專利名稱：一種柔順關節并聯機器人裝置的制作方法
技術領域：
本發明公開了一種含有柔順關節的并聯機構，屬于機械結構設計與制造領域。
背景技術：
并聯機構是一類與串聯機構互為對偶關系的機械結構，它具有剛度大、承載能力強、誤差小等一系列優點。目前并聯機構多是由剛性運動副來傳遞力和運動，但剛性運動副間隙會帶來的沖撞、摩擦、磨損及潤滑問題，及高速運動中，由機構震動帶來的運動不穩定性等問題。柔順并聯機構，利用機構中柔順鉸鏈自身的柔性變形來完成運動、力和能量的傳遞和轉換，在結構上簡化甚至沒有運動副，從而避免了傳統并聯機構的問題。在具有機構整體大范圍運動的一般意義并聯機器人上，用柔順關節替代傳統運動副所帶來的優越性尚未被揭示出來，而這方面的探索性研究如果能有所突破，顯然具有更加深遠的理論意義和更加廣闊的應用價值。
發明內容
為了解決現有柔順并聯機構存在震動、柔順鉸鏈運動范圍小等問題，本發明提出了一種具有3個柔性鉸鏈的平面并聯機構實驗裝置。在結構上設計了柔順鉸鏈，改善了機構本身的震動問題并有線尺傳感器用于實驗數據采集，提高了機構的精度和穩定性。一種柔順關節并聯機器人裝置，其特征在于:其包括動平臺5，靜平臺12，三個線尺傳感器4及三條結構相同的運動支鏈；靜平臺呈成正三角形分布，三個線尺傳感器4分別位于正三角形的三條邊的中點位置；靜平臺12上有三個底座，每個底座從上至下分別由托盤7，減速器8及伺服電機9構成；三個伺服電機分別固定于靜平臺12的三個角上，三個減速器8輸出端分別與三個運動支鏈通過剛性回轉副6連接，所述的運動支鏈包括主動桿1，從動桿3，兩者由柔性鉸鏈2連接；從動桿與動平臺通過剛性回轉副6連接；托盤7位于減速器8與剛性回轉副6之間，其上固定一對限位開關14，在托盤7上位于主動桿正下方固定一個回零開關13 ;所述三個電機及線尺傳感器4各通過控制線10分別連接于工控機11。進一步，所述的主動桿I與從動桿3的桿截面為方形空心管結構。進一步，主動桿與從動桿之間的柔性鉸鏈2為C型。所述三個底座及線尺傳感器4各通過控制線10分別連接于工控機11。基于RTLinux系統軟件開發的控制機，利用可編程多軸運動控制器實時的接發指令，使伺服驅動器觸發伺服電機9工作；當伺服電機工作時帶動連接剛性回轉副6的主動桿I 一起轉動，由主動桿I與從動桿3通過柔性鉸鏈2連接構成的三條支鏈并聯機構裝置，同時運行起來，實現了動平臺5中心在水平面內可沿著橫軸X軸、縱軸Y軸方向的轉動；由線尺傳感器4記錄動平臺的移動位置。所述的可編程多軸運動控制器插于工控機的PCI插槽上，通過PCI總線與上位機通訊。這樣，本發明的實驗裝置就可以實現在垂直與Z軸的水平面內沿著橫軸X軸、縱軸Y軸的移動。本實驗裝置所述的主動桿I與從動桿3的桿截面為方形空心管結構，在桿重量不變的前提下，有效的增大桿的剛度，減輕運動中造成的震動。此外主動桿與從動桿之間的柔性鉸鏈2有別于傳統的轉動副，它是利用自身材料的柔性變形來完成運動和力的傳遞及轉換的結構關節。從外觀上這種柔順關節呈現C型，當桿件相對運動時，裂縫會向中間收攏并且傾斜，實現大約70°范圍轉動。與傳統柔順關節相比，這種C型彈簧鋼片柔順關節沒有軸心漂移現象并且能實現更大的轉動范圍。
圖1是本發明一種柔順關節并聯機器人裝置結構示意圖；圖2是本發明實驗裝置結構主視圖；圖3是本發明實驗裝置局部俯視圖；圖4是本發明實驗裝置機械結構部分柔性鉸鏈主視圖；圖5是本發明實驗裝置機械結構部分柔性鉸鏈右視圖；圖6是本發明實驗裝置柔性鉸鏈的連接主視圖；圖7是本發明實驗裝置的工作原理圖。圖中:1、主動桿，2、柔性鉸鏈，3、從動桿，4、線尺傳感器,5、動平臺，6、剛性回轉副
7、托盤，8、減速器，9、伺服電機，10、控制線，11、工控機，12、靜平臺，13、回零開關，14限位開關。
具體實施例方式一種柔順關節并聯機器人裝置，其特征在于:其包括動平臺5，靜平臺12，三個線尺傳感器4及三條結構相同的運動支鏈；靜平臺呈成正三角形分布，三個線尺傳感器4分別位于正三角形的三條邊的中點位置；靜平臺12上有三個底座，每個底座從上至下分別由托盤7，減速器8及伺服電機9構成；三個伺服電機分別固定于靜平臺12的三個角上，三個減速器8輸出端分別與三個運動支鏈通過剛性回轉副6連接，所述的運動支鏈包括主動桿1，從動桿3，兩者由柔性鉸鏈2連接；從動桿與動平臺通過剛性回轉副6連接；托盤7位于減速器8與剛性回轉副6之間，其上固定一對限位開關14，在托盤7上位于主動桿正下方固定一個回零開關13 ;所述三個電機及線尺傳感器4各通過控制線10分別連接于工控機11。所述的主動桿I與從動桿3的桿截面為方形空心管結構。主動桿與從動桿之間的柔性鉸鏈2為C型。主要零件尺寸:主動桿尺寸20*20*374，材料:鋁方管2017從動桿尺寸20*20*380，材料:鋁方管2017C形柔順關節:尺寸R30，材料:彈簧鋼片，厚度0.2mm將主要零件通過發明內容中的描述方式連接搭建實驗臺，在XY軸平面內運行半徑為IOOmm整圓軌跡，實驗數據分析結果如下:
權利要求
1.一種柔順關節并聯機器人裝置，其特征在于: 其包括動平臺(5)，靜平臺(12)，三個線尺傳感器(4)及三條結構相同的運動支鏈；靜平臺呈成正三角形分布，三個線尺傳感器(4)分別位于正三角形的三條邊的中點位置；靜平臺(12)上有三個底座，每個底座從上至下分別由托盤(7)，減速器(8)及伺服電機(9)構成；三個伺服電機分別固定于靜平臺(12)的三個角上，三個減速器(8)輸出端分別與三個運動支鏈通過剛性回轉副(6)連接，所述的運動支鏈包括主動桿(1)，從動桿(3)，兩者由柔性鉸鏈(2)連接；從動桿與動平臺通過剛性回轉副(6)連接；托盤(7)位于減速器(8)與剛性回轉副(6)之間，其上固定一對限位開關(14)，在托盤(7)上位于主動桿正下方固定一個回零開關(13);所述三個電機及線尺傳感器(4)各通過控制線(10)分別連接于工控機(11)。
2.根據權利要求1所述的一種柔順關節并聯機器人裝置，其特征在于: 所述的主動桿(I)與從動桿(3)的桿截面為方形空心管結構。
3.根據權利要求1所述的一種柔順關節并聯機器人裝置，其特征在于: 主動桿與從動桿之間的柔性鉸鏈(2)為C型。
全文摘要
一種柔順關節并聯機器人裝置屬于機械領域。其包括動平臺，靜平臺，三個線尺傳感器及三條結構相同的運動支鏈；靜平臺呈成正三角形分布，三個線尺傳感器分別位于正三角形的三條邊的中點位置；靜平臺上有三個底座，每個底座從上至下分別由托盤，減速器及伺服電機構成；三個伺服電機分別固定于靜平臺的三個角上，三個減速器輸出端分別與三個運動支鏈通過剛性回轉副連接，所述的運動支鏈包括主動桿，從動桿，兩者由柔性鉸鏈連接；托盤位于減速器與剛性回轉副之間，其上固定一對限位開關和一個回零開關；三個電機及線尺傳感器各通過控制線分別連接于工控機。本裝置解決了現有柔順并聯機構存在震動、柔順鉸鏈運動范圍小等問題。
文檔編號B25J9/00GK103111999SQ20131005759
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月23日 優先權日2013年2月23日
發明者馬蘭, 余躍慶, 李淵, 崔忠煒 申請人:北京工業大學