CN208147842U

CN208147842U - 一种四自由度并联纠偏平台

Info

Publication number: CN208147842U
Application number: CN201820398594.XU
Authority: CN
Inventors: 王念峰; 李灿然
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2018-11-27
Anticipated expiration: 2028-03-23

Abstract

本实用新型公开了一种四自由度并联纠偏平台，包括上平板、下平板，所述的上平板、下平板四角之间连接设置有四套调节支路，所述的调节支路包括直线电机、两个万向节，所述直线电机的一端通过万向节转动连接下平板，所述直线电机的输出端通过万向节转动连接上平板，所述万向节的一个旋转轴线平行于所连接的平板，另一旋转轴线垂直于所连接的平板。本实用新型整体具有四个自由度，可实现三个方向的移动和一个方向的转动运动。结构简单紧凑、体积小、质量轻，通过合理规划每台电机的输出，可用于精密定位或焊接纠偏等多种工作场合。

Description

一种四自由度并联纠偏平台

技术领域

本实用新型涉及一种四自由度并联纠偏平台，主要应用于焊接纠偏技术领域。

背景技术

目前，在机器人焊接等领域，需要十分精确的定位和非常精细的运动，因此高性能的纠偏平台成为了该领域的技术支持。

目前，现有的焊接机器人多为不开放的，只能使用厂商提供的轨迹规划算法，无法改装进行纠偏工作，并且多数定位平台往往存在体积、质量大的缺点。

此外，目前应用最为广泛的“示教-再现”型机器人只能不断地重复预先示教的轨迹和动作，难以保证重复动作的精度和应对焊接过程中外部焊接环境所发生的变化，由于机器人重复动作的精度难以保证，并且焊丝在使用的过程中焊丝常常因为碰撞发生卷曲，因此焊点的实际位置和理想位置之间存在一定的误差，使得出现焊缝位置不准确、过度焊接或者焊接不足的状况。此外，焊接时也会产生的热量也可能使得工件表面发生微小的热变形，使焊缝位置与预先规划的位置产生偏移。

实用新型内容

针对以上技术问题，本实用新型提供一种四自由度并联纠偏平台，整个平台基于4-UPU机构所设计，通过协调规划四个直线电机的输出轴的直线距离，末端平台可随着平台中各个调节支路的直线电机的协调运动产生沿X、Y、Z三个方向的移动和绕Z轴的转动进行纠偏。

本实用新型通过如下技术方案实现：

一种四自由度并联纠偏平台，包括上平板、下平板，所述的上平板、下平板四角之间连接设置有四套调节支路，所述的调节支路包括直线电机、两个万向节，所述直线电机的一端通过万向节转动连接下平板，所述直线电机的输出端通过万向节转动连接上平板，所述万向节的一个旋转轴线平行于所连接的平板，另一旋转轴线垂直于所连接的平板。

进一步地，所述直线电机包括电机主体、电机输出轴，所述电机主体通过万向节活动连接下平板，电机输出轴通过万向节活动连接上平板。

进一步地，所述直线电机为花键直线电机，输出时电机输出轴末端为直线运动。

进一步地，所述的电机主体与万向节之间还连接设置有法兰万向节叉头，所述法兰万向节叉头的法兰端通过紧固螺钉与所述的电机主体固定连接，所述法兰万向节叉头的叉头端与万向节相连接。

进一步地，所述的电机输出轴末端与万向节之间连接设置有无法兰万向节叉头，所述无法兰万向节叉头的一端通过压铆螺柱与所述的电机输出轴末端固定连接，所述无法兰万向节叉头的叉头端与万向节相连接。

进一步地，所述的万向节包括连接螺钉、固定在平板上的润滑轴套、T形销轴加厚圈、内设有十字通孔的万向节方块、设置在所述十字通孔内的长销轴、垂直长销轴地设置在十字通孔内的连接销轴及螺纹销轴，所述长销轴中部贯穿设置有垂直其轴线的通孔，所述的销轴加厚圈穿过润滑轴套内孔与连接销轴相连接，所述连接螺钉依次穿过销轴加厚圈中心孔、连接销轴中心孔、长销轴通孔与螺纹销轴相连接。

进一步地，所述的销轴加厚圈穿过润滑轴套内孔与连接销轴通过螺纹相连接。

进一步地，所述的润滑轴套为无油自润滑轴套，进一步减小万向节和平板之间发生相对旋转时的摩擦力，方便维护。

进一步地，所述的销轴加厚圈的法兰部与所连接的平板之间还设置有止推轴承，将万向节发生旋转时加厚圈法兰面与平板之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，减少摩擦力。

进一步地，所述止推轴承为圆锥滚子轴承或平面止推轴承。

相比现有技术，本实用新型所提供的四自由度并联纠偏平台，整体具有四个自由度，可实现三个方向的移动和一个方向的转动运动。结构简单紧凑、体积小、质量轻、进度高、安装和拆卸方便，通过合理规划每台直线电机的输出，可用于精密定位或焊接纠偏等多种工作场合。

附图说明

图1是本实用新型实施例整体结构示意图。

图2是本实用新型单条支路的结构示意图。

图3是本实用新型实施例的自由度示意图。

图中：1-第一连接螺钉；2-第一销轴加厚圈；3-第一止推轴承；4-第一无油自润滑轴套；5-第一连接销轴；6-第一长销轴；7-第一螺纹销轴；8-法兰万向节叉头；9-紧固螺钉；10-电机主体；11-电机输出轴；12-压铆螺柱；13-无法兰万向节叉头；14-第二螺纹销轴；15-第二长销轴；16-第二连接销轴；17-第二无油自润滑轴套；18-第二止推轴承；19-第二销轴加厚圈；20-第二连接螺钉；21-第二万向节方块；22-第一万向节方块；23-上平板；24-下平板。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型为技术方案进行实施，有详细的实施方式及具体操作过程。本实用新型保护范围不限于下述实施例。

如图1和图2所示，一种四自由度并联纠偏平台，包括上平板23、下平板24，所述的上平板23、下平板24四角之间连接设置有四套调节支路，所述的调节支路包括直线电机、两个万向节，所述直线电机的一端通过第一万向节转动连接下平板24，所述直线电机的输出端通过第二万向节转动连接上平板23，两个万向节的一个旋转轴线平行于所连接的平板，另一旋转轴线垂直于所连接的平板。

具体而言，所述直线电机为花键直线电机，包括电机主体10、电机输出轴11，输出时电机输出轴11末端为直线运动。所述电机主体10通过依次连接的法兰万向节叉头8、第一万向节活动连接下平板24，所述电机输出轴11末端依次通过无法兰万向节叉头13、第二万向节活动连接上平板23。

所述法兰万向节叉头8的法兰端通过紧固螺钉9与所述的电机主体10固定连接，所述法兰万向节叉头8的叉头端与第一万向节相连接。

所述无法兰万向节叉头13的一端通过压铆螺柱12与所述的电机输出轴11末端固定连接，所述无法兰万向节叉头13的叉头端与第二万向节相连接。

所述的第一万向节包括第一连接螺钉1、固定在下平板24上的第一无油自润滑轴套4、T形第一销轴加厚圈2、内设有十字通孔的第一万向节方块22、设置在所述十字通孔内的第一长销轴6、垂直所述第一长销轴6地设置在所述十字通孔内的第一连接销轴5及第一螺纹销轴7，所述第一长销轴6中部贯穿设置有垂直其轴线的通孔，所述的第一销轴加厚圈2穿过所述第一无油自润滑轴套4内孔与所述第一螺纹销轴7螺纹连接，增加所述第一销轴加厚圈2的目的主要是因为第一万向节自带销轴太短无法起到连接作用。所述第一连接螺钉1依次穿过第一销轴加厚圈2中心孔、第一连接销轴5中心孔、第一长销轴6通孔与第一螺纹销轴7相连接，此时，第一万向节可以实现两个方向的转动：一是围绕第一连接销轴5转动，另一个是围绕第一长销轴6转动。所述的第一销轴加厚圈2的法兰部与所述下平板24之间还设置有第一止推轴承3，所述第一止推轴承3选用圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承的内圈固定在所述的第一销轴加厚圈2上，用于将第一万向节发生旋转时所述第一销轴加厚圈2的法兰面与所述下平板24之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，减少摩擦力。

类似地，所述的第二万向节包括第二连接螺钉20、固定在上平板23上的第二无油自润滑轴套17、T形第二销轴加厚圈19、内设有十字通孔的第二万向节方块21、设置在所述十字通孔内的第二长销轴15、垂直所述第二长销轴15地设置在所述十字通孔内的第二连接销轴16及第二螺纹销轴14，所述第二长销轴15中部贯穿设置有垂直其轴线的通孔，所述的第二销轴加厚圈19穿过所述第二无油自润滑轴套17内孔与所述第二连接销轴16螺纹连接，增加所述第二销轴加厚圈19的目的主要是因为第二万向节自带销轴太短无法起到连接作用。所述第二连接螺钉20依次穿过第二销轴加厚圈19中心孔、第二连接销轴16中心孔、第二长销轴15通孔与第二螺纹销轴14相连接，此时，第二万向节可以实现两个方向的转动：一是围绕第二连接销轴16转动，另一个是围绕第二长销轴15转动。所述的第二销轴加厚圈19的法兰部与所述上平板23之间还设置有第二止推轴承18，所述第二止推轴承18选用圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承的内圈固定在所述的第二销轴加厚圈19上，用于将第二万向节发生旋转时所述第二销轴加厚圈19的法兰面与所述上平板23之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，减少摩擦力。

上述实施例中，所述下平板24为基座，上平板23为活动部件，下面利用上平板23的运动情况，应用螺旋算法分析上平板23的自由度，如图3所示，图中编号a，b，c，d，e分别表示每个调节支路中的一个自由度，a、b、d、e为上下两万向节的旋转自由度，c为直线电机的直线运动自由度，且自由度b与自由度d的旋转轴线平行于上平板23，自由度a与自由度e的旋转轴线垂直于上平板23。根据螺旋算法，本实施例中每条调节支路的各运动副轴线可以用螺旋统一表示为：

$_ia＝(0，0，1；0，0，0)

$_ib＝(l_ib，m_ib，0；0，0，0)

$_ic＝(0，0，0；P_ic，Q_ic，R_ic)

$_id＝(l_id，m_id，0；P_id，Q_id，R_id)

$_ie＝(0，0，1；P_ie，Q_ie，0)

下标i为第i个分支(i＝1，2，3，4)，l、m、P、Q、R连同下标分别表示运动副的方向余弦和相应位置参数。

通过互易积计算得到每个运动副的反螺旋，他们可以由两个反螺旋力偶矢线性组合得到；

$₁ ^r＝(0，0，0；1，0，0)

$₂ ^r＝(0，0，0；0，1，0)

因此可以认为整个机构限制的自由度为X、Y方向的转动。

如图1所示，当四个电机同时规律运动时，上平板23可以实现X、Y、Z三个方向的直线运动和围绕Z轴的转动，具体为：

当位于上方两直线电机缩进电机输出轴11、位于下方两直线电机伸出电机输出轴11时，所述上平板23沿Y方向运动。同理，当位于前方两直线电机缩进电机输出轴11，位于后方两直线电机伸出电机输出轴11时，所述上平板23沿X方向运动。当四个直线电机同时缩进或者伸出即可使得上平板23沿Z轴运动。

此外，当需进行旋转移动时，处于对角线的两调节支路同时伸出时会产生旋转力矩，上平板23会在该力矩作用下绕Z轴发生旋转，只需处于对角线的两个直线电机同时输出，另外两个直线电机不输出并随着平台转动即可。

本实施例结构紧凑，可调节性强，适用范围更广，安装和拆卸也较方便；可以满足四个自由度的纠偏需求，并且该并联机构的运动空间比较大，可以安装在开放式机器人末端，为机器人实现的纠偏工作。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种四自由度并联纠偏平台，包括上平板(23)、下平板(24)，所述的上平板(23)、下平板(24)四角之间连接设置有四套调节支路，其特征在于：所述的调节支路包括直线电机、两个万向节，所述直线电机的一端通过万向节转动连接下平板(24)，所述直线电机的输出端通过万向节转动连接上平板(23)，所述万向节的一个旋转轴线平行于所连接的平板，另一旋转轴线垂直于所连接的平板。

2.根据权利要求1所述的四自由度并联纠偏平台，其特征在于，所述直线电机包括电机主体(10)、电机输出轴(11)，所述电机主体(10)通过万向节活动连接下平板(24)，电机输出轴(11)通过万向节活动连接上平板(23)。

3.根据权利要求2所述的四自由度并联纠偏平台，其特征在于，所述直线电机为花键直线电机，输出时电机输出轴(11)末端为直线运动。

4.根据权利要求2所述的四自由度并联纠偏平台，其特征在于，所述的电机主体(10)与万向节之间还连接设置有法兰万向节叉头(8)，所述法兰万向节叉头(8)的法兰端通过紧固螺钉(9)与所述的电机主体(10)固定连接，所述法兰万向节叉头(8)的叉头端与万向节相连接。

5.根据权利要求1所述的四自由度并联纠偏平台，其特征在于，所述的电机输出轴(11)末端与万向节之间连接设置有无法兰万向节叉头(13)，所述无法兰万向节叉头(13)的一端通过压铆螺柱(12)与所述的电机输出轴(11)末端固定连接，所述无法兰万向节叉头(13)的叉头端与万向节相连接。

6.根据权利要求1所述的四自由度并联纠偏平台，其特征在于，所述的万向节包括连接螺钉、固定在平板上的润滑轴套、T形销轴加厚圈、内设有十字通孔的万向节方块、设置在所述十字通孔内的长销轴、垂直长销轴地设置在十字通孔内的连接销轴及螺纹销轴，所述长销轴中部贯穿设置有垂直其轴线的通孔，所述的销轴加厚圈穿过润滑轴套内孔与连接销轴相连接，所述连接螺钉依次穿过销轴加厚圈中心孔、连接销轴中心孔、长销轴通孔与螺纹销轴相连接。

7.根据权利要求6所述的四自由度并联纠偏平台，其特征在于，所述的销轴加厚圈穿过润滑轴套内孔与连接销轴通过螺纹相连接。

8.根据权利要求6所述的四自由度并联纠偏平台，其特征在于，所述的润滑轴套为无油自润滑轴套。

9.根据权利要求6所述的四自由度并联纠偏平台，其特征在于，所述的销轴加厚圈的法兰部与所连接的平板之间还设置有止推轴承。

10.根据权利要求9所述的四自由度并联纠偏平台，其特征在于，所述止推轴承为圆锥滚子轴承或平面止推轴承。