專利名稱：一種新型六自由度并聯(lián)機器人裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型六自由度并聯(lián)機器人裝置。
背景技術(shù)：
為了滿足空間復(fù)雜曲面的加工或沿復(fù)雜空間軌跡舉升重物等工程應(yīng)用的功能要 求，方案選型中可采用并聯(lián)機器人機構(gòu)來實現(xiàn)這種“空間移動和多方位轉(zhuǎn)動”的復(fù)合運動。 而在并聯(lián)機器人中一般實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，常用轉(zhuǎn)動鉸鏈，胡克鉸鏈，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但實現(xiàn)的 相對轉(zhuǎn)動數(shù)至多為2，在空間機構(gòu)中運用球鉸鏈可以實現(xiàn)3個方位的轉(zhuǎn)動，但并聯(lián)機構(gòu)中大 量使用球鉸則很少。如中國專利CN1256220C公開的一種六自由度并聯(lián)機器人裝置，用轉(zhuǎn)動 副加連桿等效球鉸鏈，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由空間機構(gòu)“型綜合”理論，使用12個球鉸鏈可以得到一種新型六自由度并聯(lián)機 器人裝置，它由靜平臺、動平臺及6條支鏈組成。其6支鏈均為PSS (P指移動副，S指球副) 形式，即，各支鏈桿兩端分別通過球副與動平臺及滑塊相連且球鉸中心在動平臺上不共面 (即臺體型)，而6個滑塊與靜平臺則形成移動副。由6個伺服電動機分別驅(qū)動滑塊，即可 實現(xiàn)動平臺不同位置和姿態(tài)的運動(即“空間移動和多方位轉(zhuǎn)動”的復(fù)合運動)——這種運 動完全可以滿足空間復(fù)雜曲面的加工或沿復(fù)雜空間軌跡舉升重物等工程應(yīng)用的功能要求。

實用新型內(nèi)容為了避免用“轉(zhuǎn)動副加連桿等效球鉸鏈”所導(dǎo)致的空間機構(gòu)的人為復(fù)雜性，依據(jù)空 間機構(gòu)“型綜合”理論，使用12個球鉸鏈構(gòu)建一種新型六自由度并聯(lián)機器人裝置以滿足空 間復(fù)雜曲面的加工或沿復(fù)雜空間軌跡舉升重物等工程應(yīng)用的復(fù)合運動功能要求，本實用新 型提供一種一種新型六自由度并聯(lián)機器人裝置。本實用新型的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案如下一種新型六自由度并聯(lián)機器人裝置包括靜平臺、六個支鏈和動平臺；所述靜平臺包括三根互相平行的橫截面為多邊形的縱梁，每根縱梁的上部為凸出 的倒V形導(dǎo)軌；三根縱梁中間分別設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)嵌設(shè)有橫板1G，使三根縱梁固定連接為 一個整體；橫板1G兩側(cè)的三根縱梁分別形成六根導(dǎo)軌，六個支鏈分別設(shè)在每個導(dǎo)軌上；所述動平臺包括上面板I0H、連接桿101和下底板10J，連接桿101通過螺紋連接 將上面板10H和下底板10J固定連接為一個整體；每個支鏈包括一塊滑塊、兩個球鉸總成和一個連桿總成；所述滑塊為長方體，其底 部設(shè)與縱梁凸槽配合的內(nèi)凹V形槽；所述球鉸總成包括球鉸座外殼、上球碗、下球碗和彈簧，球鉸座外殼為臺階狀圓柱 筒，其頂部設(shè)有上大下小的喇叭口，上球碗、下球碗和彈簧由上至下依次設(shè)于其內(nèi)，上球碗 和下球碗內(nèi)均設(shè)有半球形孔，上球碗的半球形孔和下球碗的半球形孔組成球形孔，上球碗 的半球形孔上部連通著倒喇叭形孔口，上球碗的倒喇叭形孔口對應(yīng)連通著球鉸座外殼上喇 叭口 ；其下部的外圓周上均布設(shè)有兩個以上的安裝孔；[0011]六個支鏈中的六個球鉸總成通過球鉸座外殼分別固定設(shè)于六塊滑塊頂部，六塊滑 塊分別配合設(shè)于六根導(dǎo)軌上；三個球鉸總成分別通過球鉸座外殼均布固定在上面板10H底 面，另三個球鉸總成分別通過球鉸座外殼均布固定在下底板10J底面；每個連桿總成包括上接桿、下接桿和桿體，上接桿和下接桿外端均為球形，其內(nèi)端 則為外螺紋；桿體為圓柱形桿，兩端均為內(nèi)螺紋桿且兩端螺紋旋向相反，上接桿和下接桿通 過螺紋連接著桿體；六個支鏈中的六根連桿總成的下接桿球形端分別位于六塊滑塊上的球鉸總成的 上球碗和下球碗組成的球形孔內(nèi)形成球鉸連接；位于靜平臺橫板1G—側(cè)中部導(dǎo)軌上的連 桿總成球形端和另一側(cè)兩邊導(dǎo)軌上的兩根連桿總成球形上端分別連接著上面板10H上的 三個球鉸總成的上球碗和下球碗組成的球形孔內(nèi)形成球鉸連接，另外三根上接桿的球形端 分別位于下底板10J上三個球鉸總成的上球碗和下球碗組成的球形孔內(nèi)形成球鉸連接。該新型六自由度并聯(lián)機器人裝置是一種目前研究較少的新機構(gòu)，它具有逆解唯一 的特點。必須指出，大多數(shù)并聯(lián)機構(gòu)逆解數(shù)是不具有唯一性的，這種逆解的多解必然導(dǎo)致在 線實時控制的實現(xiàn)復(fù)雜、困難，由于機器人的在線實時控制要計算逆解，因此與廣泛研究的 其它并聯(lián)機構(gòu)相比，本實用新型更易于實現(xiàn)在線實時控制；另一方面本實用新型采用了臺 體型結(jié)構(gòu)，在動平臺上分層均布球鉸座，從而減少了發(fā)生支鏈干涉的可能性；本實用新型采 用6個支鏈，每個支鏈由一個移動副和兩個球副形成，S卩，各支鏈桿兩端分別通過球副與動 平臺及滑塊相連且球鉸中心在動平臺上不共面(即臺體型)，而6個滑塊與靜平臺則形成移 動副。該裝置可以將6個滑塊的移動運動轉(zhuǎn)化為“空間復(fù)雜曲面加工或沿復(fù)雜空間軌跡舉 升重物”等工程應(yīng)用時所要求的空間運動。與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面(1)伺服電動機和減速器均布置在靜平臺上，機器人運動時不產(chǎn)生附加慣性力，因 此有良好的動力學(xué)特性。(2)舍棄了 “轉(zhuǎn)動副加連桿等效球鉸鏈”的方案，直接采用球鉸鏈，簡化了結(jié)構(gòu)。(3)動平臺上的球鉸座分層均布，減少了發(fā)生支鏈干涉的可能性。(4)逆解唯一，便于在線實時控制。

圖1為本實用新型總裝配結(jié)構(gòu)前視圖，圖2為本實用新型總裝配結(jié)構(gòu)后視圖，圖3為靜平臺與滑塊相對位置示意圖，圖4為滑塊示意圖，圖5為上、下球鉸總成示意圖，圖6為連桿總成示意圖，圖7為動平臺總成示意圖，圖8為上球鉸座與動平臺定位關(guān)系示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步地說明。[0029]實施例參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，圖7和圖8，一種新型六自由度并聯(lián)機器人裝 置包括靜平臺、六個支鏈和動平臺。靜平臺包括三根互相平行的橫截面為多邊形的縱梁，每根縱梁的上部為凸出的倒 V形導(dǎo)軌；三根縱梁中間分別設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)嵌設(shè)有橫板1G，使三根縱梁固定連接為一個 整體；橫板1G兩側(cè)的三根縱梁分別形成六根導(dǎo)軌，即導(dǎo)軌1A、導(dǎo)軌1B、導(dǎo)軌1C、導(dǎo)軌1D、導(dǎo) 軌1E和導(dǎo)軌1F，見圖3 ；六個支鏈分別設(shè)在每個導(dǎo)軌上。動平臺包括上面板10H、連接桿101和下底板10J，連接桿101通過螺紋連接將上 面板10H和下底板10J固定連接為一個整體，見圖7 ；每個支鏈包括一塊滑塊、兩個球鉸總成和一個連桿總成；滑塊為長方體，其底部設(shè) 與縱梁凸槽配合的內(nèi)凹V形槽，見圖4 ；球鉸總成包括球鉸座外殼3、上球碗4、下球碗5和彈簧6，球鉸座外殼為臺階狀圓 柱筒，其頂部設(shè)有上大下小的喇叭口，上球碗、下球碗和彈簧由上至下依次設(shè)于其內(nèi)，上球 碗和下球碗內(nèi)均設(shè)有半球形孔，上球碗的半球形孔和下球碗的半球形孔組成球形孔，上球 碗的半球形孔上部連通著倒喇叭形孔口，上球碗的倒喇叭形孔口對應(yīng)連通著球鉸座外殼上 喇叭口 ；其下部的外圓周上均布設(shè)有兩個以上的安裝孔，見圖5 ；滑塊2A、滑塊2B、滑塊2C、滑塊2D、滑塊2E和滑塊2F分別配合安裝于導(dǎo)軌1A、導(dǎo) 軌1B、導(dǎo)軌1C、導(dǎo)軌1D、導(dǎo)軌1E和導(dǎo)軌1F上，見圖3 ；六個支鏈中的六個球鉸總成通過球鉸 座外殼分別固定安裝于六塊滑塊頂部，三個球鉸總成分別通過球鉸座外殼均布固定在上面 板10H底面，另三個球鉸總成分別通過球鉸座外殼均布固定在下底板10J底面；每個連桿總成包括上接桿9、下接桿7和桿體8，見圖6，上接桿和下接桿外端均為 球形，其內(nèi)端則為外螺紋；桿體為圓柱形桿，兩端均為內(nèi)螺紋桿且兩端螺紋旋向相反，上接 桿9和下接桿7通過螺紋連接著桿體8 ；六個支鏈中的六根連桿總成的下接桿7的球形端分別位于六塊滑塊上的球鉸總 成的上球碗4和下球碗5組成的球形孔內(nèi)形成球鉸連接；位于靜平臺橫板1G —側(cè)中部導(dǎo)軌 上的連桿總成球形端和另一側(cè)兩邊導(dǎo)軌上的兩根連桿總成球形上端分別連接著上面板10H 上的三個球鉸總成的上球碗和下球碗組成的球形孔內(nèi)形成球鉸連接，另外三根上接桿的球 形端分別位于下底板10J上三個球鉸總成的上球碗和下球碗組成的球形孔內(nèi)形成球鉸連 接。動平臺連接桿101在固定連接上面板10H和下底板10J時，應(yīng)使球鉸座與動平臺 滿足下述“分層均布”的定位關(guān)系，見圖8 (1)上面板10H上的三個球鉸座，應(yīng)布置在圓周3等分分角線與上面板10H的圓周 定位線10H1的交點處；(2)下面板10J上的三個球鉸座，應(yīng)布置在圓周3等分分角線與下面板10J的圓周 定位線10J1的交點處；(3)上面板10H上的三個球鉸座和下面板10J上的三個球鉸座，應(yīng)按逆時針均勻交 錯布置在圓周6等分分角線上。理論分析和計算機仿真表明，上球鉸座與動平臺相對定位中采用“分層均布”策略 可有效的避免支鏈干涉。[0043]通過六個伺服電機驅(qū)動減速器和絲桿，使六個滑塊，即滑塊2A、滑塊2B、滑塊2C、 滑塊2D、滑塊2E和滑塊2F沿靜平臺導(dǎo)軌即導(dǎo)軌1A、導(dǎo)軌1B、導(dǎo)軌1C、導(dǎo)軌1D、導(dǎo)軌1E和導(dǎo) 軌1F移動，從而使動平臺的上面板10H、連接桿101和下底板10J獲得不同的空間位置和姿 態(tài)。實現(xiàn)空間復(fù)雜曲面的加工或沿復(fù)雜空間軌跡舉升重物等工程應(yīng)用要求。本實用新型所涉及的一種新型六自由度并聯(lián)機器人裝置為閉環(huán)空間機構(gòu)，一般 地，若在三維空間中有n個完全不受約束的物體，并且任選其中的一個為固定參照物(機 架)，因每個物體相對該參照物都有6個運動自由度，則n個物體相對固定參照物共有 6(n-l)個運動自由度。若在所有的物體之間用運動副連接起來，設(shè)第i個運動副的約束為 Ui，此約束視其類型、性質(zhì)可以取1和5之間的數(shù)值，如果所有個物體之間的運動副數(shù)目為
g，則這時的構(gòu)件自由運動自由度應(yīng)減去所有的約束數(shù)的總和方為該機構(gòu)自由度 這里F表示自由度。在一般情況下，上式中的Ui可以用代之，而&則為第
i個運動副的相對自由度數(shù) 這就是一般形式的空間機構(gòu)自由度計算公式——Kutzbach Grubler公式。在本實用新型所涉及的一種新型六自由度并聯(lián)機器人裝置中，n = 13 ;g = 18 ；6 個滑塊共6個自由度，又，6個支鏈桿兩端共12個球面副，每個球面副的自由度為3，故，代 入式(2)計算得該并聯(lián)機構(gòu)自由度F = 6。即該機器人需要6個主動件，由6個伺服電動機產(chǎn)生。
權(quán)利要求一種新型六自由度并聯(lián)機器人裝置，其特征在于包括靜平臺、六個支鏈和動平臺；所述靜平臺包括三根互相平行的橫截面為多邊形的縱梁，每根縱梁的上部為凸出的倒V形導(dǎo)軌；三根縱梁中間分別設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)嵌設(shè)有橫板(1G)，使三根縱梁固定連接為一個整體；橫板(1G)兩側(cè)的三根縱梁分別形成六根導(dǎo)軌，六個支鏈分別設(shè)在每個導(dǎo)軌上；所述動平臺包括上面板(10H)、連接桿(10I)和下底板(10J)，連接桿(10I)通過螺紋連接將上面板(10H)和下底板(10J)固定連接為一個整體；每個支鏈包括一塊滑塊、兩個球鉸總成和一個連桿總成；所述滑塊為長方體，其底部設(shè)與縱梁凸槽配合的內(nèi)凹V形槽；所述球鉸總成包括球鉸座外殼、上球碗、下球碗和彈簧，球鉸座外殼為臺階狀圓柱筒，其頂部設(shè)有上大下小的喇叭口，上球碗、下球碗和彈簧由上至下依次設(shè)于其內(nèi)，上球碗和下球碗內(nèi)均設(shè)有半球形孔，上球碗的半球形孔和下球碗的半球形孔組成球形孔，上球碗的半球形孔上部連通著倒喇叭形孔口，上球碗的倒喇叭形孔口對應(yīng)連通著球鉸座外殼上喇叭口；其下部的外圓周上均布設(shè)有兩個以上的安裝孔；六個支鏈中的六個球鉸總成通過球鉸座外殼分別固定設(shè)于六塊滑塊頂部，六塊滑塊分別配合設(shè)于六根導(dǎo)軌上；三個球鉸總成分別通過球鉸座外殼均布固定在上面板(10H)底面，另三個球鉸總成分別通過球鉸座外殼均布固定在下底板(10J)底面；每個連桿總成包括上接桿、下接桿和桿體，上接桿和下接桿外端均為球形，其內(nèi)端則為外螺紋；桿體為圓柱形桿，兩端均為內(nèi)螺紋桿且兩端螺紋旋向相反，上接桿和下接桿通過螺紋連接著桿體；六個支鏈中的六根連桿總成的下接桿球形端分別位于六塊滑塊上的球鉸總成的上球碗和下球碗組成的球形孔內(nèi)形成球鉸連接；位于靜平臺橫板(1G)一側(cè)中部導(dǎo)軌上的連桿總成球形端和另一側(cè)兩邊導(dǎo)軌上的兩根連桿總成球形上端分別連接著上面板(10H)上的三個球鉸總成的上球碗和下球碗組成的球形孔內(nèi)形成球鉸連接，另外三根上接桿的球形端分別位于下底板(10J)上三個球鉸總成的上球碗和下球碗組成的球形孔內(nèi)形成球鉸連接。
專利摘要本實用新型涉及一種新型六自由度并聯(lián)機器人裝置。該裝置包括靜平臺、六個支鏈和動平臺；靜平臺包括三根平行的縱梁，其中間嵌設(shè)有橫板，使三根縱梁連接為一個整體，并形成六根導(dǎo)軌，六個支鏈分別設(shè)在每個導(dǎo)軌上；動平臺包括由連接桿連接成整體的上面板和下底板；每個支鏈包括一塊滑塊、兩個球鉸總成和一個連桿總成；滑塊配合設(shè)于導(dǎo)軌上；六個支鏈中的六個球鉸總成分別連接著六塊滑塊；三個球鉸總成分別均布于上面板上，另三個球鉸總成分別均布于下底板上；每個連桿總成兩端則與球鉸總成形成球鉸連接。本實用新型動力學(xué)特性良好；采用球鉸鏈，簡化了結(jié)構(gòu)；動平臺上的球鉸座分層均布，減少了發(fā)生支鏈干涉的可能性；逆解唯一，便于在線實時控制。
文檔編號B25J9/08GK201592434SQ20102010286
公開日2010年9月29日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日
發(fā)明者余雷, 王建彬, 肖平, 許德章, 賈文友, 高洪 申請人:安徽工程科技學(xué)院