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一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人
一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人
【申請公布號：CN114147692A；申請權利人：江蘇理工學(xué)院;】
摘要：
本發(fā)明公開(kāi)一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，包括靜平臺、動(dòng)平臺和連接動(dòng)靜平臺的三條驅動(dòng)支鏈，在靜平臺上設有驅動(dòng)裝置和三組結構相同的從動(dòng)裝置；驅動(dòng)裝置包括帶輪伺服電機和第一同步帶輪，從動(dòng)裝置包括滑動(dòng)槽、滑動(dòng)塊、滾珠絲杠、第一錐齒輪、第二錐齒輪和第二同步帶輪，三個(gè)從動(dòng)裝置的第二同步帶輪分別通過(guò)一條同步帶與第一同步帶輪傳動(dòng)連接。該并聯(lián)機器人利用帶輪伺服電機、同步帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和滾珠絲杠副來(lái)調整各支鏈伺服電機在靜平臺中的位置，達到調整靜平臺的理論半徑以改變并聯(lián)機器人工作空間大小的目的，整體機械結構簡(jiǎn)單、制造成本低、精度高、工作原理簡(jiǎn)單，易于進(jìn)行運動(dòng)學(xué)分析、軌跡規劃和工作空間的求解分析。
主權項：
1.一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，包括靜平臺、動(dòng)平臺和連接動(dòng)靜平臺的三條驅動(dòng)支鏈，三條驅動(dòng)支鏈在靜平臺上繞其中心等角度分布，每條驅動(dòng)支鏈的結構相同，均包括伺服電機、減速器、主動(dòng)臂和從動(dòng)臂，伺服電機設在靜平臺下方，伺服電機的輸出端連接減速器，主動(dòng)臂的一端與減速器的輸出端固接、另一端與從動(dòng)臂活動(dòng)連接，從動(dòng)臂與動(dòng)平臺活動(dòng)連接；其特征在于，在靜平臺上設有驅動(dòng)裝置和三組結構相同的從動(dòng)裝置，三組從動(dòng)裝置與三條驅動(dòng)支鏈一一對應設置；驅動(dòng)裝置包括帶輪伺服電機和第一同步帶輪，帶輪伺服電機固定在靜平臺上、第一同步帶輪與其輸出端相連接；從動(dòng)裝置包括滑動(dòng)槽、滑動(dòng)塊、滾珠絲杠、第一錐齒輪、第二錐齒輪和第二同步帶輪，滑動(dòng)塊滑動(dòng)連接在滑動(dòng)槽中，伺服電機固定在相應滑動(dòng)塊的下方，滾珠絲杠設在滑動(dòng)塊的上方，滑動(dòng)塊通過(guò)絲杠螺母與滾珠絲杠活動(dòng)連接，在滾珠絲杠的內側端設有第一錐齒輪，第一錐齒輪與第二錐齒輪相嚙合，第二錐齒輪連接在齒輪軸上，在齒輪軸上端設有第二同步帶輪，齒輪軸可轉動(dòng)地連接在靜平臺上，三個(gè)從動(dòng)裝置的第二同步帶輪分別通過(guò)一條同步帶與第一同步帶輪傳動(dòng)連接。
要求：
1.一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，包括靜平臺、動(dòng)平臺和連接動(dòng)靜平臺的三條驅動(dòng)支鏈，三條驅動(dòng)支鏈在靜平臺上繞其中心等角度分布，每條驅動(dòng)支鏈的結構相同，均包括伺服電機、減速器、主動(dòng)臂和從動(dòng)臂，伺服電機設在靜平臺下方，伺服電機的輸出端連接減速器，主動(dòng)臂的一端與減速器的輸出端固接、另一端與從動(dòng)臂活動(dòng)連接，從動(dòng)臂與動(dòng)平臺活動(dòng)連接；其特征在于，在靜平臺上設有驅動(dòng)裝置和三組結構相同的從動(dòng)裝置，三組從動(dòng)裝置與三條驅動(dòng)支鏈一一對應設置；驅動(dòng)裝置包括帶輪伺服電機和第一同步帶輪，帶輪伺服電機固定在靜平臺上、第一同步帶輪與其輸出端相連接；從動(dòng)裝置包括滑動(dòng)槽、滑動(dòng)塊、滾珠絲杠、第一錐齒輪、第二錐齒輪和第二同步帶輪，滑動(dòng)塊滑動(dòng)連接在滑動(dòng)槽中，伺服電機固定在相應滑動(dòng)塊的下方，滾珠絲杠設在滑動(dòng)塊的上方，滑動(dòng)塊通過(guò)絲杠螺母與滾珠絲杠活動(dòng)連接，在滾珠絲杠的內側端設有第一錐齒輪，第一錐齒輪與第二錐齒輪相嚙合，第二錐齒輪連接在齒輪軸上，在齒輪軸上端設有第二同步帶輪，齒輪軸可轉動(dòng)地連接在靜平臺上，三個(gè)從動(dòng)裝置的第二同步帶輪分別通過(guò)一條同步帶與第一同步帶輪傳動(dòng)連接。
2.如權利要求1所述的一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，其特征在于，在靜平臺上與每個(gè)主動(dòng)臂對應的位置分別設有一條縱向貫通的活動(dòng)槽，活動(dòng)槽自靜平臺的邊緣向靜平臺的中心方向延伸。
3.如權利要求2所述的一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，其特征在于，滑動(dòng)槽縱向貫通靜平臺的上、下表面，滑動(dòng)槽與鄰近的活動(dòng)槽的延伸方向相同，滑動(dòng)塊可沿滑動(dòng)槽的長(cháng)度方向進(jìn)行滑動(dòng)。
4.如權利要求1所述的一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，其特征在于，第一錐齒輪的軸線(xiàn)與第二錐齒輪的軸線(xiàn)垂直。
5.如權利要求1所述的一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，其特征在于，滾珠絲杠沿滑動(dòng)槽的長(cháng)度方向延伸，滾珠絲杠的兩端分別可轉動(dòng)地連接在一個(gè)絲杠支架上，絲杠支架底部固定連接在靜平臺上。
6.如權利要求1所述的一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，其特征在于，在帶輪伺服電機與第一同步帶輪間設有帶輪減速器，帶輪減速器連接在帶輪伺服電機的輸出端，第一同步帶輪連接在帶輪減速器的輸出端。
一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于機器人開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人。
背景技術(shù)
現代工業(yè)的高速發(fā)展，使得產(chǎn)品的加工工藝也在不斷的完善，加工工業(yè)工藝技術(shù)在不斷的進(jìn)步，越來(lái)越多的企業(yè)逐漸選擇利用工業(yè)機器人來(lái)替代傳統工人。工業(yè)機器人的使用尤其可以替代一些在特殊嚴苛工作環(huán)境下工作的人員，避免相關(guān)人員的身體在作業(yè)過(guò)程中遭受不可逆損害，也能避免安全事故的發(fā)生，保證人員的生命安全。工業(yè)機器人可以在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，保持高的工作效率。
常見(jiàn)的工業(yè)機器人主要有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式，并聯(lián)機器人相對于串聯(lián)機構而言具有剛度大、結構穩定、承載能力強、無(wú)累計誤差、精度高等優(yōu)點(diǎn)，擴大了機器人的應用領(lǐng)域，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)中得到了非常廣泛的應用。且單純從結構上看，并聯(lián)機器人的結構相對緊湊，剛性好，承載能力大。
現有技術(shù)中的并聯(lián)機器人一般包括支架、可動(dòng)平臺以及連接于支架與可動(dòng)平臺之間的三條驅動(dòng)支鏈。驅動(dòng)支鏈包括與支架固定連接的驅動(dòng)裝置、與可動(dòng)平臺鉸接的第一連桿及鉸接于驅動(dòng)裝置及第一連桿之間的第二連桿。驅動(dòng)裝置驅動(dòng)第二連桿轉動(dòng)，第二連桿帶動(dòng)第一連桿運動(dòng)進(jìn)而實(shí)現可動(dòng)平臺的提升與下沉。如中國專(zhuān)利CN 102069495 A公開(kāi)的并聯(lián)機器人，其包括支架、可動(dòng)平臺、連接于支架與可動(dòng)平臺之間的平移支鏈及轉動(dòng)支鏈，以及固定于支架上的第一動(dòng)力裝置及第二動(dòng)力裝置，第一動(dòng)力裝置驅動(dòng)平移支鏈，第二動(dòng)力裝置驅動(dòng)轉動(dòng)支鏈，第一動(dòng)力裝置包括主動(dòng)輪，平移支鏈包括第一傳動(dòng)件及傳動(dòng)繩，第一傳動(dòng)件包括扇形傳動(dòng)部，傳動(dòng)繩的中部纏繞在該主動(dòng)輪上，且其余部分纏繞在扇形傳動(dòng)部的弧形邊緣上，使主動(dòng)輪通過(guò)傳動(dòng)繩帶動(dòng)第一傳動(dòng)件轉動(dòng)，該并聯(lián)機器人是通過(guò)纏繞于第一動(dòng)力裝置的主動(dòng)輪和平移支鏈的第一傳動(dòng)件的扇形傳動(dòng)部的傳動(dòng)繩來(lái)實(shí)現減速傳動(dòng)的。
但是上述結構的并聯(lián)機器人工作空間大小有限，為了提升并聯(lián)機器人工作空間大小，本領(lǐng)域技術(shù)人員采取了一些可行措施，最常用的方式是替換不同長(cháng)度的主動(dòng)臂和從動(dòng)臂來(lái)實(shí)現調整并聯(lián)機器人的工作空間的目的。中國專(zhuān)利201420064808.1公開(kāi)了一種并聯(lián)機器人上臂，該專(zhuān)利主要是設計一種新型材料的主動(dòng)臂，通過(guò)調節工裝改變上臂的臂長(cháng)，通過(guò)調節臂長(cháng)可適應不同產(chǎn)品的加工及安裝需求。但是更換并聯(lián)機器人的主動(dòng)臂或者從動(dòng)臂步驟相對比較繁瑣，該方式會(huì )影響實(shí)際的生產(chǎn)加工進(jìn)度。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡(jiǎn)單、控制容易和運動(dòng)精度高的可調節工作空間的并聯(lián)機器人機構，該機械裝置主要是利用滾珠絲杠副調整伺服電機在靜平臺中所處的位置，進(jìn)而達到調整靜平臺的理論半徑大小的效果，最終達到調節并聯(lián)機器人工作空間的目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，包括靜平臺、動(dòng)平臺和連接動(dòng)靜平臺的三條驅動(dòng)支鏈，三條驅動(dòng)支鏈在靜平臺上繞其中心等角度分布，每條驅動(dòng)支鏈的結構相同，均包括伺服電機、減速器、主動(dòng)臂和從動(dòng)臂，伺服電機設在靜平臺下方，伺服電機的輸出端連接減速器，主動(dòng)臂的一端與減速器的輸出端固接、另一端與從動(dòng)臂活動(dòng)連接，從動(dòng)臂與動(dòng)平臺活動(dòng)連接；在靜平臺上設有驅動(dòng)裝置和三組結構相同的從動(dòng)裝置，三組從動(dòng)裝置與三條驅動(dòng)支鏈一一對應設置；驅動(dòng)裝置包括帶輪伺服電機和第一同步帶輪，帶輪伺服電機固定在靜平臺上、第一同步帶輪與其輸出端相連接；從動(dòng)裝置包括滑動(dòng)槽、滑動(dòng)塊、滾珠絲杠、第一錐齒輪、第二錐齒輪和第二同步帶輪，滑動(dòng)塊滑動(dòng)連接在滑動(dòng)槽中，伺服電機固定在相應滑動(dòng)塊的下方，滾珠絲杠設在滑動(dòng)塊的上方，滑動(dòng)塊通過(guò)絲杠螺母與滾珠絲杠活動(dòng)連接，在滾珠絲杠的內側端設有第一錐齒輪，第一錐齒輪與第二錐齒輪相嚙合，第二錐齒輪連接在齒輪軸上，在齒輪軸上端設有第二同步帶輪，齒輪軸可轉動(dòng)地連接在靜平臺上，三個(gè)從動(dòng)裝置的第二同步帶輪分別通過(guò)一條同步帶與第一同步帶輪傳動(dòng)連接。
進(jìn)一步地，在靜平臺上與每個(gè)主動(dòng)臂對應的位置分別設有一條縱向貫通的活動(dòng)槽，活動(dòng)槽自靜平臺的邊緣向靜平臺的中心方向延伸。
進(jìn)一步地，滑動(dòng)槽縱向貫通靜平臺的上、下表面，滑動(dòng)槽與鄰近的活動(dòng)槽的延伸方向相同，滑動(dòng)塊可沿滑動(dòng)槽的長(cháng)度方向進(jìn)行滑動(dòng)。
進(jìn)一步地，第一錐齒輪的軸線(xiàn)與第二錐齒輪的軸線(xiàn)垂直。
進(jìn)一步地，滾珠絲杠沿滑動(dòng)槽的長(cháng)度方向延伸，滾珠絲杠的兩端分別可轉動(dòng)地連接在一個(gè)絲杠支架上，絲杠支架底部固定連接在靜平臺上。
進(jìn)一步地，在帶輪伺服電機與第一同步帶輪間設有帶輪減速器，帶輪減速器連接在帶輪伺服電機的輸出端，第一同步帶輪連接在帶輪減速器的輸出端。
相比于現有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1. 本申請公開(kāi)的一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人，在現有裝置的基礎上增設了一套保含驅動(dòng)裝置和三組從動(dòng)裝置的機器人工作空間調節設備，利用同步傳動(dòng)的三個(gè)滾珠絲杠副來(lái)一體調節各個(gè)驅動(dòng)支鏈的伺服電機在靜平臺中所處的位置，實(shí)現動(dòng)平臺多軸方向上的移動(dòng)，最終達到調節并聯(lián)機器人工作空間的目的，滿(mǎn)足工業(yè)制造過(guò)程中不同的工作需求；
2. 本申請公開(kāi)的一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人，具有整體機械結構簡(jiǎn)單、安裝容易、制造成本低和傳動(dòng)精度高等特點(diǎn)，且由于具有工作空間可調的特性，所以在應對不同產(chǎn)品的加工及安裝時(shí)無(wú)需通過(guò)更換主、從動(dòng)臂達到相應目的， 操作過(guò)程更加便捷，工作效率得到保證；
3. 本申請公開(kāi)的一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人，整體機構工作原理簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行并聯(lián)機器人的運動(dòng)學(xué)分析、末端軌跡的規劃和整體機械結構的控制。 附圖說(shuō)明
圖1是一種可調工作空間的并聯(lián)機器人的結構示意圖；
圖2是圖1中A部分的放大圖；
圖3是靜平臺的俯視示意圖；
圖4是驅動(dòng)裝置與一組從動(dòng)裝置配合連接的示意圖；
其中，1-靜平臺，2-動(dòng)平臺，3-驅動(dòng)支鏈，4-驅動(dòng)裝置，5-從動(dòng)裝置；
31-伺服電機，32-RV減速器，33-主動(dòng)臂，34-從動(dòng)臂，35-活動(dòng)槽；
41-帶輪伺服電機，42-帶輪RV減速器，43-第一同步帶輪；
51-滑動(dòng)槽，52-滑動(dòng)塊，53-滾珠絲杠，54-第一錐齒輪，55-第二錐齒輪，56-第二同步帶輪，57-絲杠螺母，58-齒輪軸，59-同步帶。
具體實(shí)施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
實(shí)施例1
為能有序提升并聯(lián)機器人工作空間大小，本實(shí)施例中公開(kāi)一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，包括靜平臺1、動(dòng)平臺2和連接動(dòng)靜平臺的三條驅動(dòng)支鏈3，三條驅動(dòng)支鏈3在靜平臺1上繞其中心等角度分布，每條驅動(dòng)支鏈3的結構相同，均包括伺服電機31、RV減速器32、主動(dòng)臂33和從動(dòng)臂34，伺服電機31設在靜平臺1下方，伺服電機31的輸出端連接RV減速器32，主動(dòng)臂33的一端與RV減速器32的輸出端固接、另一端與從動(dòng)臂34活動(dòng)連接，從動(dòng)臂34與動(dòng)平臺2活動(dòng)連接，在本實(shí)施例中，主動(dòng)臂33與從動(dòng)臂34采用鉸接的形式連接，從動(dòng)臂34與動(dòng)平臺2也采用鉸接的形式活動(dòng)連接。
伺服電機31驅動(dòng)主動(dòng)臂33實(shí)現回轉運動(dòng)，帶動(dòng)從動(dòng)臂34在縱向上發(fā)生位移，進(jìn)而控制動(dòng)平臺2的運動(dòng)。
為保證主動(dòng)臂33在進(jìn)行回轉運動(dòng)的過(guò)程中與靜平臺1間不會(huì )產(chǎn)生位置干涉，在靜平臺1上與每個(gè)主動(dòng)臂33對應的位置分別設有一條縱向貫通的活動(dòng)槽35，活動(dòng)槽35自靜平臺1的邊緣向靜平臺1的中心方向延伸。
該結構下的驅動(dòng)支鏈3可對動(dòng)平臺2在縱向上一定工作空間下的運動(dòng)進(jìn)行控制，但機器人的工作空間是有限的，調節工裝需改變主動(dòng)臂33的臂長(cháng)，通過(guò)調節臂長(cháng)可適應不同產(chǎn)品的加工及安裝需求。但是更換并聯(lián)機器人的主動(dòng)臂33或者從動(dòng)臂34的步驟相對比較繁瑣，該方式會(huì )影響實(shí)際的生產(chǎn)加工進(jìn)度
為了解決上述問(wèn)題，進(jìn)一步擴大并聯(lián)機器人的可調工作空間，本實(shí)施例在靜平臺1上增設了驅動(dòng)裝置4和三組結構相同的從動(dòng)裝置5，三組從動(dòng)裝置5與三條驅動(dòng)支鏈3一一對應設置，驅動(dòng)裝置4包括帶輪伺服電機41、帶輪RV減速器42和第一同步帶輪43，帶輪伺服電機41固定在靜平臺1的中心位置，帶輪RV減速器42連接在帶輪伺服電機41的輸出端，第一同步帶輪43連接在帶輪RV減速器42的輸出端；
從動(dòng)裝置5包括滑動(dòng)槽51、滑動(dòng)塊52、滾珠絲杠53、第一錐齒輪54、第二錐齒輪55和第二同步帶輪56，滑動(dòng)槽51與鄰近的活動(dòng)槽35的延伸方向相同，滑動(dòng)塊52活動(dòng)連接在滑動(dòng)槽51中且可沿其長(cháng)度方向進(jìn)行滑動(dòng)，三個(gè)伺服電機31固定在相應設置的滑動(dòng)塊52的下方進(jìn)而可隨滑動(dòng)塊52進(jìn)行水平滑動(dòng)，滾珠絲杠53設在滑動(dòng)塊52的上方，在滑動(dòng)塊52上連接有絲杠螺母57，滑動(dòng)塊52通過(guò)絲杠螺母57與滾珠絲杠53活動(dòng)連接，進(jìn)而可將滾珠絲杠53的旋轉運動(dòng)轉變?yōu)榛瑒?dòng)塊52在滑動(dòng)槽51中的水平滑動(dòng)，滾珠絲杠53的兩端分別可轉動(dòng)地連接在一個(gè)絲杠支架上，絲杠支架底部固定連接在靜平臺1上，在滾珠絲杠53的內側端連接有第一錐齒輪54，第一錐齒輪54與第二錐齒輪55相嚙合，第一錐齒輪54的軸線(xiàn)與第二錐齒輪55的軸線(xiàn)垂直，第二錐齒輪55同軸連接在齒輪軸58上，在齒輪軸58上端同軸連接有第二同步帶輪56，齒輪軸58通過(guò)軸承可轉動(dòng)地連接在靜平臺1上，三個(gè)從動(dòng)裝置5的第二同步帶輪56分別通過(guò)一條同步帶59與第一同步帶輪43傳動(dòng)連接。
帶輪伺服電機41驅動(dòng)第一同步帶輪43旋轉，進(jìn)而通過(guò)三條同步帶59帶動(dòng)三個(gè)第二同步帶輪56同步轉動(dòng)，第二同步帶輪56帶動(dòng)第二錐齒輪55同步旋轉，由于第一錐齒輪54和第二錐齒輪55相嚙合，所以第一錐齒輪54也發(fā)生轉動(dòng)，驅動(dòng)滾珠絲杠53旋轉，將滾珠絲杠53的整周回轉，轉變成滑動(dòng)塊52在滑動(dòng)槽51中的水平移動(dòng)過(guò)程，固接在滑動(dòng)塊52底部的伺服電機31進(jìn)行同步水平移動(dòng)，通過(guò)該方式可調整伺服電機31在靜平臺1上的所處位置；最終實(shí)現動(dòng)平臺2在X軸、Y軸和Z軸的精準運動(dòng)。
該并聯(lián)機器人主要通過(guò)各支鏈的帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)將帶輪伺服電機41的動(dòng)力傳遞至各從動(dòng)裝置的滾珠絲杠53中，因各從動(dòng)裝置的機械結構均相同，故各從動(dòng)裝置的滾珠絲杠53回轉方向相同，并且由于三個(gè)從動(dòng)裝置5由唯一的一個(gè)驅動(dòng)裝置4一體驅動(dòng)，所以三個(gè)滾珠絲杠53會(huì )發(fā)生同步同向旋轉，進(jìn)而各個(gè)從動(dòng)裝置4中的絲杠螺母57水平前后移動(dòng)的距離相等，可最終達到一體調整靜平臺1理論半徑、改變并聯(lián)機器人工作空間的目的；該并聯(lián)機器人的動(dòng)平臺運動(dòng)方式與現有的并聯(lián)機器人運動(dòng)方式一樣，都是通過(guò)控制驅動(dòng)各支鏈主動(dòng)臂33的伺服電機31，實(shí)現各支鏈主動(dòng)臂33的回轉，配合各支鏈的從動(dòng)臂34最終達到精準控制動(dòng)平臺的目的。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護范圍內。
【申請公布號：CN114147692A；申請權利人：江蘇理工學(xué)院;】
摘要：
本發(fā)明公開(kāi)一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，包括靜平臺、動(dòng)平臺和連接動(dòng)靜平臺的三條驅動(dòng)支鏈，在靜平臺上設有驅動(dòng)裝置和三組結構相同的從動(dòng)裝置；驅動(dòng)裝置包括帶輪伺服電機和第一同步帶輪，從動(dòng)裝置包括滑動(dòng)槽、滑動(dòng)塊、滾珠絲杠、第一錐齒輪、第二錐齒輪和第二同步帶輪，三個(gè)從動(dòng)裝置的第二同步帶輪分別通過(guò)一條同步帶與第一同步帶輪傳動(dòng)連接。該并聯(lián)機器人利用帶輪伺服電機、同步帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和滾珠絲杠副來(lái)調整各支鏈伺服電機在靜平臺中的位置，達到調整靜平臺的理論半徑以改變并聯(lián)機器人工作空間大小的目的，整體機械結構簡(jiǎn)單、制造成本低、精度高、工作原理簡(jiǎn)單，易于進(jìn)行運動(dòng)學(xué)分析、軌跡規劃和工作空間的求解分析。
主權項：
1.一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，包括靜平臺、動(dòng)平臺和連接動(dòng)靜平臺的三條驅動(dòng)支鏈，三條驅動(dòng)支鏈在靜平臺上繞其中心等角度分布，每條驅動(dòng)支鏈的結構相同，均包括伺服電機、減速器、主動(dòng)臂和從動(dòng)臂，伺服電機設在靜平臺下方，伺服電機的輸出端連接減速器，主動(dòng)臂的一端與減速器的輸出端固接、另一端與從動(dòng)臂活動(dòng)連接，從動(dòng)臂與動(dòng)平臺活動(dòng)連接；其特征在于，在靜平臺上設有驅動(dòng)裝置和三組結構相同的從動(dòng)裝置，三組從動(dòng)裝置與三條驅動(dòng)支鏈一一對應設置；驅動(dòng)裝置包括帶輪伺服電機和第一同步帶輪，帶輪伺服電機固定在靜平臺上、第一同步帶輪與其輸出端相連接；從動(dòng)裝置包括滑動(dòng)槽、滑動(dòng)塊、滾珠絲杠、第一錐齒輪、第二錐齒輪和第二同步帶輪，滑動(dòng)塊滑動(dòng)連接在滑動(dòng)槽中，伺服電機固定在相應滑動(dòng)塊的下方，滾珠絲杠設在滑動(dòng)塊的上方，滑動(dòng)塊通過(guò)絲杠螺母與滾珠絲杠活動(dòng)連接，在滾珠絲杠的內側端設有第一錐齒輪，第一錐齒輪與第二錐齒輪相嚙合，第二錐齒輪連接在齒輪軸上，在齒輪軸上端設有第二同步帶輪，齒輪軸可轉動(dòng)地連接在靜平臺上，三個(gè)從動(dòng)裝置的第二同步帶輪分別通過(guò)一條同步帶與第一同步帶輪傳動(dòng)連接。
要求：
1.一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，包括靜平臺、動(dòng)平臺和連接動(dòng)靜平臺的三條驅動(dòng)支鏈，三條驅動(dòng)支鏈在靜平臺上繞其中心等角度分布，每條驅動(dòng)支鏈的結構相同，均包括伺服電機、減速器、主動(dòng)臂和從動(dòng)臂，伺服電機設在靜平臺下方，伺服電機的輸出端連接減速器，主動(dòng)臂的一端與減速器的輸出端固接、另一端與從動(dòng)臂活動(dòng)連接，從動(dòng)臂與動(dòng)平臺活動(dòng)連接；其特征在于，在靜平臺上設有驅動(dòng)裝置和三組結構相同的從動(dòng)裝置，三組從動(dòng)裝置與三條驅動(dòng)支鏈一一對應設置；驅動(dòng)裝置包括帶輪伺服電機和第一同步帶輪，帶輪伺服電機固定在靜平臺上、第一同步帶輪與其輸出端相連接；從動(dòng)裝置包括滑動(dòng)槽、滑動(dòng)塊、滾珠絲杠、第一錐齒輪、第二錐齒輪和第二同步帶輪，滑動(dòng)塊滑動(dòng)連接在滑動(dòng)槽中，伺服電機固定在相應滑動(dòng)塊的下方，滾珠絲杠設在滑動(dòng)塊的上方，滑動(dòng)塊通過(guò)絲杠螺母與滾珠絲杠活動(dòng)連接，在滾珠絲杠的內側端設有第一錐齒輪，第一錐齒輪與第二錐齒輪相嚙合，第二錐齒輪連接在齒輪軸上，在齒輪軸上端設有第二同步帶輪，齒輪軸可轉動(dòng)地連接在靜平臺上，三個(gè)從動(dòng)裝置的第二同步帶輪分別通過(guò)一條同步帶與第一同步帶輪傳動(dòng)連接。
2.如權利要求1所述的一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，其特征在于，在靜平臺上與每個(gè)主動(dòng)臂對應的位置分別設有一條縱向貫通的活動(dòng)槽，活動(dòng)槽自靜平臺的邊緣向靜平臺的中心方向延伸。
3.如權利要求2所述的一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，其特征在于，滑動(dòng)槽縱向貫通靜平臺的上、下表面，滑動(dòng)槽與鄰近的活動(dòng)槽的延伸方向相同，滑動(dòng)塊可沿滑動(dòng)槽的長(cháng)度方向進(jìn)行滑動(dòng)。
4.如權利要求1所述的一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，其特征在于，第一錐齒輪的軸線(xiàn)與第二錐齒輪的軸線(xiàn)垂直。
5.如權利要求1所述的一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，其特征在于，滾珠絲杠沿滑動(dòng)槽的長(cháng)度方向延伸，滾珠絲杠的兩端分別可轉動(dòng)地連接在一個(gè)絲杠支架上，絲杠支架底部固定連接在靜平臺上。
6.如權利要求1所述的一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，其特征在于，在帶輪伺服電機與第一同步帶輪間設有帶輪減速器，帶輪減速器連接在帶輪伺服電機的輸出端，第一同步帶輪連接在帶輪減速器的輸出端。
一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于機器人開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人。
背景技術(shù)
現代工業(yè)的高速發(fā)展，使得產(chǎn)品的加工工藝也在不斷的完善，加工工業(yè)工藝技術(shù)在不斷的進(jìn)步，越來(lái)越多的企業(yè)逐漸選擇利用工業(yè)機器人來(lái)替代傳統工人。工業(yè)機器人的使用尤其可以替代一些在特殊嚴苛工作環(huán)境下工作的人員，避免相關(guān)人員的身體在作業(yè)過(guò)程中遭受不可逆損害，也能避免安全事故的發(fā)生，保證人員的生命安全。工業(yè)機器人可以在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，保持高的工作效率。
常見(jiàn)的工業(yè)機器人主要有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式，并聯(lián)機器人相對于串聯(lián)機構而言具有剛度大、結構穩定、承載能力強、無(wú)累計誤差、精度高等優(yōu)點(diǎn)，擴大了機器人的應用領(lǐng)域，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)中得到了非常廣泛的應用。且單純從結構上看，并聯(lián)機器人的結構相對緊湊，剛性好，承載能力大。
現有技術(shù)中的并聯(lián)機器人一般包括支架、可動(dòng)平臺以及連接于支架與可動(dòng)平臺之間的三條驅動(dòng)支鏈。驅動(dòng)支鏈包括與支架固定連接的驅動(dòng)裝置、與可動(dòng)平臺鉸接的第一連桿及鉸接于驅動(dòng)裝置及第一連桿之間的第二連桿。驅動(dòng)裝置驅動(dòng)第二連桿轉動(dòng)，第二連桿帶動(dòng)第一連桿運動(dòng)進(jìn)而實(shí)現可動(dòng)平臺的提升與下沉。如中國專(zhuān)利CN 102069495 A公開(kāi)的并聯(lián)機器人，其包括支架、可動(dòng)平臺、連接于支架與可動(dòng)平臺之間的平移支鏈及轉動(dòng)支鏈，以及固定于支架上的第一動(dòng)力裝置及第二動(dòng)力裝置，第一動(dòng)力裝置驅動(dòng)平移支鏈，第二動(dòng)力裝置驅動(dòng)轉動(dòng)支鏈，第一動(dòng)力裝置包括主動(dòng)輪，平移支鏈包括第一傳動(dòng)件及傳動(dòng)繩，第一傳動(dòng)件包括扇形傳動(dòng)部，傳動(dòng)繩的中部纏繞在該主動(dòng)輪上，且其余部分纏繞在扇形傳動(dòng)部的弧形邊緣上，使主動(dòng)輪通過(guò)傳動(dòng)繩帶動(dòng)第一傳動(dòng)件轉動(dòng)，該并聯(lián)機器人是通過(guò)纏繞于第一動(dòng)力裝置的主動(dòng)輪和平移支鏈的第一傳動(dòng)件的扇形傳動(dòng)部的傳動(dòng)繩來(lái)實(shí)現減速傳動(dòng)的。
但是上述結構的并聯(lián)機器人工作空間大小有限，為了提升并聯(lián)機器人工作空間大小，本領(lǐng)域技術(shù)人員采取了一些可行措施，最常用的方式是替換不同長(cháng)度的主動(dòng)臂和從動(dòng)臂來(lái)實(shí)現調整并聯(lián)機器人的工作空間的目的。中國專(zhuān)利201420064808.1公開(kāi)了一種并聯(lián)機器人上臂，該專(zhuān)利主要是設計一種新型材料的主動(dòng)臂，通過(guò)調節工裝改變上臂的臂長(cháng)，通過(guò)調節臂長(cháng)可適應不同產(chǎn)品的加工及安裝需求。但是更換并聯(lián)機器人的主動(dòng)臂或者從動(dòng)臂步驟相對比較繁瑣，該方式會(huì )影響實(shí)際的生產(chǎn)加工進(jìn)度。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡(jiǎn)單、控制容易和運動(dòng)精度高的可調節工作空間的并聯(lián)機器人機構，該機械裝置主要是利用滾珠絲杠副調整伺服電機在靜平臺中所處的位置，進(jìn)而達到調整靜平臺的理論半徑大小的效果，最終達到調節并聯(lián)機器人工作空間的目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，包括靜平臺、動(dòng)平臺和連接動(dòng)靜平臺的三條驅動(dòng)支鏈，三條驅動(dòng)支鏈在靜平臺上繞其中心等角度分布，每條驅動(dòng)支鏈的結構相同，均包括伺服電機、減速器、主動(dòng)臂和從動(dòng)臂，伺服電機設在靜平臺下方，伺服電機的輸出端連接減速器，主動(dòng)臂的一端與減速器的輸出端固接、另一端與從動(dòng)臂活動(dòng)連接，從動(dòng)臂與動(dòng)平臺活動(dòng)連接；在靜平臺上設有驅動(dòng)裝置和三組結構相同的從動(dòng)裝置，三組從動(dòng)裝置與三條驅動(dòng)支鏈一一對應設置；驅動(dòng)裝置包括帶輪伺服電機和第一同步帶輪，帶輪伺服電機固定在靜平臺上、第一同步帶輪與其輸出端相連接；從動(dòng)裝置包括滑動(dòng)槽、滑動(dòng)塊、滾珠絲杠、第一錐齒輪、第二錐齒輪和第二同步帶輪，滑動(dòng)塊滑動(dòng)連接在滑動(dòng)槽中，伺服電機固定在相應滑動(dòng)塊的下方，滾珠絲杠設在滑動(dòng)塊的上方，滑動(dòng)塊通過(guò)絲杠螺母與滾珠絲杠活動(dòng)連接，在滾珠絲杠的內側端設有第一錐齒輪，第一錐齒輪與第二錐齒輪相嚙合，第二錐齒輪連接在齒輪軸上，在齒輪軸上端設有第二同步帶輪，齒輪軸可轉動(dòng)地連接在靜平臺上，三個(gè)從動(dòng)裝置的第二同步帶輪分別通過(guò)一條同步帶與第一同步帶輪傳動(dòng)連接。
進(jìn)一步地，在靜平臺上與每個(gè)主動(dòng)臂對應的位置分別設有一條縱向貫通的活動(dòng)槽，活動(dòng)槽自靜平臺的邊緣向靜平臺的中心方向延伸。
進(jìn)一步地，滑動(dòng)槽縱向貫通靜平臺的上、下表面，滑動(dòng)槽與鄰近的活動(dòng)槽的延伸方向相同，滑動(dòng)塊可沿滑動(dòng)槽的長(cháng)度方向進(jìn)行滑動(dòng)。
進(jìn)一步地，第一錐齒輪的軸線(xiàn)與第二錐齒輪的軸線(xiàn)垂直。
進(jìn)一步地，滾珠絲杠沿滑動(dòng)槽的長(cháng)度方向延伸，滾珠絲杠的兩端分別可轉動(dòng)地連接在一個(gè)絲杠支架上，絲杠支架底部固定連接在靜平臺上。
進(jìn)一步地，在帶輪伺服電機與第一同步帶輪間設有帶輪減速器，帶輪減速器連接在帶輪伺服電機的輸出端，第一同步帶輪連接在帶輪減速器的輸出端。
相比于現有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1. 本申請公開(kāi)的一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人，在現有裝置的基礎上增設了一套保含驅動(dòng)裝置和三組從動(dòng)裝置的機器人工作空間調節設備，利用同步傳動(dòng)的三個(gè)滾珠絲杠副來(lái)一體調節各個(gè)驅動(dòng)支鏈的伺服電機在靜平臺中所處的位置，實(shí)現動(dòng)平臺多軸方向上的移動(dòng)，最終達到調節并聯(lián)機器人工作空間的目的，滿(mǎn)足工業(yè)制造過(guò)程中不同的工作需求；
2. 本申請公開(kāi)的一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人，具有整體機械結構簡(jiǎn)單、安裝容易、制造成本低和傳動(dòng)精度高等特點(diǎn)，且由于具有工作空間可調的特性，所以在應對不同產(chǎn)品的加工及安裝時(shí)無(wú)需通過(guò)更換主、從動(dòng)臂達到相應目的， 操作過(guò)程更加便捷，工作效率得到保證；
3. 本申請公開(kāi)的一種可調節工作空間的并聯(lián)機器人，整體機構工作原理簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行并聯(lián)機器人的運動(dòng)學(xué)分析、末端軌跡的規劃和整體機械結構的控制。 附圖說(shuō)明
圖1是一種可調工作空間的并聯(lián)機器人的結構示意圖；
圖2是圖1中A部分的放大圖；
圖3是靜平臺的俯視示意圖；
圖4是驅動(dòng)裝置與一組從動(dòng)裝置配合連接的示意圖；
其中，1-靜平臺，2-動(dòng)平臺，3-驅動(dòng)支鏈，4-驅動(dòng)裝置，5-從動(dòng)裝置；
31-伺服電機，32-RV減速器，33-主動(dòng)臂，34-從動(dòng)臂，35-活動(dòng)槽；
41-帶輪伺服電機，42-帶輪RV減速器，43-第一同步帶輪；
51-滑動(dòng)槽，52-滑動(dòng)塊，53-滾珠絲杠，54-第一錐齒輪，55-第二錐齒輪，56-第二同步帶輪，57-絲杠螺母，58-齒輪軸，59-同步帶。
具體實(shí)施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
實(shí)施例1
為能有序提升并聯(lián)機器人工作空間大小，本實(shí)施例中公開(kāi)一種可調工作空間的并聯(lián)機器人，包括靜平臺1、動(dòng)平臺2和連接動(dòng)靜平臺的三條驅動(dòng)支鏈3，三條驅動(dòng)支鏈3在靜平臺1上繞其中心等角度分布，每條驅動(dòng)支鏈3的結構相同，均包括伺服電機31、RV減速器32、主動(dòng)臂33和從動(dòng)臂34，伺服電機31設在靜平臺1下方，伺服電機31的輸出端連接RV減速器32，主動(dòng)臂33的一端與RV減速器32的輸出端固接、另一端與從動(dòng)臂34活動(dòng)連接，從動(dòng)臂34與動(dòng)平臺2活動(dòng)連接，在本實(shí)施例中，主動(dòng)臂33與從動(dòng)臂34采用鉸接的形式連接，從動(dòng)臂34與動(dòng)平臺2也采用鉸接的形式活動(dòng)連接。
伺服電機31驅動(dòng)主動(dòng)臂33實(shí)現回轉運動(dòng)，帶動(dòng)從動(dòng)臂34在縱向上發(fā)生位移，進(jìn)而控制動(dòng)平臺2的運動(dòng)。
為保證主動(dòng)臂33在進(jìn)行回轉運動(dòng)的過(guò)程中與靜平臺1間不會(huì )產(chǎn)生位置干涉，在靜平臺1上與每個(gè)主動(dòng)臂33對應的位置分別設有一條縱向貫通的活動(dòng)槽35，活動(dòng)槽35自靜平臺1的邊緣向靜平臺1的中心方向延伸。
該結構下的驅動(dòng)支鏈3可對動(dòng)平臺2在縱向上一定工作空間下的運動(dòng)進(jìn)行控制，但機器人的工作空間是有限的，調節工裝需改變主動(dòng)臂33的臂長(cháng)，通過(guò)調節臂長(cháng)可適應不同產(chǎn)品的加工及安裝需求。但是更換并聯(lián)機器人的主動(dòng)臂33或者從動(dòng)臂34的步驟相對比較繁瑣，該方式會(huì )影響實(shí)際的生產(chǎn)加工進(jìn)度
為了解決上述問(wèn)題，進(jìn)一步擴大并聯(lián)機器人的可調工作空間，本實(shí)施例在靜平臺1上增設了驅動(dòng)裝置4和三組結構相同的從動(dòng)裝置5，三組從動(dòng)裝置5與三條驅動(dòng)支鏈3一一對應設置，驅動(dòng)裝置4包括帶輪伺服電機41、帶輪RV減速器42和第一同步帶輪43，帶輪伺服電機41固定在靜平臺1的中心位置，帶輪RV減速器42連接在帶輪伺服電機41的輸出端，第一同步帶輪43連接在帶輪RV減速器42的輸出端；
從動(dòng)裝置5包括滑動(dòng)槽51、滑動(dòng)塊52、滾珠絲杠53、第一錐齒輪54、第二錐齒輪55和第二同步帶輪56，滑動(dòng)槽51與鄰近的活動(dòng)槽35的延伸方向相同，滑動(dòng)塊52活動(dòng)連接在滑動(dòng)槽51中且可沿其長(cháng)度方向進(jìn)行滑動(dòng)，三個(gè)伺服電機31固定在相應設置的滑動(dòng)塊52的下方進(jìn)而可隨滑動(dòng)塊52進(jìn)行水平滑動(dòng)，滾珠絲杠53設在滑動(dòng)塊52的上方，在滑動(dòng)塊52上連接有絲杠螺母57，滑動(dòng)塊52通過(guò)絲杠螺母57與滾珠絲杠53活動(dòng)連接，進(jìn)而可將滾珠絲杠53的旋轉運動(dòng)轉變?yōu)榛瑒?dòng)塊52在滑動(dòng)槽51中的水平滑動(dòng)，滾珠絲杠53的兩端分別可轉動(dòng)地連接在一個(gè)絲杠支架上，絲杠支架底部固定連接在靜平臺1上，在滾珠絲杠53的內側端連接有第一錐齒輪54，第一錐齒輪54與第二錐齒輪55相嚙合，第一錐齒輪54的軸線(xiàn)與第二錐齒輪55的軸線(xiàn)垂直，第二錐齒輪55同軸連接在齒輪軸58上，在齒輪軸58上端同軸連接有第二同步帶輪56，齒輪軸58通過(guò)軸承可轉動(dòng)地連接在靜平臺1上，三個(gè)從動(dòng)裝置5的第二同步帶輪56分別通過(guò)一條同步帶59與第一同步帶輪43傳動(dòng)連接。
帶輪伺服電機41驅動(dòng)第一同步帶輪43旋轉，進(jìn)而通過(guò)三條同步帶59帶動(dòng)三個(gè)第二同步帶輪56同步轉動(dòng)，第二同步帶輪56帶動(dòng)第二錐齒輪55同步旋轉，由于第一錐齒輪54和第二錐齒輪55相嚙合，所以第一錐齒輪54也發(fā)生轉動(dòng)，驅動(dòng)滾珠絲杠53旋轉，將滾珠絲杠53的整周回轉，轉變成滑動(dòng)塊52在滑動(dòng)槽51中的水平移動(dòng)過(guò)程，固接在滑動(dòng)塊52底部的伺服電機31進(jìn)行同步水平移動(dòng)，通過(guò)該方式可調整伺服電機31在靜平臺1上的所處位置；最終實(shí)現動(dòng)平臺2在X軸、Y軸和Z軸的精準運動(dòng)。
該并聯(lián)機器人主要通過(guò)各支鏈的帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)將帶輪伺服電機41的動(dòng)力傳遞至各從動(dòng)裝置的滾珠絲杠53中，因各從動(dòng)裝置的機械結構均相同，故各從動(dòng)裝置的滾珠絲杠53回轉方向相同，并且由于三個(gè)從動(dòng)裝置5由唯一的一個(gè)驅動(dòng)裝置4一體驅動(dòng)，所以三個(gè)滾珠絲杠53會(huì )發(fā)生同步同向旋轉，進(jìn)而各個(gè)從動(dòng)裝置4中的絲杠螺母57水平前后移動(dòng)的距離相等，可最終達到一體調整靜平臺1理論半徑、改變并聯(lián)機器人工作空間的目的；該并聯(lián)機器人的動(dòng)平臺運動(dòng)方式與現有的并聯(lián)機器人運動(dòng)方式一樣，都是通過(guò)控制驅動(dòng)各支鏈主動(dòng)臂33的伺服電機31，實(shí)現各支鏈主動(dòng)臂33的回轉，配合各支鏈的從動(dòng)臂34最終達到精準控制動(dòng)平臺的目的。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護范圍內。
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