專利名稱：非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，尤其涉及一種非對(duì)稱空間混聯(lián)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
由專利GB2173472(或EP0200369、US4790718)、SE8502327(或US4732525)和EP0674969(或US6336375)已知，現(xiàn)有的一類帶定位頭的空間混聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，包括至少三個(gè)可沿軸向伸長(zhǎng)或縮短的調(diào)節(jié)裝置；所述調(diào)節(jié)裝置的一端通過(guò)鉸鏈緊固于固定架上，使其能相對(duì)于固定架繞各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述調(diào)節(jié)裝置的另一端通過(guò)鉸鏈與定位頭連接；該結(jié)構(gòu)中還有一附加被動(dòng)支鏈，所述的附加被動(dòng)支鏈與所述的定位頭固定連接，并通過(guò)鉸鏈與固定架連接，以限制定位頭的某幾個(gè)自由度。在這一類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)中，均存在被動(dòng)滑動(dòng)和/或轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，不僅機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的數(shù)量較多，使其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中易于產(chǎn)生構(gòu)件間的干涉現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種既可保證高速度、高精度和高剛度等特性，又可使其構(gòu)件數(shù)量最少的非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人。
本發(fā)明的非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，包括固定架、第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、動(dòng)平臺(tái)和定位頭；所述固定架的中間部位設(shè)置有第一鉸鏈，所述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的上部通過(guò)第一鉸鏈設(shè)置在所述的固定架上，其末端與所述的動(dòng)平臺(tái)固接；所述固定架一個(gè)端面的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第二、第三鉸鏈，所述第二、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的上部分別通過(guò)第二、第三鉸鏈對(duì)稱設(shè)置在所述固定架該端面的兩側(cè)，它們的末端分別與所述的動(dòng)平臺(tái)鉸接；所述的定位頭連接在所述動(dòng)平臺(tái)的底部。
所述的第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置，由背面開有槽孔的管狀結(jié)構(gòu)、設(shè)置在管狀結(jié)構(gòu)頂部的電機(jī)、設(shè)置在管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部且與電機(jī)輸出軸連接的絲杠以及與所述絲杠形成運(yùn)動(dòng)副的絲杠螺母構(gòu)成，所述管狀結(jié)構(gòu)外部沿軸向設(shè)置有兩根導(dǎo)軌；所述的第二、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置，分別由管結(jié)構(gòu)、位于所述管結(jié)構(gòu)內(nèi)部的帶有螺紋的花鍵軸以及輸出軸與所述的花鍵軸連接的電機(jī)構(gòu)成。
所述的第一鉸鏈，包括內(nèi)環(huán)與外環(huán)，所述的內(nèi)環(huán)與外環(huán)通過(guò)左右兩個(gè)共線轉(zhuǎn)軸相連接，所述的外環(huán)與固定架通過(guò)前后兩個(gè)共線轉(zhuǎn)軸相連接，所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)壁上左右對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)滑塊，所述滑塊與所述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置中管狀結(jié)構(gòu)外部的兩根導(dǎo)軌構(gòu)成滑移副；所述的第二、第三鉸鏈分別為叉形結(jié)構(gòu)，所述叉形結(jié)構(gòu)的前部設(shè)置有連接第二或第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的第一轉(zhuǎn)軸，其尾部設(shè)置有連接固定架且與第一轉(zhuǎn)軸垂直的第二轉(zhuǎn)軸。
所述的定位頭由模塊接口以及設(shè)置在模塊接口下部的支撐框架構(gòu)成，所述的支撐框架內(nèi)部設(shè)置有第一電機(jī)，所述的模塊接口上部設(shè)置有其輸出軸軸線與第一電機(jī)的輸出軸軸線垂直的第二電機(jī)。
所述動(dòng)平臺(tái)上兩鉸鏈的分布形式有三種，即兩鉸鏈重合、兩鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)軸線的連線呈三角形、或兩鉸鏈的連線與動(dòng)平臺(tái)的軸線垂直相交。
所述的三個(gè)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)形式可采用電機(jī)-絲杠/帶螺紋花鍵軸結(jié)構(gòu)、直線電機(jī)結(jié)構(gòu)、液壓結(jié)構(gòu)或氣動(dòng)結(jié)構(gòu)中的任一種。
本發(fā)明的非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，與現(xiàn)有技術(shù)相比，減少了一個(gè)被動(dòng)支鏈，其有益效果是(1)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)量少，降低了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，減少了在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中構(gòu)件間產(chǎn)生干涉的可能性；(2)具有高速度、高精度、高剛度的性能和工作空間大的特點(diǎn)；(3)模塊化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)即插即用，既可單臺(tái)獨(dú)立使用，也可若干臺(tái)聯(lián)合作業(yè)，形成可重構(gòu)制造或裝配的單元與系統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的主視圖；圖3為本發(fā)明的側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明中的固定架5和其上鉸鏈21、31、41的一種結(jié)構(gòu)；圖5為本發(fā)明中第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4的一種結(jié)構(gòu)；圖6為本發(fā)明中定位頭7作為兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度子模塊的一種結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作以詳細(xì)描述。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明的非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，包括固定架5、第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4、第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置3、動(dòng)平臺(tái)6和定位頭7。所述的第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4的上部通過(guò)第一鉸鏈41設(shè)置在所述固定架5的中間，它的末端與所述的動(dòng)平臺(tái)6剛性連接；所述的第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置3的上部分別通過(guò)第二鉸鏈21、第三31對(duì)稱設(shè)置在所述固定架5一個(gè)端面的兩側(cè)，它們的末端分別通過(guò)具有三轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈22、32與所述的動(dòng)平臺(tái)6連接；所述動(dòng)平臺(tái)6的底部連接所述的定位頭7。
在此機(jī)構(gòu)中，所述的第一、第二、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4、2、3均可以沿軸向伸長(zhǎng)或縮短，所述的第一、第二、第三鉸鏈21、31、41分別具有至少兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，以使各長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置均可相對(duì)于固定架5繞各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4的末端與動(dòng)平臺(tái)6的剛性連接，使得動(dòng)平臺(tái)6在發(fā)生空間位移時(shí)，其機(jī)構(gòu)的空間姿態(tài)也同時(shí)發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)平臺(tái)6位置與機(jī)構(gòu)姿態(tài)耦合；具有2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的定位頭7，可在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中隨時(shí)調(diào)整由其位置變化引起的姿態(tài)變化。
為了便于敘述各部件旋轉(zhuǎn)軸線的方向，在圖2、圖3中建立參考坐標(biāo)系O-xyz，此坐標(biāo)系僅定義軸線方向，原點(diǎn)O的具體位置將隨分析對(duì)象的變化而改變。
在圖2、圖3中，定義坐標(biāo)系中的z軸，即第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4的對(duì)稱軸線11，進(jìn)一步定義鉸鏈21、31、41的運(yùn)動(dòng)中心分別為21’、31’、41’，并定義鉸鏈22、32的運(yùn)動(dòng)中心分別為22’、32’。由所述鉸鏈21、31、41的運(yùn)動(dòng)中心21’、31’、41’所確定的平面13為固定架5上的鉸鏈中心平面，它與第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4的對(duì)稱軸線11垂直；由鉸鏈22、32的運(yùn)動(dòng)中心22’、32’所確定的平面12為動(dòng)平臺(tái)6上的鉸鏈中心平面，它也與第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4的對(duì)稱軸線11垂直。定義軸線11與平面12的交點(diǎn)42’，如果認(rèn)為第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4通過(guò)剛性鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)6連接，則點(diǎn)42’可視為此剛性鉸鏈的中心。
在固定架5的鉸鏈中心平面13上，鉸鏈中心21’、31’、41’呈三角形分布，其分布情況以等邊三角形為最佳(不允許出現(xiàn)兩點(diǎn)重合或三點(diǎn)共線的情況，否則此發(fā)明將轉(zhuǎn)化為平面機(jī)器人或發(fā)生奇異)；在動(dòng)平臺(tái)6的鉸鏈中心平面12上，鉸鏈中心22’、32’可以重合，還可與點(diǎn)42’呈三角形分布或者三點(diǎn)共線。圖2所示的是鉸鏈中心21’、31’、41’呈等邊三角形分布，且鉸鏈中心22’、32’與點(diǎn)42’共線的情況。這種分布形式保證了本發(fā)明在各個(gè)方向均具有很高的剛度，使其能夠以任意擺放形式應(yīng)用于實(shí)際操作中。
所述的三個(gè)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)有兩種設(shè)置方式，即(1)第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置3和第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4具有相同結(jié)構(gòu)；(2)第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置3結(jié)構(gòu)相同，而第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4的結(jié)構(gòu)與兩者不同。
在本實(shí)施方式中，由于第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4與動(dòng)平臺(tái)6剛性連接，第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置3通過(guò)三轉(zhuǎn)動(dòng)自由度鉸鏈22、32與動(dòng)平臺(tái)6鉸接，因而作用于定位頭7或動(dòng)平臺(tái)6的大部分外力和外力矩，尤其是扭轉(zhuǎn)力矩將直接傳遞到第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4上，從而使第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4與第二、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和3相比需要更高的扭轉(zhuǎn)剛度。因此，如果采用第一種設(shè)置方式，使三個(gè)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置具有相同結(jié)構(gòu)，將不能保證將扭轉(zhuǎn)力矩有效地傳遞到與固定架5連接的機(jī)械結(jié)構(gòu)上。所以，這種設(shè)置方式雖然可以簡(jiǎn)化機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造，但從提高整機(jī)剛度的角度說(shuō)，并不可取。為了提高整機(jī)剛度，本實(shí)施方式采用了第二種設(shè)置方式，也就是使與動(dòng)平臺(tái)6剛性連接的第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4與其它兩個(gè)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和3具有不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)。由圖1可見(jiàn)，第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4比第一、第二兩個(gè)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和3擁有更大的徑向尺寸，同時(shí)，對(duì)第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4采用以其整體沿軸向相對(duì)固定架5和第一鉸鏈41滑動(dòng)的剛性臂形式來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。這種設(shè)置方式可使第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4具有足夠的剛度承受自重以及在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的外力和外力矩，并保證將扭轉(zhuǎn)力矩有效地傳遞到固定架5所連接的機(jī)械結(jié)構(gòu)上。
第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4(見(jiàn)圖5)的構(gòu)成，包括電機(jī)43、背面開有槽孔的管狀結(jié)構(gòu)44、位于管狀結(jié)構(gòu)44內(nèi)部的絲杠45、以及與絲杠45構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副并與內(nèi)環(huán)40剛性連接的絲杠螺母46，在管狀結(jié)構(gòu)44的外部沿軸向設(shè)置有兩根導(dǎo)軌。在電機(jī)43的驅(qū)動(dòng)下，管狀結(jié)構(gòu)44連同電機(jī)43、絲杠45相對(duì)絲杠螺母46沿軸向運(yùn)動(dòng)。另外，為了使第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4(或管狀結(jié)構(gòu)44)如前所述具有足夠的剛度承受扭轉(zhuǎn)力矩，除了要使第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4的外徑大于第二、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和3的外徑，還應(yīng)使所述管狀結(jié)構(gòu)44上所開的槽孔兩端封閉，并在管狀結(jié)構(gòu)44的內(nèi)壁設(shè)置加強(qiáng)筋。
設(shè)置在第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4與固定架5之間的第一鉸鏈41，由內(nèi)外兩個(gè)同心環(huán)40、50組成(見(jiàn)圖4)。第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4的外徑略小于內(nèi)環(huán)40的內(nèi)徑，所述內(nèi)環(huán)40的內(nèi)壁上對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)滑塊，所述滑塊與第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4外徑(管狀結(jié)構(gòu)44的外部)設(shè)置的兩根導(dǎo)軌構(gòu)成滑移副，使得長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4可以相對(duì)于內(nèi)環(huán)40沿軸向滑動(dòng)；內(nèi)環(huán)40通過(guò)左右兩個(gè)共線轉(zhuǎn)軸40a、40b與外環(huán)50連接，使得第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4和內(nèi)環(huán)40可以同時(shí)相對(duì)外環(huán)50繞y軸旋轉(zhuǎn)；外環(huán)50通過(guò)前后兩個(gè)共線轉(zhuǎn)軸50a、50b與固定架5連接，使得第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4和內(nèi)、外兩環(huán)40、50可以同時(shí)相對(duì)固定架5繞x軸旋轉(zhuǎn)。故此，第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4可以相對(duì)固定架5繞各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并沿軸向滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。
第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置3的結(jié)構(gòu)相同，它們分別包括管結(jié)構(gòu)24、34和位于管結(jié)構(gòu)24、34內(nèi)部的帶有螺紋的花鍵軸25、35，所述的花鍵軸25、35可在電機(jī)23、33的驅(qū)動(dòng)下相對(duì)管結(jié)構(gòu)24、34沿軸向移動(dòng)。所述固定架5一個(gè)端面的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有叉形結(jié)構(gòu)20、30，所述的管結(jié)構(gòu)24、34分別通過(guò)叉形結(jié)構(gòu)20、30前部的第一轉(zhuǎn)軸20a、30a與所述的叉形結(jié)構(gòu)20、30相連接(見(jiàn)圖4)，使第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置3可以分別相對(duì)叉形結(jié)構(gòu)20、30繞y軸旋轉(zhuǎn)；所述的叉形結(jié)構(gòu)20、30通過(guò)其尾部的第二轉(zhuǎn)軸20b、30b與固定架5相連，從而使第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置3又可以與叉形結(jié)構(gòu)20、30同時(shí)相對(duì)固定架5繞x軸旋轉(zhuǎn)。故此，第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置3相對(duì)固定架5實(shí)現(xiàn)繞各個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。帶有兩個(gè)垂直轉(zhuǎn)軸的叉形結(jié)構(gòu)20、30構(gòu)成使第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置3與固定架5連接的第二、第三鉸鏈21、31。
本實(shí)施方式中，三個(gè)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)形式采用了電機(jī)-絲杠/帶螺紋的花鍵軸結(jié)構(gòu)。在某種情況下，也可以采用直線電機(jī)結(jié)構(gòu)、液壓結(jié)構(gòu)或氣動(dòng)結(jié)構(gòu)中的任一種作為其構(gòu)成方式。
所述的定位頭7(見(jiàn)圖5)為子模塊設(shè)計(jì)，它由輸出軸軸線相互垂直的兩臺(tái)電機(jī)71、72、模塊接口70以及支撐框架73構(gòu)成。所述的定位頭7通過(guò)接口70與動(dòng)平臺(tái)6相連，并使電機(jī)71恰好位于動(dòng)平臺(tái)6的內(nèi)部而不可見(jiàn)。電機(jī)72則位于框架73之中，在電機(jī)71的驅(qū)動(dòng)下共同轉(zhuǎn)動(dòng)。為了使定位頭7能夠調(diào)整由動(dòng)平臺(tái)6的位置變化引起的姿態(tài)變化，末端執(zhí)行器應(yīng)垂直于電機(jī)72輸出軸軸線的方向安裝。至此，所述的定位頭7具有了繞z軸和繞x-y平面上一直線的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
所述的動(dòng)平臺(tái)6與第二、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和3之間的兩個(gè)鉸鏈22、32的運(yùn)動(dòng)中心，相對(duì)于動(dòng)平臺(tái)6的對(duì)稱軸線(亦為第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4的對(duì)稱軸線11)具有三種分布形式(1)兩鉸鏈的運(yùn)動(dòng)中心重合；(2)兩鉸鏈的運(yùn)動(dòng)中心分別位于上述對(duì)稱軸線11的兩側(cè)；(3)兩鉸鏈的運(yùn)動(dòng)中心位于其它位置。
當(dāng)分布形式為(3)時(shí)，兩個(gè)鉸鏈22、32的運(yùn)動(dòng)中心相對(duì)于動(dòng)平臺(tái)6的對(duì)稱軸線(上述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4的對(duì)稱軸線11)呈三角形分布。
綜上所述，本發(fā)明的非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人為模塊化設(shè)計(jì)，它包括三個(gè)可以沿軸向伸長(zhǎng)或縮短的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置，各長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的上部分別通過(guò)具有至少兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈21、31、41連接固定架5，而它們的末端與動(dòng)平臺(tái)6的連接方式是第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4與動(dòng)平臺(tái)6固接，第二、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2、3分別通過(guò)具有三轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈22、32與動(dòng)平臺(tái)6鉸接。這種設(shè)置方式，使第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置4可以相對(duì)于固定架5繞各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并沿軸向滑動(dòng)，還同時(shí)使第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置2和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置3相對(duì)于固定架5實(shí)現(xiàn)繞各個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)；又由于所述的動(dòng)平臺(tái)6上安裝了具有2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的定位頭7，所以，末端執(zhí)行器可實(shí)現(xiàn)5自由度運(yùn)動(dòng)。
由于本發(fā)明為模塊化設(shè)計(jì)，可以通過(guò)固定架5上的機(jī)械接口與固定龍門結(jié)構(gòu)、大距離或大角度進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及活動(dòng)機(jī)架連接使用，還可將若干臺(tái)本發(fā)明所述的機(jī)器人安裝在同一個(gè)固定結(jié)構(gòu)上聯(lián)合作業(yè)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)(1)減少了運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的數(shù)量，降低了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，也同時(shí)降低了其構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生干涉現(xiàn)象的可能；(2)具有高速度、高精度、高剛度的性能和工作空間大的特點(diǎn)，在某些應(yīng)用中，可起到數(shù)控機(jī)床或加工中心的作用；(3)模塊化設(shè)計(jì)，可使其通過(guò)固定架與其他機(jī)構(gòu)連接或組合，實(shí)現(xiàn)即插即用；(4)模塊化設(shè)計(jì)，使其不僅可以單臺(tái)獨(dú)立使用，又可若干臺(tái)聯(lián)合作業(yè)，形成重構(gòu)制造或裝配的單元與系統(tǒng)。
以上對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式的描述是示意性的，沒(méi)有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其他長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、鉸鏈以及定位頭的結(jié)構(gòu)方式作出其他實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，包括固定架、第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、動(dòng)平臺(tái)和定位頭；其特征是所述固定架的中間部位設(shè)置有第一鉸鏈，所述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的上部通過(guò)第一鉸鏈設(shè)置在所述的固定架上，其末端與所述的動(dòng)平臺(tái)固接；所述固定架一個(gè)端面的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第二、第三鉸鏈，所述第二、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的上部分別通過(guò)第二、第三鉸鏈對(duì)稱設(shè)置在所述固定架該端面的兩側(cè)，它們的末端分別與所述的動(dòng)平臺(tái)鉸接；所述的定位頭連接在所述動(dòng)平臺(tái)的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是所述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置，由背面開有槽孔的管狀結(jié)構(gòu)、設(shè)置在管狀結(jié)構(gòu)頂部的電機(jī)、設(shè)置在管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部且與電機(jī)輸出軸連接的絲杠以及與所述絲杠形成運(yùn)動(dòng)副的絲杠螺母構(gòu)成，所述管狀結(jié)構(gòu)外部沿軸向設(shè)置有兩根導(dǎo)軌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是所述的第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置，由管結(jié)構(gòu)、位于所述管結(jié)構(gòu)內(nèi)部的帶有螺紋的花鍵軸以及輸出軸與所述的花鍵軸連接的電機(jī)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是所述的第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置，由管結(jié)構(gòu)、位于所述管結(jié)構(gòu)內(nèi)部的帶有螺紋的花鍵軸以及輸出軸與所述的花鍵軸連接的電機(jī)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是所述的第一鉸鏈，包括內(nèi)環(huán)與外環(huán)，所述的內(nèi)環(huán)與外環(huán)通過(guò)左右兩個(gè)共線轉(zhuǎn)軸相連接，所述的外環(huán)與固定架通過(guò)前后兩個(gè)共線轉(zhuǎn)軸相連接，所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)壁上左右對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)滑塊，所述滑塊與所述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置中管狀結(jié)構(gòu)外部的兩根導(dǎo)軌構(gòu)成滑移副。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是所述的第二鉸鏈為叉形結(jié)構(gòu)，所述叉形結(jié)構(gòu)的前部設(shè)置有連接第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的第一轉(zhuǎn)軸，其尾部設(shè)置有連接固定架且與第一轉(zhuǎn)軸垂直的第二轉(zhuǎn)軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是所述的第三鉸鏈為叉形結(jié)構(gòu)，所述叉形結(jié)構(gòu)的前部設(shè)置有連接第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的第一轉(zhuǎn)軸，其尾部設(shè)置有連接固定架且與第一轉(zhuǎn)軸垂直的第二轉(zhuǎn)軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是所述的定位頭由模塊接口以及設(shè)置在模塊接口下部的支撐框架構(gòu)成，所述的支撐框架內(nèi)部設(shè)置有第一電機(jī)，所述的模塊接口上部設(shè)置有其輸出軸軸線與第一電機(jī)的輸出軸軸線垂直的第二電機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是所述動(dòng)平臺(tái)上兩鉸鏈的分布為三種形式中的一種，所述的三種形式為(1)兩鉸鏈的運(yùn)動(dòng)中心重合；(2)兩鉸鏈運(yùn)動(dòng)中心與動(dòng)平臺(tái)軸線的連線呈三角形；(3)兩鉸鏈運(yùn)動(dòng)中心的連線與動(dòng)平臺(tái)的軸線垂直相交。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征是所述的三個(gè)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)形式可采用電機(jī)-絲杠/帶螺紋花鍵軸結(jié)構(gòu)、直線電機(jī)結(jié)構(gòu)、液壓結(jié)構(gòu)或氣動(dòng)結(jié)構(gòu)中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非對(duì)稱空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人，它包括固定架、三個(gè)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、動(dòng)平臺(tái)和定位頭；第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的上部通過(guò)由內(nèi)外兩個(gè)同心環(huán)構(gòu)成的鉸鏈設(shè)置在固定架上，其末端與動(dòng)平臺(tái)剛性連接；第二、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的上部分別通過(guò)兩個(gè)叉形結(jié)構(gòu)構(gòu)成的鉸鏈對(duì)稱設(shè)置在固定架一個(gè)端面的兩側(cè)，它們的末端分別與動(dòng)平臺(tái)鉸鏈連接；所述的定位頭連接在所述動(dòng)平臺(tái)的底部。其優(yōu)點(diǎn)是模塊化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)即插即用；運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)量少，可降低運(yùn)動(dòng)過(guò)程中構(gòu)件間產(chǎn)生干涉的可能性；末端執(zhí)行件可實(shí)現(xiàn)5自由度運(yùn)動(dòng)，具有高速度、高精度、高剛度的性能和工作空間大的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J17/02GK1524662SQ0314428
公開日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2003年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月16日
發(fā)明者黃田, 李曚, 李占賢, 張大衛(wèi), 趙學(xué)滿, 黃 田 申請(qǐng)人:天津大學(xué)