CN106891322A - 一种新型六自由度并联平台 - Google Patents

Abstract

一种新型六自由度并联平台属于运动机构学技术领域，目的在于解决现有技术存在的传动环节多、传动精度差以及结构刚性差的问题。本发明包括：静平台；与静平台同轴平行设置的动平台；以及设置在静平台和动平台之间的六个直线驱动组件，每个直线驱动组件两端通过球铰链分别与动平台下端面和静平台上端面连接，直线驱动组件的压电直线电机固定在电机固定板上，输出轴穿过电机固定板通过联轴器和滚珠花键轴连接，滚珠花键轴和滚珠花键母形成滚珠花键副，电机防护壳套在压电直线电机外侧，一端和电机固定板连接，另一端和端盖固定连接，花键固定壳一端套在滚珠花键母外侧和滚珠花键母固定连接，另一端和电机固定板固定连接。

Description

一种新型六自由度并联平台

技术领域

本发明属于运动机构学技术领域，具体涉及一种新型六自由度并联平台。

背景技术

并联机构与串联机构相比具有精度高、刚度高、附加惯量小、体积小、结构简单的优点，因而得到了广泛的应用。当下六自由度并联机构最常用的是UPS构型，即由下端胡克铰链(U)，中间直线驱动组件(P)，上端复合球铰链(S)组成单条支腿，再由六条支腿和动、静平台共同构成六自由度并联平台。该构型的六自由度并联平台由于存在以下几个缺陷：(1)、传动环节多。该构型中的虎克铰链中有2根轴、2对轴承，复合球铰链中有3根轴，3对轴承，直线驱动组件中有电机、减速器、联轴器、制动器、编码器、丝杠、导轨等部件，传动部件繁多，结构复杂，累计误差大，直接影响平台的精度。另外，传动环节多对各个部件的安装精度有很高的要求，而且对后期平台的标定提出了很大的挑战。(2)、铰链处结构刚性差。UPS构型的虎克铰链采用十字轴与轴承组成而成，复合球铰链是在胡克铰链的基础上再加上另一维度的铰链，由于结构空间、加工工艺等方面的原因，往往铰链处的刚度较弱，不能满足高刚度的应用场合。这些缺陷极大地影响了六自由度并联平台的精度和刚度，制约了其在实际生产中的应用，因此，急需研发性能更加优良的六自由度并联平台。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型六自由度并联平台，解决现有技术存在的传动环节多、传动精度差以及结构刚性差的问题。

为实现上述目的，本发明的一种新型六自由度并联平台包括：

静平台；

与所述静平台同轴平行设置的动平台；

以及设置在静平台和动平台之间的六个直线驱动组件，每个直线驱动组件两端通过球铰链分别与动平台下端面和静平台上端面连接，所述直线驱动组件包括端盖、电机防护壳、压电直线电机、电机固定板、联轴器、滚珠花键轴、滚珠花键母和花键固定壳，所述压电直线电机固定在电机固定板上，输出轴穿过电机固定板通过联轴器和滚珠花键轴连接，所述滚珠花键轴和滚珠花键母形成滚珠花键副，所述电机防护壳套在压电直线电机外侧，一端和电机固定板连接，另一端和端盖固定连接，所述花键固定壳一端套在滚珠花键母外侧和滚珠花键母固定连接，另一端和电机固定板固定连接。

每个直线驱动组件两端通过球铰链分别与动平台下端面和静平台上端面连接具体为：每个直线驱动组件的端盖外侧中心位置加工有螺纹孔，滚珠花键轴伸出一端端部加工有外螺纹，分别通过螺纹孔和外螺纹与静平台上和动平台上的球铰链连接。

所述球铰链为滚动式球铰链。

所述滚珠花键轴通过紧定螺钉和联轴器连接。

本发明的有益效果为：本发明的一种新型六自由度并联平台采用SPS构型，即上、下球铰链(S)及中间直线驱动组件(P)组成。本发明由于采用了单一高刚度的部件球铰链以及高精度的压电直线电机，传动环节较传统UPS构型的六自由度并联平台大幅度减少，结构简单，累积误差少，精度高。另外，由于本发明采用的球铰链比传统复合球铰链的刚度高好几倍，整个平台的结构刚度也有显著增加。本发明特别适用于高精度、高刚度的场合中。

附图说明

图1为本发明的一种新型六自由度并联平台整体结构示意图；

图2为本发明的一种新型六自由度并联平台中直线驱动组件结构示意图；

其中：1、静平台，2、球铰链，3、直线驱动组件，3-1、端盖，3-2、电机防护壳，3-3、压电直线电机，3-4、电机固定板，3-5、联轴器，3-6、紧定螺钉，3-7、滚珠花键轴，3-8、滚珠花键母，3-9、花键固定壳，4、动平台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1和附图2，本发明的一种新型六自由度并联平台包括：

静平台1；

与所述静平台1同轴平行设置的动平台4；

以及设置在静平台1和动平台4之间的六个直线驱动组件3，每个直线驱动组件3两端通过球铰链2分别与动平台4下端面和静平台1上端面连接，所述直线驱动组件3包括端盖3-1、电机防护壳3-2、压电直线电机3-3、电机固定板3-4、联轴器3-5、滚珠花键轴3-7、滚珠花键母3-8和花键固定壳3-9，所述压电直线电机3-3固定在电机固定板3-4上，输出轴穿过电机固定板3-4通过联轴器3-5和滚珠花键轴3-7连接，所述滚珠花键轴3-7和滚珠花键母3-8形成滚珠花键副，所述电机防护壳3-2套在压电直线电机3-3外侧，一端和电机固定板3-4连接，另一端和端盖3-1固定连接，所述花键固定壳3-9一端套在滚珠花键母3-8外侧和滚珠花键母3-8固定连接，另一端和电机固定板3-4固定连接。

每个直线驱动组件3两端通过球铰链2分别与动平台4下端面和静平台1上端面连接具体为：每个直线驱动组件3的端盖3-1外侧中心位置加工有螺纹孔，滚珠花键轴3-7伸出一端端部加工有外螺纹，分别通过螺纹孔和外螺纹与静平台1上和动平台4上的球铰链2连接。

所述滚珠花键轴3-7通过紧定螺钉3-6和联轴器3-5连接。

本发明的并联平台中，两个球铰链2和一个直线驱动组件3构成一条支腿，一共六条支腿，整个六自由度并联平台便是由这六条支腿及动、静平台1连接而成。六条支腿在动平台4和静平台1之间的设置方式和现有的六自由度并联平台相同。静平台1位于整个六自由度并联平台的底端，用来连接六条支腿的底端和固定整个并联平台。动平台4位于整个六自由度并联平台的顶端，用来连接六条支腿的顶端及与负载连接。动平台4、静平台1的形状及接口随着具体的应用的不同而不同。球铰链2一共十二个，有六个安装在静平台1上，其余六个安装在动平台4上，具体结构形式采用滚动式球铰链2，即利用球头和球碗之间的滚珠的滚动摩擦代替传统的球头和球碗之间的滑动摩擦。该结构形式的球铰链2已经有成熟的产品，可以直接选用，其主要特点为精度高，可以达到微米级别或更高。另外，单一球铰链2比复合球铰链2的刚度要大很多倍。直线驱动组件3是六自由度并联机构的动力来源，位于整个平台的中间部位。

本发明所述的直线驱动组件3安装过程为：首先将压电直线电机3-3与电机固定板3-4进行连接，然后将电机固定板3-4、花键固定壳3-9、电机防护壳3-2、端盖3-1用螺钉进行连接形成一个整体。压电直线电机3-3直接输出直线运动，而且精度极高，可以达到纳米级分辨率。压电直线电机3-3通过联轴器3-5将直线运动传递给滚珠花键副，滚珠花键副由滚珠花键轴3-7、滚珠花键母3-8组成，主要作用有两个，一个是精密导向，另外一个便是承受径向载荷。滚珠花键轴3-7与联轴器3-5通过紧定螺钉3-6进行锁紧定位。直线驱动组件3和球铰链2的连接采用螺纹连接的方式：下端球铰链2与在端盖3-1中央加工的螺纹进行连接，上端球铰链2与在滚珠花键轴3-7的一端加工的螺纹进行连接。这样，调节压电直线电机3-3的运动量就可以改变动平台4的位置和姿态，以达到精确定位的目的。

Claims (4)

1.一种新型六自由度并联平台，包括：

静平台(1)；

与所述静平台(1)同轴平行设置的动平台(4)；

以及设置在静平台(1)和动平台(4)之间的六个直线驱动组件(3)；

其特征在于，

每个直线驱动组件(3)两端通过球铰链(2)分别与动平台(4)下端面和静平台(1)上端面连接；所述直线驱动组件(3)包括端盖(3-1)、电机防护壳(3-2)、压电直线电机(3-3)、电机固定板(3-4)、联轴器(3-5)、滚珠花键轴(3-7)、滚珠花键母(3-8)和花键固定壳(3-9)，所述压电直线电机(3-3)固定在电机固定板(3-4)上，输出轴穿过电机固定板(3-4)通过联轴器(3-5)和滚珠花键轴(3-7)连接，所述滚珠花键轴(3-7)和滚珠花键母(3-8)形成滚珠花键副，所述电机防护壳(3-2)套在压电直线电机(3-3)外侧，一端和电机固定板(3-4)连接，另一端和端盖(3-1)固定连接，所述花键固定壳(3-9)一端套在滚珠花键母(3-8)外侧和滚珠花键母(3-8)固定连接，另一端和电机固定板(3-4)固定连接。

2.根据权利1所述的一种新型六自由度并联平台，其特征在于，每个直线驱动组件(3)两端通过球铰链(2)分别与动平台(4)下端面和静平台(1)上端面连接具体为：每个直线驱动组件(3)的端盖(3-1)外侧中心位置加工有螺纹孔，滚珠花键轴(3-7)伸出一端端部加工有外螺纹，分别通过螺纹孔和外螺纹与静平台(1)上和动平台(4)上的球铰链(2)连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型六自由度并联平台，其特征在于，所述球铰链(2)为滚动式球铰链(2)。

4.根据权利要求1或2所述的一种新型六自由度并联平台，其特征在于，所述滚珠花键轴(3-7)通过紧定螺钉(3-6)和联轴器(3-5)连接。