CN108284435B - 一种大回转的平面三自由度并联平台 - Google Patents

一种大回转的平面三自由度并联平台 Download PDF

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Abstract

一种大回转的平面三自由度并联平台,主要包括平台支撑模块、X向驱动模块和Y向驱动模块,平台支撑模块由动平台、转盘轴承、下支撑座、导轨A、十字滑块、导轨B、导轨C以及机架组成,X向驱动模块包括上支架A、下支架A和前后两个对称分布的同步带驱动装置A以及导轨滑块装置组成,Y向驱动模块包括上支架B、下支架B和前后两个对称分布的同步带驱动装置B组成。本发明可以实现动平台的360°回转,高度较低,设计有平台支撑模块,承载力较大。

Description

一种大回转的平面三自由度并联平台
技术领域 本发明属于并联机构领域,特别涉及三自由度并联平台。
背景技术 1931年,Gwinnett开发了基于球面的并联机构平台。1965年,著名学者Stewart在其论文中首次详细阐述了6-DOF平台的机构分析,并将其应用于飞行模拟中。在国内,燕山大学的黄真教授在1961年研制出我国第一台六自由度并联机器人样机。随后的几十年里,随着技术及理论的发展,并联平台的性能不断改善。并联平台技术在军工领域、航天舰船领域、民用领域发挥着越来越重要的作用。
并联机构按输入形式分类可分为:线性驱动输入并联机器人和旋转驱动输入并联机器人。目前研究较多的是线性驱动输入的并联机器人,这种类型的机器人位置逆解非常简单,且具有唯一性。旋转驱动输入型并联机器人与线性驱动输入并联机器人相比,具有结构更紧凑、惯量更小、承载能力相对更强等优点,但它的旋转输入运动形式决定了位置逆解的多解性和复杂性。
在并联平台的结构设计上,目前在并联平台上应用广泛的是选用多条独立运动支链,多条运动支链独立驱动共同实现动平台的自由度要求。例如对于平面3自由度并联机构,使用3-RRR机构、3-RPR机构,来实现2个移动和1个转动的运动自由度。2017年,中国专利CN205889156U公开了一种三自由度平面柔性并联平台装置,包括三个并联分支、动平台及静平台,每个并联分支包括电机、一根主动杆及一根从动杆,三个并联分析共同运动实现并联平台的运动。2017年,中国专利CN205915333U公开了一种过约束自平衡三自由度并联运动平台,其包括基座、动平台、一个5杆闭环运动链和两条结构完全相同的驱动分支,该三自由度并联平台是通过移动副作为驱动,三分支协调运动实现自由度要求。这种由多条运动支链构成的并联平台难以实现动平台的大角度回转,针对目前这种并联平台的不足,并基于两移一转三自由度平台的特点,提出了一种新型的同步带驱动的三自由度平台,可以实现动平台的大角度回转,增大三自由度的工作空间。
发明内容 本发明的目的是提供一种可实现动平台的360°回转,高度较低,承载力较大的大回转的平面三自由度并联平台。
本发明主要包括有平台支撑模块、X向驱动模块和Y向驱动模块。
其中,平台支撑模块由动平台、转盘轴承、下支撑座、导轨A、十字滑块、导轨B、导轨C以及机架组成。在两个水平的机架之间设有一组竖直机架,两个水平的机架上设有导轨C,在竖直机架的中部设有一组导轨A,在每根导轨A上分别滑动连接有两个滑块A,在每个滑块A的上部固定连接滑块B,滑块A和滑块B垂直相连组成十字滑块,十字滑块为钢质材料。滑块B的上部滑动连接在在导轨B上,导轨B与导轨A相互垂直。在导轨B的上部通过螺钉与下支撑座连接,下支撑座为方形平板,在下支撑座的上部设有动平台。
X向驱动模块包括上支架A、下支架A和前后两个对称分布的同步带驱动装置A以及导轨滑块装置组成。在平台支撑模块的导轨C上滑动连接滑块C,滑块C上部通过螺钉固定在水平的机架上。在上支架A和下支架A之间通过螺钉连接,上支架A主体为“匚”形结构,并在左侧一端设有2个圆环形板状结构,用于安装同步带轮A,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔。所述的下支架A主体为“口”字形结构,其四周设有4个圆环形结构,用于安装同步带A和同步带轮B,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔,上支架A和下支架A之间通过螺钉相固定连接。压紧轮A安装在上支架A、下支架A之间的安装槽中。同步带驱动装置A主要由电机A、同步带轮A、同步带轮B、同步带A以及压紧轮A组成。两个电机A的输出端分别插接在一个同步带轮B上,一个同步带轮B对应于与一个同步带轮A之间通过同步带A相连,压紧轮A压紧同步带A保证同步带与动平台的同步带轮紧密啮合。同步带A外侧为带有全齿的同步带形式,内侧带宽的上下两侧设计有与外侧齿型相同的同步带齿,中间处为设有带齿的光带形式。
所述的Y向驱动模块包括上支架B、下支架B和前后两个对称分布的同步带驱动装置B组成。在平台支撑模块的滑块A上设有调整垫块,调整垫块固定连接下支架B。上支架B主体为“匚”形结构,并在左侧一端设有2个圆环形板状结构,用于安装同步带轮B,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔。所述的下支架B主体为“口”字形结构,其四周设有4个圆环形结构,用于安装同步带B和同步带轮C,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔,上支架B和下支架B之间通过螺钉相固定连接。压紧轮B安装在上支架B、下支架B之间的安装槽中。同步带驱动装置B主要由电机B、同步带轮C、同步带轮D、同步带B以及压紧轮B组成。两个电机B的输出端分别插接在一个同步带轮C上,一个同步带轮C对应于与一个同步带轮D之间通过同步带B相连,压紧轮B压紧同步带B保证同步带与动平台的同步带轮紧密啮合。同步带B外侧为带有全齿的同步带形式,内侧带宽的上下两侧设计有与外侧齿型相同的同步带齿,中间处为设有带齿的光带形式。
动平台为带有同步带轮的圆形平台形式,选用铝合金材料,平台上部为加工有安装孔的圆形铝合金板,下部为两个上下相邻的同步带轮的形式,并在同步带轮的内部加工出与转盘轴承配合使用的结构形式。所述的下支撑座采用铝合金材质,下方为方形固定板,并加工有固定导轨B的安装孔,上方为圆柱型结构,加工有安装转盘轴承的圆形槽口。在下支撑座的中心加工有竖直方向的通孔,方便转盘轴承的安装与拆卸。所述的机架为铝合金材料,主要作用是支承导轨A和导轨C,设计为H形钢板焊接结构,机架的中间部分为导轨A提供支承,左右部分为导轨C提供支承,机架的中间支撑板与左右两侧的支撑板成垂直分布,并在机架上设计有导轨A和导轨C的安装螺纹孔和减重孔。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1.可以实现动平台的360°回转;
2.高度较低,设计有平台支撑模块,承载力较大。
附图说明
图1为本发明的整体效果图;
图2为本发明的平台支撑模块示意图;
图3为本发明的平台支撑模块正视图;
图4为本发明的X向驱动模块示意图;
图5为本发明的X向同步带驱动装置内部示意图;
图6为本发明的X向驱动模块除去一侧同步带示意图。
图7为本发明的Y向驱动模块除去一侧同步带示意图。
图中:1-平台支撑模块、2-X向驱动模块、3-Y向驱动模块、4-机架、5-导轨A、6-十字滑块、7-下支撑座、8-导轨B、9-动平台、10-转盘轴承、11-同步带轮A、12-上支架A、13-同步带A、14-滑块C、15-导轨C、16-下支架A、17-同步带轮B、18-电机A、19-压紧轮A、20-滑块B、21-调整垫块、22-上支架B、23-下支架B、24-压紧轮B、25-电机B、26-同步带B、27-同步带轮C、28-同步带轮D、29-滑块A。
具体实施方式 在图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示的本发明的示意简图中,本发明主要包括有平台支撑模块、X向驱动模块和Y向驱动模块。其中,平台支撑模块1由动平台9、转盘轴承10、下支撑座7、导轨A5、十字滑块6、导轨B8、导轨C15以及机架4组成。在两个水平的机架之间设有一组竖直机架,两个水平的机架上设有导轨C,在竖直机架的中部设有一组导轨A,在每根导轨A上分别滑动连接有两个滑块A,在每个滑块A的上部固定连接滑块B20,滑块A29和滑块B垂直相连组成十字滑块,十字滑块为钢质材料。滑块B的上部滑动连接在在导轨B上,导轨B与导轨A相互垂直。在导轨B的上部通过螺钉与下支撑座连接,下支撑座为方形平板,在下支撑座的上部设有动平台。
X向驱动模块2包括上支架A12、下支架A16和前后两个对称分布的同步带驱动装置A以及导轨滑块装置组成。在平台支撑模块的导轨C上滑动连接滑块C14,滑块C上部通过螺钉固定在水平的机架上。在上支架A和下支架A之间通过螺钉连接,上支架A主体为“匚”形结构,并在左侧一端设有2个圆环形板状结构,用于安装同步带轮A,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔。所述的下支架A主体为“口”字形结构,其四周设有4个圆环形结构,用于安装同步带A11和同步带轮B17,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔,上支架A和下支架A之间通过螺钉相固定连接。压紧轮A19安装在上支架A、下支架A之间的安装槽中。同步带驱动装置A主要由电机A18、同步带轮A、同步带轮B、同步带A13以及压紧轮A组成。两个电机A的输出端分别插接在一个同步带轮B上,一个同步带轮B对应于与一个同步带轮A之间通过同步带A相连,压紧轮A压紧同步带A保证同步带与动平台的同步带轮紧密啮合。同步带A外侧为带有全齿的同步带形式,内侧带宽的上下两侧设计有与外侧齿型相同的同步带齿,中间处为设有带齿的光带形式。
所述的Y向驱动模块3包括上支架B22、下支架B23和前后两个对称分布的同步带驱动装置B组成。在平台支撑模块的滑块A上设有调整垫块21,调整垫块固定连接下支架B。上支架B主体为“匚”形结构,并在左侧一端设有2个圆环形板状结构,用于安装同步带轮B,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔。所述的下支架B主体为“口”字形结构,其四周设有4个圆环形结构,用于安装同步带B26和同步带轮C27,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔,上支架B和下支架B之间通过螺钉相固定连接。压紧轮B24安装在上支架B、下支架B之间的安装槽中。同步带驱动装置B主要由电机B25、同步带轮C27、同步带轮D28、同步带B26以及压紧轮B组成。两个电机B的输出端分别插接在一个同步带轮C上,一个同步带轮C对应于与一个同步带轮D之间通过同步带B相连,压紧轮B压紧同步带B保证同步带与动平台的同步带轮紧密啮合。同步带B外侧为带有全齿的同步带形式,内侧带宽的上下两侧设计有与外侧齿型相同的同步带齿,中间处为设有带齿的光带形式。
动平台9为带有同步带轮的圆形平台形式,选用铝合金材料,平台上部为加工有安装孔的圆形铝合金板,下部为两个上下相邻的同步带轮的形式,并在同步带轮的内部加工出与转盘轴承配合使用的结构形式。所述的下支撑座7采用铝合金材质,下方为方形固定板,并加工有固定导轨B 8的安装孔,上方为圆柱型结构,加工有安装转盘轴承的圆形槽口。在下支撑座7的中心加工有竖直方向的通孔,方便转盘轴承的安装与拆卸。所述的机架为铝合金材料,主要作用是支承导轨A和导轨C,设计为H形钢板焊接结构,机架4的中间部分为导轨A 5提供支承,左右部分为导轨C 14提供支承,机架的中间支撑板与左右两侧的支撑板成垂直分布,并在机架上设计有导轨A 5和导轨C 14的安装螺纹孔和减重孔。

Claims (3)

1.一种大回转的平面三自由度并联平台,主要包括平台支撑模块、X向驱动模块和Y向驱动模块,其特征在于:平台支撑模块由动平台、转盘轴承、下支撑座、导轨A、十字滑块、导轨B、导轨C以及机架组成,X向驱动模块包括上支架A、下支架A和前后两个对称分布的同步带驱动装置A以及导轨滑块装置组成,Y向驱动模块包括上支架B、下支架B和前后两个对称分布的同步带驱动装置B组成,在平台支撑模块的导轨C上滑动连接滑块C,滑块C上部通过螺钉固定在水平的机架上,在上支架A和下支架A之间通过螺钉连接,上支架A主体为“匚”形结构,并在左侧一端设有2个圆环形板状结构,用于安装同步带轮A,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔,所述的下支架A主体为“口”字形结构,其四周设有4个圆环形结构,用于安装同步带A和同步带轮B,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔,上支架A和下支架A之间通过螺钉相固定连接,压紧轮A安装在上支架A、下支架A之间的安装槽中,同步带驱动装置A主要由电机A、同步带轮A、同步带轮B、同步带A以及压紧轮A组成,两个电机A的输出端分别插接在一个同步带轮B上,一个同步带轮B对应于与一个同步带轮A之间通过同步带A相连,压紧轮A压紧同步带A保证同步带与动平台的同步带轮紧密啮合,同步带A外侧为带有全齿的同步带形式,内侧带宽的上下两侧设计有与外侧齿型相同的同步带齿,中间处为设有带齿的光带形式,在平台支撑模块的滑块A上设有调整垫块,调整垫块固定连接下支架B,上支架B主体为“匚”形结构,并在左侧一端设有2个圆环形板状结构,用于安装同步带轮B,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔,所述的下支架B主体为“口”字形结构,其四周设有4个圆环形结构,用于安装同步带B和同步带轮C,中部为厚度小于同步带厚度的长条形结构,并在其上设有一排用于安装压紧轮的圆形安装孔,上支架B和下支架B之间通过螺钉相固定连接,压紧轮B安装在上支架B、下支架B之间的安装槽中,同步带驱动装置B主要由电机B、同步带轮C、同步带轮D、同步带B以及压紧轮B组成,两个电机B的输出端分别插接在一个同步带轮C上,一个同步带轮C对应于与一个同步带轮D之间通过同步带B相连,压紧轮B压紧同步带B保证同步带与动平台的同步带轮紧密啮合,同步带B外侧为带有全齿的同步带形式,内侧带宽的上下两侧设计有与外侧齿型相同的同步带齿,中间处为设有带齿的光带形式。
2.根据权利要求1所述的一种大回转的平面三自由度并联平台,其特征在于:在两个水平的机架之间设有一组竖直机架,两个水平的机架上设有导轨C,在竖直机架的中部设有一组导轨A,在每根导轨A上分别滑动连接有两个滑块A,在每个滑块A的上部固定连接滑块B,滑块A和滑块B垂直相连组成十字滑块,十字滑块为钢质材料,滑块B的上部滑动连接在在导轨B上,导轨B与导轨A相互垂直,在导轨B的上部通过螺钉与下支撑座连接,下支撑座为方形平板,在下支撑座的上部设有动平台。
3.根据权利要求1或2所述的一种大回转的平面三自由度并联平台,其特征在于:动平台为带有同步带轮的圆形平台形式,选用铝合金材料,平台上部为加工有安装孔的圆形铝合金板,下部为两个上下相邻的同步带轮的形式,并在同步带轮的内部加工出与转盘轴承配合使用的结构形式,所述的下支撑座采用铝合金材质,下方为方形固定板,并加工有固定导轨B的安装孔,上方为圆柱型结构,加工有安装转盘轴承的圆形槽口,在下支撑座的中心加工有竖直方向的通孔,方便转盘轴承的安装与拆卸,所述的机架为铝合金材料,设计为H形钢板焊接结构,机架的中间部分为导轨A提供支承,左右部分为导轨C提供支承,机架的中间支撑板与左右两侧的支撑板成垂直分布,并在机架上设计有导轨A和导轨C的安装螺纹孔和减重孔。
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