CN203109942U - 一种柔顺关节并联机器人装置 - Google Patents

Abstract

一种柔顺关节并联机器人装置属于机械领域。其包括动平台，静平台，三个线尺传感器及三条结构相同的运动支链；静平台呈成正三角形分布，三个线尺传感器分别位于正三角形的三条边的中点位置；静平台上有三个底座，每个底座从上至下分别由托盘，减速器及伺服电机构成；三个伺服电机分别固定于静平台的三个角上，三个减速器输出端分别与三个运动支链通过刚性回转副连接，所述的运动支链包括主动杆，从动杆，两者由柔性铰链连接；托盘位于减速器与刚性回转副之间，其上固定一对限位开关和一个回零开关；三个电机及线尺传感器各通过控制线分别连接于工控机。本装置解决了现有柔顺并联机构存在震动、柔顺铰链运动范围小等问题。

Description

一种柔顺关节并联机器人装置

技术领域

本实用新型公开了一种含有柔顺关节的并联机构，属于机械结构设计与制造领域。

背景技术

并联机构是一类与串联机构互为对偶关系的机械结构，它具有刚度大、承载能力强、误差小等一系列优点。目前并联机构多是由刚性运动副来传递力和运动，但刚性运动副间隙会带来的冲撞、摩擦、磨损及润滑问题，及高速运动中，由机构震动带来的运动不稳定性等问题。柔顺并联机构，利用机构中柔顺铰链自身的柔性变形来完成运动、力和能量的传递和转换，在结构上简化甚至没有运动副，从而避免了传统并联机构的问题。在具有机构整体大范围运动的一般意义并联机器人上，用柔顺关节替代传统运动副所带来的优越性尚未被揭示出来，而这方面的探索性研究如果能有所突破，显然具有更加深远的理论意义和更加广阔的应用价值。

实用新型内容

为了解决现有柔顺并联机构存在震动、柔顺铰链运动范围小等问题，本实用新型提出了一种具有3个柔性铰链的平面并联机构实验装置。在结构上设计了柔顺铰链，改善了机构本身的震动问题并有线尺传感器用于实验数据采集，提高了机构的精度和稳定性。

一种柔顺关节并联机器人装置，其特征在于：

其包括动平台5，静平台12，三个线尺传感器4及三条结构相同的运动支链；静平台呈成正三角形分布，三个线尺传感器4分别位于正三角形的三条边的中点位置；静平台12上有三个底座，每个底座从上至下分别由托盘7，减速器8及伺服电机9构成；三个伺服电机分别固定于静平台12的三个角上，三个减速器8输出端分别与三个运动支链通过刚性回转副6连接，所述的运动支链包括主动杆1，从动杆3，两者由柔性铰链2连接；从动杆与动平台通过刚性回转副6连接；托盘7位于减速器8与刚性回转副6之间，其上固定一对限位开关14，在托盘7上位于主动杆正下方固定一个回零开关13；所述三个电机及线尺传感器4各通过控制线10分别连接于工控机11。

进一步，所述的主动杆1与从动杆3的杆截面为方形空心管结构。

进一步，主动杆与从动杆之间的柔性铰链2为C型。

所述三个底座及线尺传感器4各通过控制线10分别连接于工控机11。基于RT Linux***软件开发的控制机，利用可编程多轴运动控制器实时的接发指令，使伺服驱动器触发伺服电机9工作；当伺服电机工作时带动连接刚性回转副6的主动杆1一起转动，由主动杆1与从动杆3通过柔性铰链2连接构成的三条支链并联机构装置，同时运行起来，实现了动平台5中心在水平面内可沿着横轴X轴、纵轴Y轴方向的转动；由线尺传感器4记录动平台的移动位置。所述的可编程多轴运动控制器插于工控机的PCI插槽上，通过PCI总线与上位机通讯。

这样，本实用新型的实验装置就可以实现在垂直与Z轴的水平面内沿着横轴X轴、纵轴Y轴的移动。

本实验装置所述的主动杆1与从动杆3的杆截面为方形空心管结构，在杆重量不变的前提下，有效的增大杆的刚度，减轻运动中造成的震动。此外主动杆与从动杆之间的柔性铰链2有别于传统的转动副，它是利用自身材料的柔性变形来完成运动和力的传递及转换的结构关节。从外观上这种柔顺关节呈现C型，当杆件相对运动时，裂缝会向中间收拢并且倾斜，实现大约70°范围转动。与传统柔顺关节相比，这种C型弹簧钢片柔顺关节没有轴心漂移现象并且能实现更大的转动范围。

附图说明

图1是本实用新型一种柔顺关节并联机器人装置结构示意图；

图2是本实用新型实验装置结构主视图；

图3是本实用新型实验装置局部俯视图；

图4是本实用新型实验装置机械结构部分柔性铰链主视图；

图5是本实用新型实验装置机械结构部分柔性铰链右视图；

图6是本实用新型实验装置柔性铰链的连接主视图；

图7是本实用新型实验装置的工作原理图。

图中：1、主动杆，2、柔性铰链，3、从动杆，4、线尺传感器，5、动平台，6、刚性回转副7、托盘，8、减速器，9、伺服电机，10、控制线，11、工控机，12、静平台，13、回零开关，14限位开关。

具体实施方式

一种柔顺关节并联机器人装置，其特征在于：

其包括动平台5，静平台12，三个线尺传感器4及三条结构相同的运动支链；静平台呈成正三角形分布，三个线尺传感器4分别位于正三角形的三条边的中点位置；静平台12上有三个底座，每个底座从上至下分别由托盘7，减速器8及伺服电机9构成；三个伺服电机分别固定于静平台12的三个角上，三个减速器8输出端分别与三个运动支链通过刚性回转副6连接，所述的运动支链包括主动杆1，从动杆3，两者由柔性铰链2连接；从动杆与动平台通过刚性回转副6连接；托盘7位于减速器8与刚性回转副6之间，其上固定一对限位开关14，在托盘7上位于主动杆正下方固定一个回零开关13；所述三个电机及线尺传感器4各通过控制线10分别连接于工控机11。

所述的主动杆1与从动杆3的杆截面为方形空心管结构。主动杆与从动杆之间的柔性铰链2为C型。

主要零件尺寸：

主动杆尺寸20*20*374，材料：铝方管2017

从动杆尺寸20*20*380，材料：铝方管2017

C形柔顺关节：尺寸R30，材料：弹簧钢片，厚度0.2mm

将主要零件通过实用新型内容中的描述方式连接搭建实验台，在XY轴平面内运行半径为100mm整圆轨迹，实验数据分析结果如下：

如上表所示，对于半径为100mm的整圆实验，误差平均值为1.27mm，与原有实验对比，平均误差、标准偏差及最大峰谷差均变小，因此机器人装置实验具有优越性。

Claims (3)

1.一种柔顺关节并联机器人装置，其特征在于：

其包括动平台（5），静平台（12），三个线尺传感器（4）及三条结构相同的运动支链；静平台呈成正三角形分布，三个线尺传感器（4）分别位于正三角形的三条边的中点位置；静平台（12）上有三个底座，每个底座从上至下分别由托盘（7），减速器（8）及伺服电机（9）构成；三个伺服电机分别固定于静平台（12）的三个角上，三个减速器（8）输出端分别与三个运动支链通过刚性回转副（6）连接，所述的运动支链包括主动杆（1），从动杆（3），两者由柔性铰链（2）连接；从动杆与动平台通过刚性回转副（6）连接；托盘（7）位于减速器（8）与刚性回转副（6）之间，其上固定一对限位开关（14），在托盘（7）上位于主动杆正下方固定一个回零开关（13）；所述三个电机及线尺传感器（4）各通过控制线（10）分别连接于工控机（11）。

2.根据权利要求1所述的一种柔顺关节并联机器人装置，其特征在于：

所述的主动杆（1）与从动杆（3）的杆截面为方形空心管结构。

3.根据权利要求1所述的一种柔顺关节并联机器人装置，其特征在于：

主动杆与从动杆之间的柔性铰链（2）为C型。

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