CN104149084B - 一种三支链六自由度机器人驱动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三支链六自由度机器人驱动机构，其主要技术特点是：在动平台与固定平台之间安装有三个结构相同的支链；固定平台电机安装在固定平台电机支架上，该固定平台电机、第二连杆、第一连杆、动平台依次连接；滑动导轨沿圆周方向均布安装在固定平台，导轨顶部电机安装在滑动导轨的顶端，丝杠通过轴承形式安装在滑动导轨的内部，滑块滑动安装在滑动导轨上，该滑块中部与丝杠采用螺旋方式啮合；连接套安装在滑块的外侧，该连接套与第一连杆滑动连接。本发明设计合理，具有结构简单可靠、动平台运动平稳等特点，并且具有较好的驱动能力、鲁棒性、承载力，可以根据不同的需要应用于机床、机器人检测等领域。
Description
技术领域
本发明属于工业机器人技术领域，尤其是一种三支链六自由度机器人驱动机构。
背景技术
自1938年并联机器人问世以来，由于具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等特点,因此，被广泛应用于社会的各个领域。目前，常见的有2自由度、3自由度、4自由度、6自由度并联机器人，其中，6自由度并联机构的一个本质特征是每个分支具有六个独立的自由度，或者说每个分支都必须能生成一个六维的位移群。因此，在Stewart六自由度并联机构的基础上，改变分支中运动副的种类、排列顺序以及方向等，同时保持分支的六个独立自由度，即可得到新的六自由度并联机构机型。
较为代表的六自由度并联机构有：1997年Byun等人提出了3-PPSP六自由度并联机构、德国的斯图加特大学提出的Linpaod构型、刘辛军等人提出的高灵活特性的三自由度空间并联机(中国专利CN102626871)以及河北工业大学张建军等人提出的一种六自由度三支链并联机器人机构(中国专利CNCN102699904)。
上述六自由度并联机构的导轨通常垂直于静平台，并对称分布排列，且所需驱动较多，控制方法复杂(如3-PPSP并联机构，9个驱动)，或者产生的运动形式相对较少(如中国专利CN102626871，3个自由度)。此外，单个支链的运动精度严重影响动平台运动形式，难以达到在各领域的应用效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、结构简单、精度高、控制灵活性的三支链六自由度机器人驱动机构。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种三支链六自由度机器人驱动机构，包括安装执行器的动平台和固定平台，在动平台与固定平台之间安装有三个结构相同的支链；每个支链均包括固定平台电机支架、固定平台电机、第一连杆、第二连杆、连接套、丝杠、滑块、导轨顶部电机和滑动导轨；所述固定平台电机支架沿圆周方向均布安装在固定平台上，所述固定平台电机安装在固定平台电机支架上，该固定平台电机的输出轴与第二连杆的一端转动连接，第二连杆的另一端与第一连杆的一端转动连接，第一连杆的另一端与动平台转动连接；所述滑动导轨沿圆周方向均布安装在固定平台，其长度方向垂直于固定平台，所述导轨顶部电机安装在滑动导轨的顶端，所述丝杠通过轴承形式安装在滑动导轨的内部，所述滑块滑动安装在滑动导轨上，该滑块中部与丝杠采用螺旋方式啮合；所述连接套安装在滑块的外侧，该连接套与第一连杆滑动连接。
而且，所述固定平台电机的输出轴通过销轴与第二连杆的一端相连接，所述第二连杆的另一端通过销轴与第一连杆的一端相连接，所述第一连杆的另一端通过销轴与动平台相连接。
而且，所述滑块中部制有螺纹孔，通过该螺纹孔将丝杆与滑块啮合安装在一起；在螺纹孔的两侧分别制有导轨安装槽，通过该导轨安装槽与滑动导轨滑动安装在一起。
而且，所述连接套上制有一方形孔，通过该方形孔将连接套与第一连杆滑动连接在一起。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明采用三个结构相同的支链且每个支链配置有两个驱动，驱动之间相对耦合，使得该机构具有较高的灵活性；并且支链的运动形式相对简单，容易保证该机构在操作过程中的精度和质量。
2、本发明可针不同应用领域，可将导轨驱动电机作为主要驱动源，固定平台电机作为协同驱动源，或者将固定平台电机作为主要驱动源，电机作为协同驱动源，以帮助动平台快速准备的定位。
3、本发明设计合理，具有结构简单可靠、动平台运动平稳等特点，并且具有较好的驱动能力、鲁棒性、承载力，可以根据不同的需要应用于机床、机器人检测等领域。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是支链的结构示意图；
图3是滑块的结构示意图；
图4是连接套的结构示意图；
图5是滑动导轨、连接套、滑块、丝杆及导轨顶部电机连接关系示意图；
其中，1-固定平台，2-动平台，3-固定平台电机支架，4-固定平台电机，5-第一连杆,6-第二连杆,7-连接套，8-丝杠，9-滑块，10-导轨顶部电机，11-滑动导轨；12-第一销轴，13-第二销轴，14-第三销轴,15-螺纹孔，16-导轨安装槽，17-方形孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
一种三支链六自由度机器人驱动机构，如图1至图5所示，包括安装执行器的动平台(2)和固定平台(1)，在动平台(2)与固定平台(1)之间安装有三个结构相同的支链。每个支链均包括固定平台电机支架(3)、固定平台电机(4)、第一连杆(5)、第二连杆(6)、连接套(7)、丝杠(8)、滑块(9)、导轨顶部电机(10)和滑动导轨(11)，所述支链与动平台(2)、固定平台(1)的具体连接关系如下：
固定平台电机支架(3)沿圆周方向均布安装在固定平台(1)上，固定平台电机(4)安装在固定平台电机支架上，该固定平台电机(4)的输出轴通过第一销轴(12)与第二连杆(6)相连接，第二连杆(6)的另一端通过第二销轴(13)与第一连杆(5)的一端相连接，第一连杆(5)的另一端通过第三销轴(14)与动平台(2)相连接。
滑动导轨(11)沿圆周方向均布在固定平台(1)，其长度方向垂直于固定平台(1)，导轨顶部电机(10)安装在滑动导轨(11)的顶端，丝杠(8)通过轴承形式安置于滑动导轨(11)的内部，在滑块(9)中部制有螺纹孔(15)，在螺纹孔(15)的两侧分别制有导轨安装槽(16)，滑块(9)与滑动导轨(11)滑动配合，并且滑块(9)与丝杠(8)之间采用螺旋方式啮合；在滑块(9)的侧部安置有连接套(7)，连接套(7)与滑块(9)之间采用销轴的形式连接，并且连接套(7)中部制有一个方形孔(17)，通过该方形孔与第一连杆(5)进行滑动连接。
本三支链六自由度机器人驱动机构的工作原理是：导轨顶部电机(10)工作时，驱动丝杠(8)旋转，带动滑块(9)沿滑动导轨(11)上下移动，进而使得连接套(7)驱动第一连杆(5)绕第二销轴(13)转动，该第一销轴为第一连杆(5)与第二连接杆(6)之间的连接销；另外，驱动固定平台电机(4)，使得第二连杆(6)绕固定平台电机(4)轴线转动，进而拉动第一连杆(5)沿连接套(7)内的方形孔滑动，并且伴随着连接套(7)绕滑块(9)转动，该转动轴为连接套(7)与滑块(9)之间的第一销轴(12)。通过协同控制固定平台电机(4)和导轨顶部电机(10)能够驱动第一连杆(5)、第二连杆(6)来实现动平台(2)完成六个自由度的运动。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种三支链六自由度机器人驱动机构，包括安装执行器的动平台和固定平台，其特征在于：在动平台与固定平台之间安装有三个结构相同的支链；每个支链均包括固定平台电机支架、固定平台电机、第一连杆、第二连杆、连接套、丝杠、滑块、导轨顶部电机和滑动导轨；所述固定平台电机支架沿圆周方向均布安装在固定平台上，所述固定平台电机安装在固定平台电机支架上，该固定平台电机的输出轴与第二连杆的一端转动连接，第二连杆的另一端与第一连杆的一端转动连接，第一连杆的另一端与动平台转动连接；所述滑动导轨沿圆周方向均布安装在固定平台，其长度方向垂直于固定平台，所述导轨顶部电机安装在滑动导轨的顶端，所述丝杠通过轴承形式安装在滑动导轨的内部，所述滑块滑动安装在滑动导轨上，该滑块中部与丝杠采用螺旋方式啮合；所述连接套安装在滑块的外侧，该连接套与第一连杆滑动连接。
2.根据权利要求1所述的一种三支链六自由度机器人驱动机构，其特征在于：所述固定平台电机的输出轴通过销轴与第二连杆的一端相连接，所述第二连杆的另一端通过销轴与第一连杆的一端相连接，所述第一连杆的另一端通过销轴与动平台相连接。
3.根据权利要求1所述的一种三支链六自由度机器人驱动机构，其特征在于：所述滑块中部制有螺纹孔，通过该螺纹孔将丝杆与滑块啮合安装在一起；在螺纹孔的两侧分别制有导轨安装槽，通过该导轨安装槽与滑动导轨滑动安装在一起。
4.根据权利要求1所述的一种三支链六自由度机器人驱动机构，其特征在于：所述连接套上制有一方形孔，通过该方形孔将连接套与第一连杆滑动连接在一起。
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