CN212445221U - 一种教学型可拆快装并联装备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种教学型可拆快装并联装备，所述并联装备包括：并联机构；所述并联机构包括至少两个分支机构，所述分支机构包括通过球铰链复合件相连接的主动臂和从动臂；所述主动臂与电机连接；所述从动臂之间通过动平台相连接，所述从动臂通过球铰链复合件与所述动平台连接；所述动平台上设有末端执行器。本发明的整体结构体现轻量化、可拆卸化、透明化、低成本化的特点，同时具备教学能力，具有一定的实践发展前景。

Description

一种教学型可拆快装并联装备

技术领域

本发明涉及并联装备技术领域，具体涉及一种教学型可拆快装并联装备。

背景技术

工业4.0改革后，工业装备技术和产品发展成熟，机器人自动化逐渐代替人力，受柔性生产技术瓶颈限制、新兴市场大幅滑坡、宏观经济环境恶劣影响下，基于网络平台全球化，工厂装备自动化流水线生产作业越来越受欢迎。其中，并联装备依据其刚度大、柔性强、承载能力大，定位精度高，动力性能好等优点，在工业市场上发展迅速。

但在高校机器人自动化的实际教学中，一台可拆快装的并联装备就极大地帮助学生们深切理解机器人地运动原理和结构。学校里的机器人教学对速度和精度的要求不高，但在结构认知、原理验证、拆除组装、观察机器人内部结构等有着更高的要求，同时，在如今的工业应用市场上，并联装备具有成本高、体积大、结构复杂、难以实际操作，框架封闭以致高校学子无法清楚地学习和理解机器人内部结构知识等问题。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种教学型可拆快装并联装备，以便解决实际教学中机器操作困难、拆装复杂等问题。

本发明提供的一种教学型可拆快装并联装备, 所述并联装备包括：并联机构；所述并联机构包括至少两个分支机构，所述分支机构包括通过球铰链复合件相连接的主动臂和从动臂；所述主动臂与电机连接；所述从动臂之间通过动平台相连接，所述从动臂通过球铰链复合件与所述动平台连接；所述动平台上设有末端执行器。

优选地，所述球铰链复合件包括球窝，所述球窝内紧配有可滚动的球头，所述球头上设有球头孔，所述球窝固定在球座上；所述球座的上端设有拉簧座，所述拉簧座的上端设有接头，所述拉簧座内设有拉簧。

优选地，所述主动臂的一端部设有电机主轴连接槽和电机安装孔，所述主动臂的中部设有中间槽，所述主动臂的另一端部设有固定件孔；所述固定件孔通过连杆与所述球头孔固定连接。

优选地，所述动平台上设有中间孔、执行器固定孔及电源线孔，所述动平台的侧部设有球头杆；所述球头杆与所述球头孔固定连接。

优选地，所述从动臂包括两个从动杆，分别设于所述主动臂和动平台的两侧部；所述从动杆的两端部通过球铰链复合件分别与所述主动臂和所述动平台连接。

优选地，所述并联装备还包括电控箱，设于所述并联机构的上端；所述电控箱包括箱身、设于所述箱身上端的顶盖、及设于所述箱身下端的底盖；所述箱身由两个第一安装板和两个第二安装板组成，所述第一安装板的两侧部均设有凹槽，所述第二安装板的两侧部均设有侧凸起，所述侧凸起与所述凹槽相卡合；所述第一安装板与第二安装板的底部均设有下凸起，所述底盖上设有四个嵌孔，所述下凸起嵌入所述嵌孔内；所述顶盖的一侧部与箱身通过铰链连接，所述顶盖的另一侧部设有把手。

优选地，所述底盖上设有中心孔。

优选地，所述并联装备还包括外部框架，设于所述并联机构的外部。

优选地，所述电机固定在L型支架上；所述L型支架的水平部设有电机固定孔和电机轴口，所述L型支架的竖直部设有支架连接孔；所述支架连接孔通过固定件与设于所述底盖上的支架安装孔固定连接；所述L型支架的竖直部与水平部之间设有三角型支撑柱。

优选地，所述末端执行器为电磁铁；所述动平台及电控箱均由亚克力板制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的整体结构体现轻量化、可拆卸化、透明化、低成本化的特点，可以有效对比市场上现有的并联装备，同时具备教学能力，具有一定的实践发展前景。

2、本发明的整体结构为可拆快装性，在组装、拆卸过程中，可有效减少时间和精力，实践效率大大提高。

3、本发明结构简易，成本低，可有效地应用于高校实践教学中，组装便利，提高专业教学质量，提高学生实践操作能力，具有良好地实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的结构图。

图2是本发明实施例中并联机构的结构图。

图3-4是本发明实施例中球铰链复合件的结构图。

图5-6是本发明实施例中快速接头的结构图。

图7是本发明实施例中主动臂的结构图。

图8是本发明实施例中动平台的结构图。

图9是本发明实施例中分支机构的结构图。

图10是本发明实施例中电控箱的结构图。

图11是本发明实施例中底盖的结构图

图12是本发明实施例中L型支架的结构图。

图13是本发明实施例中外部框架的结构图。

其中，1、并联机构；1-1、球铰链复合件；1-1-1、球窝；1-1-2、球头；1-1-3、球头孔；1-1-4、球座；1-1-5、拉簧座；1-1-6、快速接头；1-2、主动臂；1-2-1、电机主轴连接槽；1-2-2、电机安装孔；1-2-3、中间槽；1-2-4、固定件孔；1-2-5、连杆；1-3、从动臂；1-3-1、从动杆；2、电控箱；2-1、箱身；2-1-1、第一安装板；2-1-2、第二安装板；2-2、顶盖；2-3、底盖；2-3-1、中心圆孔；2-3-2、支架安装孔； 3、外部框架；4、电机；5、动平台；5-1、中间孔；5-2、电磁铁固定孔；5-3、电源线孔；5-4、球头杆；6、电磁铁；7、L型支架；7-1、电机固定孔；7-2电机轴口；7-3、支架连接孔；7-4、三角型支撑柱。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例

一种教学型可拆快装并联装备，如图1所示，所述并联装备包括：并联机构1、电控箱2和外部框架3；电控箱2安装在外部框架3上，组成整体框架，并联机构1设于外部框架3的内部。

如图2所示，并联机构1包括三个分支机构，每个所述分支机构包括通过球铰链复合件1-1相连接的主动臂1-2和从动臂1-3，主动臂1-2与电机4连接，三个从动臂1-3之间通过动平台5连接，从动臂1-3通过球铰链复合件1-1与动平台5连接，动平台5上设有末端执行器, 该末端执行器为电磁铁6。

如图3-4所示，球铰链复合件1-1由3D打印机进行打印，耗材为PLA材质，该材料可降解，不产生有毒物质，环保卫生，成品光泽度高。球铰链复合件1-1包括油尼龙制作的球窝1-1-1，油尼龙为新型工程塑料，具有油性，截面光滑，球窝1-1-1为带有圆形贯通孔的立方体结构，球窝1-1-1的圆形贯通孔内紧配有可滚动的球头1-1-2，球头1-1-2上设有贯穿的球头孔1-1-3，球窝1-1-1固定在中空的立方体结构的球座1-1-4上，球座1-1-4的上端设有中空的圆柱体结构的拉簧座1-1-5，拉簧座1-1-5的上端设有快速接头1-1-6，拉簧座1-1-5内安装拉簧；球头1-1-2与球窝1-1-1通过两者的接触面相配合，组成球铰链。

如图5-6所示，快速接头1-1-6采用气动配件，采用手指按压原理，图5为球铰链复合件1-1未与从动臂1-3连接示意图，图6为球铰链复合件1-1与从动臂1-3连接示意图，轻按快速接头1-1-6一端，同时将从动臂1-3插入快速接头1-1-6的槽口中，再松开刚才按压的位置，便组装完成。拆除时，同样轻按快速接头1-1-6一端，将从动臂1-3拔出，便拆卸完成，整个过程操作便利快捷，省时省力。加入了快速接头，不需要工具便可实现主动臂、从动臂及动平台之间的连接与拆卸。过程简易便捷，省时省力。拆除本发明整体结构用时七分钟，组装用时二十分钟，完美地体现本发明的可拆卸化特点。

如图7-9所示，主动臂1-2由3D打印机进行打印，耗材为PLA材质，主动臂1-2的一端部自外向内依次设有电机主轴连接槽1-2-1和电机安装孔1-2-2，中部设有中间槽1-2-3，另一端部设有固定件孔1-2-4，固定件孔1-2-4通过连杆1-2-5与对应的球头孔1-1-3固定连接；电机主轴连接槽1-2-1与电机4的主轴相连来传递扭矩，以操作并联机构1的执行器件，中间槽1-2-3起减轻主动臂1-2重量的作用。

进一步地，动平台5为亚克力板材质，通过激光切割制作，动平台5用来连接三个从动臂1-3和支撑电磁铁6，动平台5上设有中间孔5-1、两个对称布置的电磁铁固定孔5-2及一个电源线孔5-3，动平台5的周部设有三个等间距的球头杆5-4，球头杆5-4与对应的球头孔1-1-3固定连接；电源线孔5-3为电磁铁电源线的通道，电磁铁固定孔5-2起固定电磁铁6的作用，电磁铁6通过螺钉与电磁铁固定孔5-2固定连接，中间孔5-1起减少重量和加大负载的作用。

进一步地，从动臂1-3包括两个从动杆1-3-1，从动杆1-3-1由碳纤维制成，强度高、重量轻、不变形。从动杆1-3-1的两端部通过球铰链复合件1-1分别与主动臂1-2和动平台5连接，且两个从动杆1-3-1分别设于主动臂1-2和动平台5的两侧部，利用球铰链复合件1-1的球铰链特点，通过两个从动杆1-3-1、连杆1-2-5、球头杆5-4形成可变形的平行四边形结构，利用所述安装的拉簧进行约束，进而可保证输入端与输出端运动同步相同，且能够约束动平台5的自由度。

如图10-11所示，电控箱2由多个价格实惠、质量轻的亚克力板相互镶嵌配装形成，槽孔通过激光切割机切割制作。电控箱2包括箱身2-1、设于箱身2-1上端的顶盖2-2、及设于箱身2-1下端的底盖2-3，箱身2-1由两个第一安装板2-1-1和两个第二安装板2-1-2组成，第一安装板2-1-1的两侧部均设有凹槽，第二安装板2-1-2的两侧部均设有侧凸起，所述侧凸起与所述凹槽相卡合；第一安装板2-1-1与第二安装板2-1-2的底部均设有下凸起，底盖2-3上设有四个嵌孔，所述下凸起嵌入所述嵌孔内；顶盖2-2的一侧部与箱身2-1通过铰链连接，顶盖2-2的另一侧部设有把手，底盖2-3上设有一个中心圆孔2-3-1和十二个支架安装孔2-3-2，中心圆孔2-3-1能够减轻重量以及释放电机4运转产生的热量。电控箱2内包括下位机控制器、步进电机驱动器、开关电源、声光蜂鸣报警器、ABB空气开关、正泰熔断器、施耐德接触器、施耐德中间继电器、ABB按钮、指示灯和RS485接口转换器。电控箱2采用透明材质，使其整体清晰可见，一目了然电控箱2的内部结构，充分体现本发明的透明化特点。

如图12所示，电机4为步进电机，共设置三个，每个电机4均固定在L型支架7上，L型支架7由3D打印机进行打印，耗材为PLA材质，L型支架7的水平部设有电机固定孔7-1和电机轴口7-2，L型支架7的竖直部设有四个支架连接孔7-3，支架连接孔7-3通过螺栓组件与底盖2-3上的支架安装孔2-3-2固定连接，进而将电机4通过L型支架7与电控箱2的底部固定连接；通过螺钉利用电机安装孔1-2-2将主动臂1-2与L型支架7的水平部固定连接，进而将电机4通过L型支架7与主动臂1-2固定连接；通过螺栓组件将电机固定孔7-1、电机轴口7-2与电机4的对应孔位依次连接，反复操作共三次；L型支架7的竖直部与水平部之间设有三个三角型支撑柱7-4，以支撑电机4。

如图13所示，外部框架3是来收纳和支撑整个并联机构的，其尺寸需大于并联机构1的运动空间，外部框架3包括400mm铝合金型材4根、370mm铝合金型材8根，固定三角键16只和固定螺丝若干，通过固定三角键将铝合金型材垂直连接，且每个连接点均用固定三角键连接，使框架更牢固，所述铝合金具有良好的装配性能和装饰性能。在重量上，外部框架3采用大量非金属材料，除去电机4的重量，与选用金属材料相比，重量可减轻75%，在尺寸上，选用截面15*15mm的铝型材比截面20*20mm的铝型材，其体积减少25%，充分体现本发明的轻量化特点。

其中，主动臂1-2、从动臂1-3、动平台5、电机L支架7、球铰链复合件1-1均在设计时就对边角等尖锐部分采取了磨边措施，所述成品使用安全，操作方便。

本实施例在实践教学中，结构简易，拆装迅速，内部结构清楚，成本低廉，同时在实验结构认知、原理验证上极为方便，可有效地供学生学习和操作。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种教学型可拆快装并联装备,其特征在于，所述并联装备包括：并联机构；所述并联机构包括至少两个分支机构，所述分支机构包括通过球铰链复合件相连接的主动臂和从动臂；所述主动臂与电机连接；所述从动臂之间通过动平台相连接，所述从动臂通过球铰链复合件与所述动平台连接；所述动平台上设有末端执行器。

2.如权利要求1所述的教学型可拆快装并联装备，其特征在于，所述球铰链复合件包括球窝，所述球窝内紧配有可滚动的球头，所述球头上设有球头孔，所述球窝固定在球座上；所述球座的上端设有拉簧座，所述拉簧座的上端设有接头，所述拉簧座内设有拉簧。

3.如权利要求2所述的教学型可拆快装并联装备，其特征在于，所述主动臂的一端部设有电机主轴连接槽和电机安装孔，所述主动臂的中部设有中间槽，所述主动臂的另一端部设有固定件孔；所述固定件孔通过连杆与所述球头孔固定连接。

4.如权利要求2所述的教学型可拆快装并联装备，其特征在于，所述动平台上设有中间孔、执行器固定孔及电源线孔，所述动平台的侧部设有球头杆；所述球头杆与所述球头孔固定连接。

5.如权利要求1所述的教学型可拆快装并联装备，其特征在于，所述从动臂包括两个从动杆，分别设于所述主动臂和动平台的两侧部；所述从动杆的两端部通过球铰链复合件分别与所述主动臂和所述动平台连接。

6.如权利要求1所述的教学型可拆快装并联装备，其特征在于，所述并联装备还包括电控箱，设于所述并联机构的上端；所述电控箱包括箱身、设于所述箱身上端的顶盖、及设于所述箱身下端的底盖；所述箱身由两个第一安装板和两个第二安装板组成，所述第一安装板的两侧部均设有凹槽，所述第二安装板的两侧部均设有侧凸起，所述侧凸起与所述凹槽相卡合；所述第一安装板与第二安装板的底部均设有下凸起，所述底盖上设有四个嵌孔，所述下凸起嵌入所述嵌孔内；所述顶盖的一侧部与箱身通过铰链连接，所述顶盖的另一侧部设有把手。

7.如权利要求6所述的教学型可拆快装并联装备，其特征在于，所述底盖上设有中心孔。

8.如权利要求1所述的教学型可拆快装并联装备，其特征在于，所述并联装备还包括外部框架，设于所述并联机构的外部。

9.如权利要求7所述的教学型可拆快装并联装备，其特征在于，所述电机固定在L型支架上；所述L型支架的水平部设有电机固定孔和电机轴口，所述L型支架的竖直部设有支架连接孔；所述支架连接孔通过固定件与设于所述底盖上的支架安装孔固定连接；所述L型支架的竖直部与水平部之间设有三角型支撑柱。

10.如权利要求6所述的教学型可拆快装并联装备，其特征在于，所述末端执行器为电磁铁；所述动平台及电控箱均由亚克力板制成。

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