CN206366991U - 一种三自由度并联机器人装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多自由度运动平台，具体涉及一种三自由度并联机器人装置，包括静平台系统、动平台系统和三个运动调节系统，运动调节系统的一端与静平台系统滑动连接，另一端与动平台系统连接，三个运动调节系统处于不同的平面；运动调节系统包括驱动机构、滑块和首尾依次相接的第一连杆、第二连杆、第三连杆，第一连杆与静平台系统间通过一球铰总成球铰连接，所述球铰总成通过滑块滑动的设于静平台系统上，驱动机构与滑块动力连接以使滑块在静平台系统上滑动，第三连杆与动平台系统间通过另一球铰总成球铰连接。本实用新型的三自由度并联机器人装置，可以实现三自由度调节，装置动力学性能良好，结构简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多自由度运动平台，具体涉及一种三自由度并联机器人装置。
背景技术
并联机构的研究可追溯到20世纪40年代，其是由多个并行链构成的闭环运动系统，即由多个运动链的一端同时与一个具有多个自由度的终端操作器相连而构成。近几十年来，随着对其研究的不断深入，并联机构越来越广泛的应用于飞行模拟、车辆道路模拟、并联机床、空间对接技术等领域，其中最著名的就是Stewart六自由度运动平台。但是，在很多情况下，模拟并不需要六自由度运动，比如模拟舰船在海上摇摆运动时，往往只需要三到四个自由度便可以满足要求，此时采用六自由度运动平台便存在一定的浪费。
传统的并联机器人中一般实现转动，常用转动铰链，胡可铰链，其优点是结构简单，但实现相对转动数最多为2，在空间机构中运用球铰链可以实现3个方位的转动，而这种机构在并联机构中被使用的很少。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种三自由度并联机器人装置，实现三自由度调节，装置动力学性能良好，结构简单。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：包括静平台系统、动平台系统和三个运动调节系统，运动调节系统的一端与静平台系统滑动连接，另一端与动平台系统连接，三个运动调节系统处于不同的平面；运动调节系统包括驱动机构、滑块和首尾依次相接的第一连杆、第二连杆、第三连杆，第一连杆与静平台系统间通过一球铰总成球铰连接，所述球铰总成通过滑块滑动的设于静平台系统上，驱动机构与滑块动力连接以使滑块在静平台系统上滑动，第三连杆与动平台系统间通过另一球铰总成球铰连接。
优选的，所述装置还包括静力平衡系统，静力平衡系统的一端与静平台系统连接，另一端与动平台系统连接，静力平衡系统设于三个运动调节系统之间。
优选的，所述静平台系统包括底板和导轨，导轨设于底板上，导轨呈三角形，三个运动调节系统中的三个滑块分别滑动的设于三角形导轨的三个边上。
优选的，所述导轨的横截面呈梯形，滑块的底部呈内凹的梯形以与梯形导轨匹配。
优选的，所述动平台系统呈圆台状，球铰总成与动平台系统的底部连接，动平台系统底部的球铰总成构成正三角形。
优选的，所述球铰总成包括球铰座、球碗一和球碗二，球碗一呈内部空心的半球形，球碗一坐设于球铰座上，球碗二与球碗一等球心设置且二者拼接形成球形包覆腔，球碗二的顶部具有便于第一连杆或第三连杆伸入所述包覆腔的开口。
优选的，所述球碗一和球碗二螺接，第一连杆与球铰总成连接的一端、第三连杆与球铰总成连接的一端均具有一球体，所述球体设于所述包覆腔内，第一连杆或第三连杆均穿过所述开口。
优选的，所述第一连杆与第二连杆之间、第二连杆与第三连杆之间通过一滑动销连接使三者之间能够相对弯折。
采用上述技术方案后，本实用新型具有以下积极效果：
(1)本实用新型中的三自由度并联机器人装置采用结构相同的三个并联的运动调节系统来实现横摇、纵摇、升降两个转动自由度和一个直线升降自由度的运动，从而使动平台系统获得不同的空间位置和姿态；其依据机构学原理，舍弃了传统的“转动副加连杆等效球铰链”的方案，直接采用球铰总成简化了结构，制造工艺简单、成本低；
(2)其中的静力平衡系统设于三个运动调节系统中心，同时连接静平台系统和动平台系统的中心，用于平衡动平台系统和负载部分的载力，该静力平衡系统在并联机器人工作过程中随着动平台系统进行随动运动，并未参与摇摆台的运动控制，进一步提高了负载能力，降低了功率消耗。
附图说明
图1为本实用新型的三自由度并联机器人装置结构图；
图2为本实用新型的三自由度并联机器人装置翻转一定角度状态图；
图3为本实用新型中的滑块结构图；
图4为本实用新型中的球铰总成结构图；
图5为本实用新型中的第一连杆、第二连杆和第三连杆结构图。
其中：1、静平台系统，11、底板，12、导轨，2、动平台系统，3、运动调节系统，31、滑块，32、第一连杆，33、第二连杆，34、第三连杆，35、球铰总成，351、球铰座，352、球碗一，353、球碗二，4、静力平衡系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1-5所示，为本实用新型的三自由度并联机器人装置，包括静平台系统1、动平台系统2、三个运动调节系统3和静力平衡系统4，动平台系统2位于静平台系统1的上方，运动调节系统3位于静平台系统1和动平台系统2之间，运动调节系统3的一端与静平台系统1滑动连接，另一端与动平台系统2连接，三个运动调节系统3处于不同的平面。静力平衡系统4的一端与静平台系统1连接，另一端与动平台系统2连接，静力平衡系统4设于三个运动调节系统3的中心。
运动调节系统3包括驱动机构、滑块31和首尾依次相接的第一连杆32、第二连杆33、第三连杆34，第一连杆32与静平台系统1间通过一球铰总成35球铰连接，所述球铰总成35通过滑块31滑动的设于静平台系统1上，驱动机构与滑块31动力连接以使滑块31在静平台系统1上滑动，第三连杆34与动平台系统2间通过另一球铰总成35球铰连接。第一连杆32与第二连杆33之间、第二连杆33与第三连杆34之间通过一滑动销连接使三者之间能够相对弯折。
球铰总成35包括球铰座351、球碗一352和球碗二353，球铰座351设于滑块31或动平台系统2上，球碗一352呈内部空心的半球形，球碗一352坐设于球铰座351上，球碗二353与球碗一352等球心设置且二者通过螺纹拼接形成球形包覆腔，球碗二353的顶部具有便于第一连杆32或第三连杆34伸入所述包覆腔的开口。第一连杆32与球铰总成35连接的一端、第三连杆34与球铰总成35连接的一端均具有一球体，所述球体容置于所述包覆腔内，第一连杆32或第三连杆34均穿过所述开口。
静平台系统1包括三角形的底板11和导轨12，导轨12呈等边三角形分布于底板11上，导轨12的横截面呈梯形。三个运动调节系统3中的三个滑块31分别滑动的设于三角形导轨12的三个边上。滑块31的底部呈内凹的梯形以与梯形导轨12匹配。
动平台系统2呈圆台状，球铰总成35与动平台系统2的底部连接，动平台系统2底部的球铰总成35构成等边三角形。
本实用新型的三自由度并联机器人装置工作情况如下：将待模拟物放置于动平台系统2上，通过三个驱动机构来驱动三个滑块31沿导轨12移动，从而使动平台系统2获得不同的空间位置和姿态，此时静力平衡系统4随动运动。其中驱动机构可以为伺服电机。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种三自由度并联机器人装置，其特征在于：包括静平台系统(1)、动平台系统(2)和三个运动调节系统(3)，运动调节系统(3)的一端与静平台系统(1)滑动连接，另一端与动平台系统(2)连接，三个运动调节系统(3)处于不同的平面；运动调节系统(3)包括驱动机构、滑块(31)和首尾依次相接的第一连杆(32)、第二连杆(33)、第三连杆(34)，第一连杆(32)与静平台系统(1)间通过一球铰总成(35)球铰连接，所述球铰总成(35)通过滑块(31)滑动的设于静平台系统(1)上，驱动机构与滑块(31)动力连接以使滑块(31)在静平台系统(1)上滑动，第三连杆(34)与动平台系统(2)间通过另一球铰总成(35)球铰连接。
2.根据权利要求1所述的三自由度并联机器人装置，其特征在于：所述装置还包括静力平衡系统(4)，静力平衡系统(4)的一端与静平台系统(1)连接，另一端与动平台系统(2)连接，静力平衡系统(4)设于三个运动调节系统(3)之间。
3.根据权利要求1所述的三自由度并联机器人装置，其特征在于：静平台系统(1)包括底板(11)和导轨(12)，导轨(12)设于底板(11)上，导轨(12)呈三角形，三个运动调节系统(3)中的三个滑块(31)分别滑动的设于三角形导轨(12)的三个边上。
4.根据权利要求3所述的三自由度并联机器人装置，其特征在于：导轨(12)的横截面呈梯形，滑块(31)的底部呈内凹的梯形以与梯形导轨(12)匹配。
5.根据权利要求1所述的三自由度并联机器人装置，其特征在于：动平台系统(2)呈圆台状，球铰总成(35)与动平台系统(2)的底部连接，动平台系统(2)底部的球铰总成(35)构成正三角形。
6.根据权利要求1所述的三自由度并联机器人装置，其特征在于：球铰总成(35)包括球铰座(351)、球碗一(352)和球碗二(353)，球碗一(352)呈内部空心的半球形，球碗一(352)坐设于球铰座(351)上，球碗二(353)与球碗一(352)等球心设置且二者拼接形成球形包覆腔，球碗二(353)的顶部具有便于第一连杆(32)或第三连杆(34)伸入所述包覆腔的开口。
7.根据权利要求6所述的三自由度并联机器人装置，其特征在于：球碗一(352)和球碗二(353)螺接，第一连杆(32)与球铰总成(35)连接的一端、第三连杆(34)与球铰总成(35)连接的一端均具有一球体，所述球体设于所述包覆腔内，第一连杆(32)或第三连杆(34)均穿过所述开口。
8.根据权利要求1所述的三自由度并联机器人装置，其特征在于：第一连杆(32)与第二连杆(33)之间、第二连杆(33)与第三连杆(34)之间通过一滑动销连接使三者之间能够相对弯折。
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