一種含多軸轉(zhuǎn)動(dòng)支架的五自由度混聯(lián)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種混聯(lián)機(jī)器人。特別是涉及一種含多軸轉(zhuǎn)動(dòng)支架的五自由度混聯(lián)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]專(zhuān)利GB2173472(或 EP0200369、US4790718)、SE8502327 (或 US4732525)和EP0674969 (或US6336375)所公開(kāi)的一類(lèi)帶定位頭的空間混聯(lián)機(jī)器人，包括三個(gè)可沿軸向伸長(zhǎng)或縮短的主動(dòng)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，另一端通過(guò)鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)連接；該結(jié)構(gòu)中還有一從動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，所述的從動(dòng)調(diào)節(jié)裝置一端與所述的定位頭固定連接，另端通過(guò)鉸鏈與固定架連接，以限制定位頭的某幾個(gè)自由度。然而，此類(lèi)機(jī)器人由于與連接定位頭的主動(dòng)長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的鉸鏈為三自由度鉸鏈，且各長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置分別通過(guò)一個(gè)二自由度鉸鏈與機(jī)架連接，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)鉸鏈數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目居多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
[0003]專(zhuān)利CN102699899 A所公開(kāi)的一種過(guò)約束高剛度多坐標(biāo)混聯(lián)機(jī)器人，同樣包括三個(gè)可沿軸向伸長(zhǎng)或縮短的主動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和一條從動(dòng)調(diào)節(jié)裝置；其中兩條主動(dòng)調(diào)節(jié)裝置通過(guò)單自由度鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)連接，對(duì)稱(chēng)地設(shè)置在從動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的左右兩側(cè)，且所述兩條主動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和從動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)動(dòng)平面為同一平面；另外一個(gè)主動(dòng)調(diào)節(jié)裝置通過(guò)三自由度的球鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)連接，設(shè)置在從動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的下方。該機(jī)器人減少了機(jī)構(gòu)中鉸鏈自由度數(shù)目，但為過(guò)約束機(jī)構(gòu)，對(duì)零部件的制造和安裝有很?chē)?yán)格的要求。此外，各長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置分別通過(guò)一個(gè)二自由度鉸鏈與機(jī)架連接，使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)量較多，而且機(jī)架制造工藝比較復(fù)雜。
[0004]專(zhuān)利CN1212221 C公開(kāi)了一種四自由度混聯(lián)機(jī)器人，由具有兩自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)和與之串聯(lián)的二自由度轉(zhuǎn)頭組成。然而此機(jī)器人的并聯(lián)部分僅能實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)，需要串接在平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的機(jī)構(gòu)上才能實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種有效地減少了構(gòu)件數(shù)目、降低了制造成本，便于實(shí)時(shí)控制的含多軸轉(zhuǎn)動(dòng)支架的五自由度混聯(lián)機(jī)器人。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種含多軸轉(zhuǎn)動(dòng)支架的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，包括有定位頭和末端與定位頭串接的動(dòng)平臺(tái)，以及第一長(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)裝置和第四長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置，還設(shè)置有第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架和第二轉(zhuǎn)動(dòng)支架，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架的兩側(cè)端分別各通過(guò)一自由度鉸鏈旋轉(zhuǎn)地連接有一個(gè)第一固定軸座，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)支架的兩側(cè)端分別各通過(guò)一自由度鉸鏈旋轉(zhuǎn)地連接有一個(gè)第二固定軸座，所述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的一端貫穿所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架的中部與動(dòng)平臺(tái)固定連接，所述第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的一端分別貫穿所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架對(duì)應(yīng)地通過(guò)第二鉸鏈和第三鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)連接，所述第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置對(duì)稱(chēng)地設(shè)置于第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的兩側(cè)，所述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的中部分別各通過(guò)具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈連接在第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架上，所述第四長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的一端貫穿第二轉(zhuǎn)動(dòng)支架通過(guò)第四鉸鏈與動(dòng)平臺(tái)連接，所述第四長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的中部通過(guò)具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度鉸鏈旋轉(zhuǎn)地連接在第二轉(zhuǎn)動(dòng)支架上。
[0007]所述第四鉸鏈為具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的球鉸鏈，且三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不共線但相交于一點(diǎn)。
[0008]連接所述第一固定軸座和第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與連接所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架和第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直相交；連接所述第二固定軸座和第二轉(zhuǎn)動(dòng)支架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與連接所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)支架和第四長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直相交；連接所述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置和第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線、連接所述第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置和第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線以及連接所述第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置與第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線這三條軸線相互平行，所述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)動(dòng)平面為同一平面。
[0009]所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架包括有一體形成的位于中部的能夠貫穿第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置并用于實(shí)現(xiàn)第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置與第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架旋轉(zhuǎn)連接的中心孔，位于所述中心孔的兩側(cè)分別能夠貫穿第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置并用于實(shí)現(xiàn)第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置與第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架旋轉(zhuǎn)連接的第二側(cè)孔和第三側(cè)孔，以及分別位于第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架兩側(cè)端的用于實(shí)現(xiàn)第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架與兩個(gè)第一固定軸座旋轉(zhuǎn)連接的兩個(gè)側(cè)端孔，其中，所述的兩個(gè)側(cè)端孔同軸，軸線為縱軸，所述中心孔、第二側(cè)孔和第三側(cè)孔的軸線分別為第一橫軸、第二橫軸、第三橫軸且三條軸線相互平行，所述第一橫軸和縱軸垂直相交。
[0010]所述的第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置包括有:第一伸縮桿和套在所述第一伸縮桿上的內(nèi)圈，所述內(nèi)圈的外周面上形成有用于與所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架鉸接的第一連接銷(xiāo)軸，所述的第一伸縮桿上沿軸向固定設(shè)置有導(dǎo)軌，所述內(nèi)圈的內(nèi)周面上對(duì)應(yīng)所述導(dǎo)軌固定設(shè)置有能夠滑動(dòng)地嵌入在所述導(dǎo)軌內(nèi)使所述第一伸縮桿與所述內(nèi)圈構(gòu)成移動(dòng)副的滑塊。
[0011]所述的第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置和第四長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)相同，均包括:外管，伺服電機(jī)和第二伸縮桿，所述伺服電機(jī)連接在外管的一端，所述第二伸縮桿的一端插入在所述外管的另一端內(nèi)，其中，所述外管的外周面上設(shè)置有用于與所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架或第二轉(zhuǎn)動(dòng)支架鉸接的第二連接銷(xiāo)軸，所述的第二伸縮桿上沿軸向設(shè)置有鍵槽，所述外管的內(nèi)周面上固定連接有能夠嵌入到所述鍵槽內(nèi)，并與鍵槽配合，使外管和第二伸縮桿構(gòu)成移動(dòng)副的導(dǎo)向鍵，所述第二伸縮桿插入到外管內(nèi)的這一端固定連接有螺母，所述伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部連接絲杠，所述螺母與所述絲桿螺紋連接構(gòu)成螺旋移動(dòng)副，實(shí)現(xiàn)第二伸縮桿相對(duì)外管前后移動(dòng)，所述第二伸縮桿的另一端對(duì)應(yīng)連接第二鉸鏈或第三鉸鏈或第四鉸鏈。
[0012]所述的第二鉸鏈和第三鉸鏈均為具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈；連接所述第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置與動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和連接所述第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置與動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線分別與連接所述第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置與第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行。
[0013]所述的第二鉸鏈和第三鉸鏈均為具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈，且兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不共線但相交于一點(diǎn)。
[0014]所述的第二鉸鏈和第三鉸鏈均為具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的球鉸鏈，且三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不共線但相交于一點(diǎn)。
[0015]所述的第二長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置和第四長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置還能夠采用液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)替換伺服電機(jī)。
[0016]本實(shí)用新型的一種含多軸轉(zhuǎn)動(dòng)支架的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0017]1.第一、第二和第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置共用同一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)支架，與專(zhuān)利SE8502327所公開(kāi)的機(jī)器人相比，機(jī)構(gòu)中鉸鏈自由度數(shù)目減少了 6個(gè)，與專(zhuān)利CN102699899 A所公開(kāi)機(jī)器人相比，機(jī)構(gòu)中鉸鏈自由度數(shù)目減少了 2個(gè)，有效地減少了構(gòu)件數(shù)目、降低了制造成本；
[0018]2.采用四個(gè)固定軸座代替靜平臺(tái)可大幅度減少整機(jī)質(zhì)量，且可將其安裝到不同的機(jī)架上，以便搭建不同的裝備和制造系統(tǒng)；同時(shí)，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也使得在第一固定軸座和第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架和第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置內(nèi)的移動(dòng)副處很方便地安裝角度編碼器或者光柵尺，以便實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；
[0019]3.第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架上的安裝孔均在水平或豎直方向，具有良好的制造和裝配工藝性；
[0020]4.第一、第二、第三長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)動(dòng)平面共面，使得運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解均具有解析解，便于實(shí)時(shí)控制；
[0021]5.第二鉸鏈和第三鉸鏈具有多種實(shí)現(xiàn)形式，便于針對(duì)不同工況權(quán)衡選擇。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是圖1的后視圖；
[0024]圖3a是本實(shí)用新型第一轉(zhuǎn)動(dòng)支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3b是圖3a的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是本實(shí)用新型第一長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5是本實(shí)用新型第二、第三、第四長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6是圖5的B-B截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中:
[0034]5:動(dòng)平臺(tái)6