联机构的基础上增加了水平X、Y方向平动自由度，从而增大工作空间大。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种机器人机构，具体涉及一种冗余驱动三维平动并联机构。
背景技术
目前常见的工业机器人机构多为串联机构，由于此种机构是运动开链的，因而有诸如刚度小、承载能力差、误差积累大等缺点。并联机器人因采用机械闭环的结构，使机器人运动部分的惯量降低、刚度提高，故较之串联机器人而言，具有定位精度高、承载能力强等优点。美国Clavel博士发明的Delta并联机构，可实现高速的三维平动，具有结构简单、运动速度快、定位精度高等优点。国内外学者对Delta机构的研究相对成熟，包括运动学分析、动力学分析、性能评估、奇异点分析以及其控制等。目前，Delta并联机器人已经广泛应用于化妆品、食品和药品的包装和电子产品的装配。但相对串联机构来说，的Delta并联机构存在工作空间小、结构尺寸偏大等缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种冗余驱动三维平动并联机构，该并联机构在Delta并联机构的基础上增加水平X、Y方向两个平动自由度，从而增大Delta并联机构的工作空间大，拓展应用领域。
本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：
一种冗余驱动三维平动并联机构，包括支架和Delta并联机构，还包括直角坐标轴进给装置，该直角坐标轴进给装置由第一移动机构和第二移动机构构成，其中：
所述第一移动机构包括第一滚珠丝杠螺母副和第一移动电机，所述第一滚珠丝杠螺母副中的丝杠的两端分别通过第一前轴承座和第一后轴承座连接在导轨固定板上，所述第一移动电机通过第一联轴器与第一滚珠丝杠螺母副中的丝杠连接，该第一移动电机固定在所述导轨固定板上；所述导轨固定板的两端分别通过第一固定导轨副和第二固定导轨副与支架连接；
所述第二移动机构包括第二滚珠丝杠螺母副和第二移动电机，所述第二滚珠丝杠螺母副中的丝杠的两端分别通过第二前轴承座和第二后轴承座连接在支架上，所述第二移动电机通过第二联轴器与第二滚珠丝杠螺母副中的丝杠连接，该第二移动电机固定在支架上；所述第一滚珠丝杠螺母副中的螺母和所述第二滚珠丝杠螺母副中的螺母通过支座连接在一起，所述支座的两端分别通过第一移动导轨副和第二移动导轨副与导轨固定板连接；
所述Delta并联机构连接在第一滚珠丝杠螺母副中的螺母上；所述第一滚珠丝杠螺母副中的丝杠的轴线方向与第一移动导轨副、第二移动导轨副的滑动方向平行，所述第二滚珠丝杠螺母副中的丝杠的轴线与第一固定导轨副、第二固定导轨副的滑动方向平行。
本实用新型的一个优选方案，其中，所述Delta并联机构通过连接件与第一滚珠丝杠螺母副中的螺母连接，所述连接件由中空圆柱体以及设置在中空圆柱体两端的多个连接耳构成，中空圆柱体两端的连接耳分别通过螺钉固定连接在Delta并联机构和第一滚珠丝杠螺母副中的螺母上。通过上述连接件，实现Delta并联机构与第一滚珠丝杠螺母副中的螺母的连接，并且可方便拆卸。
本实用新型的一个优选方案，其中，所述导轨固定板为长方形框架结构，所述第一固定导轨副和第二固定导轨副设置在导轨固定板长度方向的两端，所述第一移动导轨副和第二移动导轨副设置在导轨固定板宽度方向的两端。上述导轨固定板具有结构简单、便于加工等优点。
本实用新型的一个优选方案，其中，所述第一移动电机和第二移动电机为伺服电机。
本实用新型的一个优选方案，其中，所述Delta并联机构包括上平台、下平台和三组摆动杆机构，其中，所述上平台和下平台为正三角形，且上平台为基座平台，下平台为运动平台；所述上平台的每条边通过一组摆动杆机构与下平台的一个角连接；每组摆动杆机构包括电机、驱动杆和平行四边形机构，其中，所述平行四边形机构包括上杆、下杆、左杆和右杆，所述上杆两端分别通过虎克铰与左杆和右杆的一端连接，所述左杆与右杆的另一端分别通过球铰与下杆的两端连接，所述下杆通过焊接与下平台连接；所述电机的主轴与驱动杆的一端连接，驱动杆的另一端与上杆的中部焊接。
上述Delta并联机构中，利用三组摆动杆机构驱动下平台作三维平动，在每组摆动杆机构中，由电机带动驱动杆转动，驱动杆再驱动平行四边形机构运动，三个平行四边形机构的运动相互配合确保下平台作三维平动。
本实用新型的工作原理是：
在现有的Delta并联机构的基础上，本实用新型增加了直角坐标轴进给装置，该直角坐标轴进给装置中的第一移动机构和第二移动机构可驱动Delta并联机构在X、Y两个方向上平动(由于Delta并联机构本来已经可以提供三维平动，本实用新型在Delta并联机构原有的三维平动的基础上进一步驱动其作X、Y方向平动，这种驱动本实用新型称之为“冗余驱动”)；具体是：第一移动机构中的第一滚珠丝杠螺母副驱动Delta并联机构作X方向的平动，而第二移动机构中的第二滚珠丝杠螺母副驱动第一移动机构以及Delta并联机构作Y方向平动，从而增大Delta并联机构的工作范围。
本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：
1、在现有Delta并联机构具有的三维平动的基础上，增加了X、Y方向平动，使得Delta并联机构的工作范围增大，并且X、Y方向的平动由珠丝杠螺母副实现，具有高速高精度的优点。
2、为要求工作空间大、只需平动的高速高精度工业机器人的研究提供了基础，从而进一步拓展Delta机构的应用领域。
附图说明
图1为本实用新型的冗余驱动三维平动并联机构的一个具体实施方式的立体结构示意图。
图2为图1中直角坐标轴进给装置的立体结构示意图。
图3为图1中Delta并联机构的立体结构示意图。
图4为图1中连接件的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
参见图1～图3，本实用新型的冗余驱动三维平动并联机构包括支架2、Delta并联机构3和直角坐标轴进给装置1。其中：
所述直角坐标轴进给装置1由第一移动机构和第二移动机构构成，其中：
所述第一移动机构包括第一滚珠丝杠螺母副7和第一移动电机4，所述第一滚珠丝杠螺母副7中的丝杠的两端分别通过第一前轴承座12和第一后轴承座5连接在导轨固定板11上，所述第一移动电机4通过第一联轴器19与第一滚珠丝杠螺母副7中的丝杠连接，该第一移动电机4固定在所述导轨固定板11上；所述导轨固定板11的两端分别通过第一固定导轨副18和第二固定导轨副10与支架2连接。
所述第二移动机构包括第二滚珠丝杠螺母副9和第二移动电机15，所述第二滚珠丝杠螺母副9中的丝杠的两端分别通过第二前轴承座8和第二后轴承座17连接在支架2上，所述第二移动电机15通过第二联轴器16与第二滚珠丝杠螺母副9中的丝杠连接，该第二移动电机15固定在支架2上；所述第一滚珠丝杠螺母副7中的螺母和所述第二滚珠丝杠螺母副9中的螺母通过支座14连接在一起，所述支座14的两端分别通过第一移动导轨副6和第二移动导轨副13与导轨固定板11连接。
所述Delta并联机构3连接在第一滚珠丝杠螺母副7中的螺母上；所述第一滚珠丝杠螺母副7中的丝杠的轴线方向与第一移动导轨副6、第二移动导轨副13的滑动方向平行，所述第二滚珠丝杠螺母副9中的丝杠的轴线与第一固定导轨副18、第二固定导轨副10的滑动方向平行。
参见图1～图4，所述Delta并联机构3通过连接件20与第一滚珠丝杠螺母副7中的螺母连接，所述连接件20由中空圆柱体以及设置在中空圆柱体两端的多个连接耳构成，中空圆柱体两端的连接耳分别通过螺钉固定连接在Delta并联机构3和第一滚珠丝杠螺母副7中的螺母上。通过上述连接件20，实现Delta并联机构3与第一滚珠丝杠螺母副7中的螺母的连接，并且可方便拆卸。
参见图1和图2，所述导轨固定板11为长方形框架结构，所述第一固定导轨副18和第二固定导轨副10设置在导轨固定板11长度方向的两端，所述第一移动导轨副6和第二移动导轨副13设置在导轨固定板11宽度方向的两端。上述导轨固定板11具有结构简单、便于加工等优点。
参见图2，所述第一移动电机4和第二移动电机15为伺服电机，具有控制精度高的优点。
参见1和图3，所述Delta并联机构3包括上平台27、下平台30和三组摆动杆机构，其中，所述上平台27和下平台30为正三角形，且上平台27为基座平台，下平台30为运动平台；所述上平台27的每条边通过一组摆动杆机构与下平台30的一个角连接；每组摆动杆机构包括电机26、驱动杆25和平行四边形机构，其中，所述平行四边形机构包括上杆23、下杆31、左杆22和右杆29，所述上杆23两端分别通过虎克铰24、28与左杆22和右杆29的一端连接，所述左杆22与右杆29的另一端分别通过球铰21、31与下杆31的两端连接，所述下杆31通过焊接与下平台30连接；所述电机26的主轴与驱动杆25的一端连接，驱动杆25的另一端与上杆23的中部焊接。上述Delta并联机构3中，利用三组摆动杆机构驱动下平台30作三维平动，在每组摆动杆机构中，由电机26带动驱动杆25转动，驱动杆25再驱动平行四边形机构运动，三个平行四边形机构的运动相互配合确保下平台30作三维平动。
参见图1～图4，本实用新型的工作原理是：
在现有的Delta并联机构3的基础上，本实用新型增加了直角坐标轴进给装置1，该直角坐标轴进给装置1中的第一移动机构和第二移动机构可驱动Delta并联机构3在X、Y两个方向上平动(由于Delta并联机构3本来已经可以提供三维平动，本实用新型在Delta并联机构3原有的三维平动的基础上进一步驱动其作X、Y方向平动，这种驱动本实用新型称之为“冗余驱动”)；具体是：第一移动机构中的第一滚珠丝杠螺母副7驱动Delta并联机构3作X方向的平动，而第二移动机构中的第二滚珠丝杠螺母副9驱动第一移动机构以及Delta并联机构3作Y方向平动，从而增大Delta并联机构3的工作范围。
上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种冗余驱动三维平动并联机构，包括支架和Delta并联机构，其特征在于，还包括直角坐标轴进给装置，该直角坐标轴进给装置由第一移动机构和第二移动机构构成，其中：
所述第一移动机构包括第一滚珠丝杠螺母副和第一移动电机，所述第一滚珠丝杠螺母副中的丝杠的两端分别通过第一前轴承座和第一后轴承座连接在导轨固定板上，所述第一移动电机通过第一联轴器与第一滚珠丝杠螺母副中的丝杠连接，该第一移动电机固定在所述导轨固定板上；所述导轨固定板的两端分别通过第一固定导轨副和第二固定导轨副与支架连接；
所述第二移动机构包括第二滚珠丝杠螺母副和第二移动电机，所述第二滚珠丝杠螺母副中的丝杠的两端分别通过第二前轴承座和第二后轴承座连接在支架上，所述第二移动电机通过第二联轴器与第二滚珠丝杠螺母副中的丝杠连接，该第二移动电机固定在支架上；所述第一滚珠丝杠螺母副中的螺母和所述第二滚珠丝杠螺母副中的螺母通过支座连接在一起，所述支座的两端分别通过第一移动导轨副和第二移动导轨副与导轨固定板连接；
所述Delta并联机构连接在第一滚珠丝杠螺母副中的螺母上；所述第一滚珠丝杠螺母副中的丝杠的轴线方向与第一移动导轨副、第二移动导轨副的滑动方向平行，所述第二滚珠丝杠螺母副中的丝杠的轴线与第一固定导轨副、第二固定导轨副的滑动方向平行。
2.根据权利要求1所述的冗余驱动三维平动并联机构，其特征在于，所述Delta并联机构通过连接件与第一滚珠丝杠螺母副中的螺母连接，所述连接件由中空圆柱体以及设置在中空圆柱体两端的多个连接耳构成，中空圆柱体两端的连接耳分别通过螺钉固定连接在Delta并联机构和第一滚珠丝杠螺母副中的螺母上。
3.根据权利要求1所述的冗余驱动三维平动并联机构，其特征在于，所述导轨固定板为长方形框架结构，所述第一固定导轨副和第二固定导轨副设置在导轨固定板长度方向的两端，所述第一移动导轨副和第二移动导轨副设置在导轨固定板宽度方向的两端。
4.根据权利要求1所述的冗余驱动三维平动并联机构，其特征在于，所述第一移动电机和第二移动电机为伺服电机。
5.根据权利要求1～4任一项所述的冗余驱动三维平动并联机构，其特征在于，所述Delta并联机构包括上平台、下平台和三组摆动杆机构，其中，所述上平台和下平台为正三角形，且上平台为基座平台，下平台为运动平台；所述上平台的每条边通过一组摆动杆机构与下平台的一个角连接；每组摆动杆机构包括电机、驱动杆和平行四边形机构，其中，所述平行四边形机构包括上杆、下杆、左杆和右杆，所述上杆两端分别通过虎克铰与左杆和右杆的一端连接，所述左杆与右杆的另一端分别通过球铰与下杆的两端连接，所述下杆通过焊接与下平台连接；所述电机的主轴与驱动杆的一端连接，驱动杆的另一端与上杆的中部焊接。
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