CN103213118A - 一种可重构并联机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可重构并联机器人，包括上、下相对设置的机器人基板和底座框架，在所述机器人基板和底座框架之间设有多个支撑柱体而构成框体结构，在所述框体结构上设有支链驱动装置、通过支链驱动装置的驱动而作直线往复运动的滑块和末端运动平台，且所述滑块和末端运动平台之间设有连杆组件，在所述框体结构的底部设有工件安装底座；所述可重构并联机器人可通过以上所述构成可以分别组合成伸缩式、滑块式、DELTA式、剪式四种并联结构形式。采用本结构的机器人具有刚度大，结构稳定、承载能力强、精度高、运动惯性小并且可以进行重构的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种可重构并联机器人。
背景技术
在公知的技术领域，在市场经济为主导的经济模式下，为了适应快速变化的市场要求，对模块化的制造工具提出了新的要求，以可重构制造***为代表的柔性加工***正得到快速的发展。而基于可持续发展战略，对资源的高效利用也使得可重构成为必然。并联装备作为机床技术和机器人技术相结合的产物,传统结构机床和机器人结构不稳定，承载能力弱，精度小运动惯性大等缺点，而并联装备本身易重构的特点，决定了并联装备在可重构***中的重要地位。并联机器人可重构性的研究给并联装备重构的可行性以及重构的多样性带来良好的开端。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服传统结构机床和机器人结构不稳定、承载能力弱、精度小、运动惯性大等缺点，提供一种刚度大、结构稳定、承载能力强、精度高、运动惯性小并且能够进行重构的可重构并联机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可重构并联机器人，包括上、下相对设置的机器人基板和底座框架，在所述机器人基板和底座框架之间设有多个支撑柱体而构成框体结构，在所述框体结构上设有支链驱动装置、通过支链驱动装置的驱动而作直线往复运动的滑块和末端运动平台，且所述滑块和末端运动平台之间设有连杆组件，在所述框体结构的底部设有工件安装底座；所述可重构并联机器人可通过以上所述构成可以分别组合成伸缩式、滑块式、DELTA式、剪式四种并联结构形式。
进一步的，作为一种最优先采用的结构形式，即采用伸缩式并联结构形式，本发明中所述支链驱动装置具有直线轴承、驱动电机、电机固定板、联轴器、轴承固定座、滚珠螺杆、滚珠螺杆丝母、滑块和支座，所述连杆组件具有虎克铰、十字轴、固定虎克铰、连杆、转动虎克铰和虎克铰安装板；所述连杆穿过直线轴承套在滚珠螺杆上，且固定安装在滑块的下端位置，虎克铰安装在虎克铰安装板上，固定虎克铰与机器人基板铰接固定，所述连杆通过转动虎克铰与末端运动平台连接；所述可重构并联机器人具有6个支链驱动装置分别驱动6个滑块，在每个滑块与末端运动平台之间均设有一个连杆组件，每个支链驱动装置和每个连杆组件构成一组驱动部件，六组驱动部件围绕机器人基板的中心轴线旋转分布。
进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明所述支链驱动装置具有驱动电机、滚珠螺杆和滑块，所述驱动电机通过联轴器与滚珠螺杆传动连接，所述滚珠螺杆通过滚珠螺杆丝母与滑块传动连接以实现滑块的直线往复运动。
进一步的，作为一种具体的安装方式，本发明所述支链驱动装置安装在均布设置的三个槽钢立柱之间，所述驱动电机和滚珠螺杆分别通过电机固定板、轴承固定座与槽钢立柱固定连接，且所述支链驱动装置具有与三个槽钢立柱连为一体的支座，且所述三个槽钢立柱的上端与机器人基板固定连接。
进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明所述连杆组件具有相对设置的两个虎克铰,在所述两个虎克铰之间设有连杆，所述连杆的一端通过十字轴和固定虎克铰与虎克铰连接，另一端通过可绕连杆的中轴线转动的转动虎克铰与虎克铰连接，且所述两个虎克铰分别与滑块和末端运动平台固定连接。
进一步的，作为第二优先考虑的实施例，即采用滑块式并联结构形式，本发明所述可重构并联机器人具有6个支链驱动装置分别驱动6个滑块，在每个滑块与末端运动平台之间均设有一个连杆组件，即每个支链驱动装置驱动一个连杆组件，且每两个支链驱动装置和每两个连杆组件构成一组驱动部件，三组驱动部件围绕机器人基板的中心轴线旋转分布。
进一步的，作为第三优先考虑的实施例，即采用DELTA式并联结构形式，本发明所述可重构并联机器人具有3个支链驱动装置分别驱动3个滑块，在每个滑块与末端运动平台之间均设有两个连杆组件，即每个支链驱动装置驱动两个连杆组件，每个支链驱动装置和每两个连杆组件构成一组驱动部件，三组驱动部件围绕机器人基板的中心轴线旋转分布。
进一步的，作为第四优先考虑的实施例，即采用剪式并联结构形式，本发明所述可重构并联机器人具有6个支链驱动装置分别驱动6个滑块，在每个滑块与末端运动平台之间均设有一个连杆组件，每个支链驱动装置和每个连杆组件构成一组驱动部件，六组驱动部件围绕机器人基板的中心轴线旋转分布，且所述支链驱动装置安装在机器人基板上。
进一步的，为了方便连接线路、便于控制机器人的运动，本发明所述可重构并联机器人的电缆均汇集到底座框架上，所述底座框架由槽钢焊接而成，且在底座框架上安装有可重构并联机器人的航插盒。
本发明的有益效果是：采用本结构的机器人具有刚度大，结构稳定、承载能力强、精度高、运动惯性小并且可以进行重构的特点，尤其是伸缩驱动式六自由度并联机构的形式，驱动方式和构成形式设计巧妙，灵活性好、精度高且运动惯性能够达到最理想的状况，所以此种结构的机器人的应用会越来越广泛。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的第一优先实施例的结构示意图；
图2是本发明的第一优先实施例中的支链驱动装置和连杆组件的结构示意图；
图3是本发明中第二优先实施例至第四优先实施例中的支链驱动装置的结构示意图；
图4是本发明中第二优先实施例至第四优先实施例中的连杆组件的结构示意图；
图5是本发明中第二优先实施例的结构示意图；
图6是本发明中第三优先实施例的结构示意图；
图7是本发明中第四优先实施例的结构示意图；
图中：1.机器人基板，2.底座框架，3.支撑柱体，4.支链驱动装置，4-1.直线轴承，4-2.驱动电机，4-3.电机固定板，4-4.联轴器，4-5.轴承固定座，4-6.滚珠螺杆，4-7.滚珠螺杆丝母，4-8.滑块，4-9.支座，41.槽钢立柱，42.驱动电机，43.电机固定板，44.联轴器，45.轴承固定座，46.滚珠螺杆，47.滚珠螺杆丝母，48.滑块，49.支座，5.末端运动平台，6.连杆组件，6-1.虎克铰，6-2.十字轴，6-3.固定虎克铰，6-4.连杆，6-5.转动虎克铰，6-6.虎克铰安装板，61.虎克铰，62.十字轴，63.固定虎克铰，64.连杆，65.转动虎克铰。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1和图2所示的本发明一种可重构并联机器人的第一优先实施例，即采用伸缩式并联结构形式，包括上、下相对设置的机器人基板1和底座框架2，在所述机器人基板1和底座框架2之间设有多个支撑柱体3而构成框体结构，在所述框体结构上设有支链驱动装置4、通过支链驱动装置4的驱动而作直线往复运动的滑块48和末端运动平台5，且所述滑块41和末端运动平台5之间设有连杆组件6，在所述框体结构的底部设有工件安装底座7。所述支链驱动装置4具有直线轴承4-1、驱动电机4-2、电机固定板4-3、联轴器4-4、轴承固定座4-5、滚珠螺杆4-6、滚珠螺杆丝母4-7、滑块4-8和支座4-9；所述连杆组件6具有虎克铰6-1、十字轴6-2、固定虎克铰6-3、连杆6-4、转动虎克铰6-5和虎克铰安装板6-6；所述连杆6-4穿过直线轴承4-1套在滚珠螺杆4-6上，且固定安装在滑块4-8的下端位置，虎克铰6-1安装在虎克铰安装板6-6上，固定虎克铰6-3与机器人基板1铰接固定，所述连杆6-4通过转动虎克铰6-5与末端运动平台5连接；所述可重构并联机器人具有6个支链驱动装置4分别驱动6个滑块48，在每个滑块48与末端运动平台5之间均设有一个连杆组件6，每个支链驱动装置4和每个连杆组件6构成一组驱动部件，六组驱动部件围绕机器人基板1的中心轴线旋转分布，此种驱动方式和构成形式设计巧妙，灵活性好、精度高且运动惯性能够达到最理想的状况。
如图3、图4和图5所示本发明一种可重构并联机器人的第二优先实施例，即采用滑块式并联结构形式，所述支链驱动装置4具有驱动电机42、滚珠螺杆46和滑块48，所述驱动电机42通过联轴器44与滚珠螺杆46传动连接，所述滚珠螺杆46通过滚珠螺杆丝母47与滑块48传动连接以实现滑块48的直线往复运动；所述支链驱动装置4安装在均布设置的三个槽钢立柱41之间，所述驱动电机42和滚珠螺杆46分别通过电机固定板43、轴承固定座45与槽钢立柱41固定连接，且所述支链驱动装置4具有与三个槽钢立柱41连为一体的支座49，且所述三个槽钢立柱41的上端与机器人基板1固定连接；所述连杆组件6具有相对设置的两个虎克铰61,在所述两个虎克铰61之间设有连杆64，所述连杆64的一端通过十字轴62和固定虎克铰63与虎克铰61连接，另一端通过可绕连杆64的中轴线转动的转动虎克铰65与虎克铰61连接，且所述两个虎克铰61分别与滑块48和末端运动平台5固定连接。
在第二优先考虑的实施中，所述可重构并联机器人具有6个支链驱动装置4分别驱动6个滑块4-8，在每个滑块4-8与末端运动平台5之间均设有一个连杆组件6，即每个支链驱动装置4驱动一个连杆组件6，且每两个支链驱动装置4和每两个连杆组件6构成一组驱动部件，三组驱动部件围绕机器人基板1的中心轴线旋转分布。
如图6所示本发明一种可重构并联机器人的第三优先实施例，即采用DELTA式并联结构形式，所述支链驱动装置4、所述连杆组件6均一致，其中，所述可重构并联机器人具有3个支链驱动装置4分别驱动3个滑块48，在每个滑块48与末端运动平台5之间均设有两个连杆组件6，即每个支链驱动装置4驱动两个连杆组件6，每个支链驱动装置4和每两个连杆组件6构成一组驱动部件，三组驱动部件围绕机器人基板1的中心轴线旋转分布。
如图7所示本发明一种可重构并联机器人的第四优先实施例，即采用剪式并联结构形式，所述支链驱动装置4、所述连杆组件6均一致，其中，所述可重构并联机器人具有6个支链驱动装置4分别驱动6个滑块48，在每个滑块48与末端运动平台5之间均设有一个连杆组件6，每个支链驱动装置4和每个连杆组件6构成一组驱动部件，六组驱动部件围绕机器人基板1的中心轴线旋转分布，且所述支链驱动装置4安装在机器人基板1上。
上述的所有实施例中，所述可重构并联机器人的电缆均汇集到底座框架2上，所述底座框架2由槽钢焊接而成，且在底座框架2上安装有可重构并联机器人的航插盒。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种可重构并联机器人，包括上、下相对设置的机器人基板（1）和底座框架（2），在所述机器人基板（1）和底座框架（2）之间设有多个支撑柱体（3）而构成框体结构，其特征在于：在所述框体结构上设有支链驱动装置（4）、通过支链驱动装置（4）的驱动而作直线往复运动的滑块（48）和末端运动平台（5），且所述滑块（48）和末端运动平台（5）之间设有连杆组件（6），在所述框体结构的底部设有工件安装底座（7）；
所述可重构并联机器人可通过以上所述构成可以分别组合成伸缩式、滑块式、DELTA式、剪式四种并联结构形式。
2.如权利要求1所述的一种可重构并联机器人，其特征在于：所述支链驱动装置（4）具有直线轴承（4-1）、驱动电机（4-2）、电机固定板（4-3）、联轴器（4-4）、轴承固定座（4-5）、滚珠螺杆（4-6）、滚珠螺杆丝母（4-7）、滑块（4-8）和支座（4-9）；
所述连杆组件（6）具有虎克铰（6-1）、十字轴（6-2）、固定虎克铰（6-3）、连杆（6-4）、转动虎克铰（6-5）和虎克铰安装板（6-6）；
所述连杆（6-4）穿过直线轴承（4-1）套在滚珠螺杆（4-6）上，且固定安装在滑块（4-8）的下端位置，虎克铰（6-1）安装在虎克铰安装板（6-6）上，固定虎克铰（6-3）与机器人基板（1）铰接固定，所述连杆（6-4）通过转动虎克铰（6-5）与末端运动平台（5）连接；
所述伸缩式并联结构形式的可重构并联机器人具有6个支链驱动装置（4）分别驱动6个滑块（4-8），在每个滑块（4-8）与末端运动平台（5）之间均设有一个连杆组件（6），每个支链驱动装置（4）和每个连杆组件（6）构成一组驱动部件，六组驱动部件围绕机器人基板（1）的中心轴线旋转分布。
3.如权利要求1所述的一种可重构并联机器人，其特征在于：所述支链驱动装置（4）具有驱动电机（42）、滚珠螺杆（46）和滑块（48），所述驱动电机（42）通过联轴器（44）与滚珠螺杆（46）传动连接，所述滚珠螺杆（46）通过滚珠螺杆丝母（47）与滑块（48）传动连接以实现滑块（48）的直线往复运动。
4.如权利要求3所述的一种可重构并联机器人，其特征在于：所述支链驱动装置（4）安装在均布设置的三个槽钢立柱（41）之间，所述驱动电机（42）和滚珠螺杆（46）分别通过电机固定板（43）、轴承固定座（45）与槽钢立柱（41）固定连接，且所述支链驱动装置（4）具有与三个槽钢立柱（41）连为一体的支座（49），且所述三个槽钢立柱（41）的上端与机器人基板（1）固定连接。
5.如权利要求1所述的一种可重构并联机器人，其特征在于：所述连杆组件（6）具有相对设置的两个虎克铰（61）,在所述两个虎克铰（61）之间设有连杆（64），所述连杆（64）的一端通过十字轴（62）和固定虎克铰（63）与虎克铰（61）连接，另一端通过可绕连杆（64）的中轴线转动的转动虎克铰（65）与虎克铰（61）连接，且所述两个虎克铰（61）分别与滑块（48）和末端运动平台（5）固定连接。
6.如权利要求1所述的一种可重构并联机器人，其特征在于：所述滑块式并联结构形式的可重构并联机器人具有6个支链驱动装置（4）分别驱动6个滑块（48），在每个滑块（48）与末端运动平台（5）之间均设有一个连杆组件（6），即每个支链驱动装置（4）驱动一个连杆组件（6），且每两个支链驱动装置（4）和每两个连杆组件（6）构成一组驱动部件，三组驱动部件围绕机器人基板（1）的中心轴线旋转分布。
7.如权利要求1所述的一种可重构并联机器人，其特征在于：所述DELTA式并联结构形式的可重构并联机器人具有3个支链驱动装置（4）分别驱动3个滑块（48），在每个滑块（48）与末端运动平台（5）之间均设有两个连杆组件（6），即每个支链驱动装置（4）驱动两个连杆组件（6），每个支链驱动装置（4）和每两个连杆组件（6）构成一组驱动部件，三组驱动部件围绕机器人基板（1）的中心轴线旋转分布。
8.如权利要求1所述的一种可重构并联机器人，其特征在于：所述剪式并联结构形式的可重构并联机器人具有6个支链驱动装置（4）分别驱动6个滑块（48），在每个滑块（48）与末端运动平台（5）之间均设有一个连杆组件（6），每个支链驱动装置（4）和每个连杆组件（6）构成一组驱动部件，六组驱动部件围绕机器人基板（1）的中心轴线旋转分布，且所述支链驱动装置（4）安装在机器人基板（1）上。
9.如权利要求1所述的一种可重构并联机器人，其特征在于：所述可重构并联机器人的电缆均汇集到底座框架（2）上，所述底座框架（2）由槽钢焊接而成，且在底座框架（2）上安装有可重构并联机器人的航插盒。
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