基于平面并聯(lián)機構具有冗余驅動的混聯(lián)機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于工業(yè)機器人領域，特別涉及一種混聯(lián)機器人。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)機器人應用領域，基于并聯(lián)機構的機器人可以應用在焊接、噴漆、搬運、汽車裝配、石材雕刻等領域，具有良好的應用前景。
[0003]機器人技術的發(fā)展已成為現(xiàn)代工業(yè)制造的標志，其中基于并聯(lián)機構的機器人是近幾十年的新型分支，平面并聯(lián)機構與傳統(tǒng)串聯(lián)機構相比，具有剛度大、精度高、速度高、動態(tài)性能好等特點；與空間并聯(lián)機構相比，具有結構簡單、制造成本低、控制容易等優(yōu)點，已成為機器人和機構領域研究的熱點之一。公開號為CN104057442A、CN104526684A的中國專利公開的基于空間并聯(lián)機構提出的混聯(lián)機器人，其空間結構模型復雜；公開號為CN103101050B的中國專利，公開了一種新型平面兩自由度冗余驅動并聯(lián)移動平臺、公開號為CN103101049B的中國專利公開了一種具有新型冗余驅動支鏈的三自由度平面并聯(lián)機構，其均為平面機構，可實現(xiàn)平面內的運動。目前，瑞典Exechon公司開發(fā)的LINKS-EXE700型新一代五軸加工中心，以及天津大學開發(fā)的TriVariant五自由度混聯(lián)機器人，平面并聯(lián)結構5R、3PRR及3RRR等已受到很多學者的關注，并展開了廣泛且深入的研究；然而空間混聯(lián)機器人結構復雜、成本高，平面并聯(lián)機構自由度數少、存在奇異點等缺點限制了其應用范圍；自由度的欠缺使得機器人無法完成復雜曲面的加工，機構奇異使得機器人整體剛度降低，甚至使機器人失控。

【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、動力學建模容易、易于控制、模塊化程度高、能夠有效的避免奇異位型、增大整體剛度的基于平面并聯(lián)機構具有冗余驅動的混聯(lián)機器人。
[0005]本實用新型主要包括固定平臺、可移動平臺、可擺動工作臺、兩個立柱、橫梁、四條支鏈、動平臺和主軸頭，其中，在固定平臺上面兩側各設有一面開口相對的箱體型立柱，這兩個立柱的上端設有連接這兩個立柱的橫梁，在與立柱相對應的橫梁兩側分別設有電機座，兩個為一組的伺服電機分別固定在電機座上，在每個立柱的箱體內，每臺伺服電機的輸出端分別通過聯(lián)軸器與四個絲杠的一端相連，在絲杠靠近聯(lián)軸器一端均設有固定在立柱上的絲杠上支撐座，在絲杠的另一端均設有固定在立柱上的絲杠下支撐座，每個立柱上的兩個絲杠固定在絲杠上支撐座和下支撐座上，每個絲杠上均設有絲杠螺母，兩個小滑塊分別固定在靠動平臺一側的絲杠的螺母上，兩個大滑塊分別固定在另一個絲杠的螺母上，該大滑塊的一側均設有通孔，上述靠動平臺一側的絲杠穿過上述通孔，大滑塊和小滑塊的兩側均設有對稱分布的導軌槽，該導軌槽與固定在上述立柱內壁上的導軌相配合。
[0006]所述四條支鏈結構相同，第一支鏈和第四支鏈的一端通過轉動副分別與上述靠動平臺一側絲杠的螺母上的小滑塊連接，第二支鏈和第三支鏈的一端通過轉動副分別與上述固定在另一個絲杠的螺母上的大滑塊連接，第一支鏈和第二支鏈的另一端通過轉動副與動平臺的一端連接，第三支鏈和第四支鏈的另一端通過轉動副與動平臺的另一端連接，在動平臺上設有主軸頭。所述的第一支鏈和第二支鏈中與動平臺連接的轉動副軸線重合，第一支鏈位于過該重合轉動副軸線水平面的上方，第二支鏈位于過該重合轉動副軸線水平面的下方。所述的第三支鏈和第四支鏈中與動平臺連接的轉動副軸線重合，第四支鏈位于過該重合轉動副軸線水平面的上方，第三支鏈位于過該重合轉動副軸線水平面的下方。
[0007]在固定平臺的中間的一端設有電機座，可移動平臺伺服電機固定在電機座上，在固定平臺中間設有與可移動平臺伺服電機同軸的貫通固定平臺的凹槽，在該凹槽內，可移動平臺伺服電機的輸出端通過聯(lián)軸器與移動平臺絲杠的一端連接，在移動平臺絲杠的兩端設有固定在固定平臺上的移動平臺絲杠上支撐座和移動平臺絲杠下支撐座，通過上支撐座和下支撐座固定絲杠，該移動平臺絲杠上設有絲杠螺母，該絲杠螺母固定在可移動平臺底部；在上述凹槽兩側的固定平臺上沿凹槽方向分別設有移動平臺導軌，固定在可移動平臺底部兩端的移動平臺導軌槽分別與可移動平臺導軌相配合。
[0008]在可移動平臺平面上兩側沿可移動平臺導軌方向分別設有一個支耳，該支耳與設在可擺動工作臺底部兩側的支耳通過銷軸連接，在一側的可移動平臺的支耳和可擺動工作臺的支耳之間設有固定在可擺動工作臺底部的大齒輪，大齒輪旋轉軸線與可擺動工作臺轉動副(銷軸)軸線重合，可擺動工作臺伺服電機固定在可移動平臺上，可擺動工作臺伺服電機的輸出端穿過可移動平臺的支耳與小齒輪相連，該小齒輪與上述大齒輪相嚙合。
[0009]本發(fā)明的四條支鏈還有第二種結構和連接方式:
[0010]四條支鏈中的第一支鏈和第四支鏈結構相同，第二支鏈和第三支鏈結構相同，第一和第四支鏈的長度和第二和第三支鏈的長度的比例約為3:2，第一支鏈和第四支鏈的一端通過轉動副分別與左右絲杠上的小滑塊連接，第二支鏈和第三支鏈的一端通過轉動副分別與左右絲杠上的大滑塊連接，第一支鏈和第二支鏈的另一端通過轉動副與動平臺的一端連接，第三支鏈和第四支鏈的另一端通過轉動副與動平臺的另一端連接；固定在立柱內壁上的絲杠的底端與可擺動工作臺處于水平位置時的平面平齊，其它部件和連接關系與第一種方式相同。
[0011]當并聯(lián)機構處于非奇異位型時，所述的四條支鏈中的任意一條均可作為冗余驅動分支；當并聯(lián)機構支鏈處在奇異位置時，處在奇異位置分支同側的另一支鏈作為冗余驅動分支。
[0012]本實用新型的工作過程大致如下，固定于橫梁上的伺服電機驅動絲杠和螺母配合運動，進而通過四條支鏈傳遞運動，實現(xiàn)動平臺兩移一轉三自由度的運動:上下移動、左右移動、在豎直平面內的轉動；可移動平臺通過其驅動組件可以實現(xiàn)平臺前后移動；通過可擺動工作臺伺服電機驅動小齒輪運動，進而通過齒輪嚙合，實現(xiàn)可移動平臺上方的可擺動工作臺另一方向的擺動；結合上述平面并聯(lián)機構的三自由度、可移動平臺的移動自由度及可擺動工作臺的轉動自由度，可以實現(xiàn)空間五自由度運動，從而實現(xiàn)機器人在實際工作中所需完成的空間動作。
[0013]本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點:
[0014]1、具有冗余驅動，克服了普通并聯(lián)機構中存在的奇異點的問題，同時有效增大了并聯(lián)機器人的工作空間，提高了機構的整體剛度；
[0015]2、驅動電機固定于機架上不隨支鏈運動，有效的降低了機床的轉動慣量；
[0016]3、分支運動鏈短，響應速度快，結構簡單且緊湊，動力學建模容易，模塊化程度高，有良好的制造和裝配工藝性；
[0017]4、可擺動工作臺與固定平臺上的可移動平臺串聯(lián)，與并聯(lián)部分獨立，有效的避免了由于零部件加工誤差和裝配誤差引起的誤差積累，具有較好的應用前景。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型實施例1的立體整體結構示意簡圖。
[0019]圖2為本實用新型實施例2的立體整體結構示意簡圖。
[0020]圖3為圖1的支鏈局部示意圖。
[0021]圖4為圖2的支鏈局部示意圖。
[0022]圖5為本實用新型的可移動平臺和可擺動工作臺的結構示意圖。
[0023]圖6為本實用新型凹槽和導軌的結構示意圖。
[0024]圖中
[0025]1:固定平臺、2:第二支鏈、3:動平臺、4:第一支鏈、5:立柱(左)、6:橫梁、7:立柱(右)、8:第四支鏈、9:主軸頭、10:第三支鏈、11:可擺動工作臺、12:可移動平臺、13:絲杠下支撐座、14:大滑塊、15:絲杠、16:滑塊螺母、17:絲杠上支撐座、18:聯(lián)軸器、19:伺服電機、20:小滑塊、21:導軌槽、22:導軌、23、可移動平臺伺服電機、24:可擺動工作臺伺服電機、25:大齒輪、26:小齒輪、27:移動平臺導軌槽、28:移動平臺絲杠上支撐座、29:移動平臺絲杠、30:移動平臺絲杠螺母、31:移動平臺絲杠下支撐座、32:移動平臺導軌、33:移動平臺聯(lián)軸器。
【具體實施方式】
[0026]實