一種可重構球面并聯機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于球面并聯機器人的技術領域，具體涉及一種可重構球面并聯機器人，發明目的是為了在不進行拆解的前提下實現多種構型之間的相互轉換。其包括動平臺、驅動支鏈以及定平臺，所述動平臺和定平臺由三條結構相同的驅動支鏈進行連接，動平臺的滑動軌道Ⅰ與弧形桿件的滑動軌道Ⅱ通過組合式滑塊連接，可實現組合式滑塊在動平臺的滑動軌道Ⅰ與弧形桿件的滑動軌道Ⅱ上的滑動，定平臺與電機支架固定連接。本實用新型的靈活性、柔性更好，對工作環境具有更強的適應性。
【專利說明】
一種可重構球面并聯機器人
技術領域
[0001]本實用新型屬于球面并聯機器人的技術領域，具體涉及一種可重構球面并聯機器人。
【背景技術】
[0002]球面并聯機器人作為一種特殊的并聯機器人，其特點是所有轉動副軸線匯交于球心，末端執行器可實現繞球心的自由轉動，可作為衛星天線的方位跟蹤系統，仿生機器人的腕關節、肩關節、腰關節，球面雕刻機以及各類航空器的地面自動跟蹤設備的結構方案，具有重要的應用價值和前景。
[0003]由于機器人的應用范圍越來越廣，而每種構型僅能適應一定范圍。因此機器人的柔性不能滿足市場日益變化的需求，解決辦法就是開發新的可重構機器人。這種可重構機器人能夠自動改變構型來適應環境和任務的改變。可重構機器人在適應性、可重復使用性、緊湊性和處理緊急事物方面均有優勢。可重構機器人的研究已成為機器人學一個新的研究方向，也是新的研究熱點。
[0004]大多數球面并聯機器人主要組成部分的結構都很類似，主要的區別在于驅動支鏈上的運動副類型以及運動副的結構位置，所以，將不同構型的球面并聯機構的組件進行多功能化，同一組件上可實現多種運動副之間的相互轉換，通過運動副之間的相互轉換來實現不同構型之間轉換，完成多種構型的集成，降低加工成本，結構緊湊。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的設計一種可重構球面并聯機器人，在不進行拆解的前提下實現多種構型之間的相互轉換，可根據具體的應用場合以及不同的功能要求進行快速重構，避免了對原有構型的拆除和新構型的重新裝配，從而節省了大量的時間。
[0006]本實用新型采用如下的技術方案實現的:
[0007]—種可重構球面并聯機器人，包括:動平臺、驅動支鏈以及定平臺，其特征所述的動平臺包括三條結構相同的滑動軌道I，所述驅動支鏈包括組合式滑塊、弧形桿件、電機、電機支架以及運動副，弧形桿件上有滑動軌道Π;所述動平臺和定平臺由三條結構相同的驅動支鏈進行連接，動平臺的滑動軌道I與弧形桿件的滑動軌道Π通過組合式滑塊連接，可實現組合式滑塊在動平臺的滑動軌道I與弧形桿件的滑動軌道Π上的滑動，定平臺與電機支架固定連接。
[0008]三條驅動支鏈可形成RPRP型或RPR型或RRP型或PRR型或RPP型運動支鏈，三條驅動支鏈的運動副組成類型既可以完全相同也可進行交叉組合，實現多種構型之間的相互轉換。
[0009]所述的組合式滑塊包括滑塊1、滑塊Π，所述的驅動支鏈上的運動副最多有四個，一個是連接于電機和弧形桿件之間的轉動副R，一個是連接于弧形桿件和滑塊Π之間的移動副P，一個是連接于滑塊I和滑塊Π之間的轉動副R，另一個是連接于滑塊I和動平臺I上的滑動軌道I之間的移動副P，而且每個運動副都可實現自鎖，鎖定形成運動副的兩個構件之間的相對運動，連接于電機和弧形桿件之間的轉動副R和連接于弧形桿件和滑塊Π之間的移動副P是被驅動的，P代表移動副，R代表轉動副。
[0010]連接于弧形桿件和滑塊Π之間的移動副P和連接于滑塊I和滑動軌道I之間的移動副P可通過內六角無頭螺絲進行鎖緊，使得滑塊被固定在滑動軌道的預定位置;連接于電機和弧形桿件之間的轉動副R可通過對電機的控制進行鎖緊，使得弧形桿件可以被定位在預定的位置。驅動支鏈可通過選擇運動副的鎖緊位置對支鏈的有效尺寸進行改變，實現了同一種構型的尺寸規格的重構。
[0011]優選的，組合式滑塊還包括圓頭十字螺絲、套筒，螺母，其中所述滑塊I和滑塊Π與套筒進行配合，使得滑塊I和滑塊π可繞套筒的軸線進行旋轉，螺母和圓頭十字螺絲對滑塊I和滑塊Π以及套筒在沿套筒的軸向進行固定;滑塊I和滑塊Π截面為T形，分別嵌入具有T形截面的動平臺的滑動軌道I和弧形桿件的滑動軌道Π中，分別組成移動副；滑塊I和滑塊Π在垂直于套筒軸線方向分別開有定位孔，動平臺的滑動軌道I和弧形桿件的滑動軌道Π上開有若干可與定位孔左右對應的鎖緊孔，定位孔和鎖緊孔通過內六角無頭螺絲連接。
[0012]本實用新型的特點和有益效果:
[0013]1.本實用新型的機器人通過運動副的自鎖實現了六自由度球面并聯機構與三自由度球面并聯機構之間的相互轉換，通過運動副之間的切換實現了多種三自由度球面并聯機構之間的相互轉換，通過改變運動副的鎖緊位置實現了每種構型的尺寸重構。
[0014]2.該構型可重構的球面并聯機器人具有以下優點:
[0015](I)機構簡單、結構緊湊；
[0016](2)實現了六自由度球面并聯機構與三自由度球面并聯機構之間的相互轉換；
[0017](3)實現了多種相同驅動支鏈三自由度球面并聯機構之間的相互轉換；
[0018](4)實現了球面并聯機構的不同驅動支鏈的混聯構型。
[0019](5)實現了球面并聯機器人中每種構型的尺寸規格的重構。
[0020]這些優點使得該可重構的球面并聯機器人的靈活性、柔性更好，對工作環境具有較強的適應性。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為一種可重構球面并聯機器人的結構示意圖；
[0022]圖2為驅動支鏈的結構示意圖；
[0023]圖3為組合式滑塊的整體結構示意圖；
[0024]圖4為組合式滑塊的內部結構示意圖；
[0025]圖5為移動副P的鎖緊原理結構示意圖；
[0026]圖中標號:1_動平臺，1.1-滑動軌道I，2-組合式滑塊I，2.1-圓頭十字螺絲，2.2-滑塊I，2.3_滑塊11，2.4_定位孔，2.5_套筒，2.6-螺母，3-弧形桿件，3.1-滑動軌道Π，4_驅動電機，5-電機支架，5.1-電機定位孔，6-定平臺，7-內六角無頭螺絲，8-螺紋孔。
【具體實施方式】
[0027]結合附圖1-5對本實用新型的【具體實施方式】作進一步說明。
[0028]—種可重構球面并聯機器人，包括:動平臺1、驅動支鏈、定平臺6等。所述驅動支鏈包括:組合式滑塊2、弧形桿件3、電機4、電機支架5;所述動平臺I和定平臺6由三條結構相同的驅動支鏈進行連接，動平臺I的滑動軌道1.1與驅動支鏈的弧形桿件3通過組合式滑塊2連接，可實現組合式滑塊2在動平臺的滑動軌道11.1與弧形桿件3的滑動軌道Π 3.1上的滑動，定平臺I與電機支架5通過定位孔5.1固定連接。
[0029]三條驅動支鏈可形成RPRP型或RPR型或RRP型或PRR型或RPP型運動支鏈，三條驅動支鏈的運動副組成類型既可以完全相同也可進行交叉組合，實現多種構型之間的相互轉換，通過選擇運動副的鎖緊位置對支鏈的有效尺寸進行改變，實現了同一種構型的尺寸重構。
[0030]每條驅動支鏈包括:組合式滑塊2、弧形桿件3、電機4、電機支架5以及配合形成的運動副；組合式滑塊2包括滑塊12.2、滑塊Π 2.3;所述運動副最多有四個，一個是連接于電機4和弧形桿件3之間的轉動副R，一個是連接于弧形桿件3和滑塊Π 2.3之間的移動副P，一個是連接于組合式滑塊2中的滑塊12.2和滑塊Π 2.3之間的轉動副R，另一個是連接于滑塊I
2.2和動平臺I上的滑動軌道I1.1之間的移動副P，而且每個運動副都可實現自鎖，鎖定形成運動副的兩個構件之間的相對運動，其中，連接于電機4和弧形桿件3之間的轉動副R和連接于弧形桿件3和滑塊Π 2.3之間的移動副P是被驅動的。
[0031]所述運動副中，連接于弧形桿件3和組合式滑塊2中的滑塊Π2.3之間的移動副P和連接于組合式滑塊2中的滑塊12.2和動平臺I上的滑動軌道I1.1之間的移動副P可通過內六角無頭螺絲7與組合式滑塊2的定位孔2配合鎖緊，滑塊被固定在滑動軌道的預定位置，從而實現運動副的鎖緊;連接于電機4和弧形桿件3之間的轉動副R可通過對電機的控制進行鎖緊，使得弧形桿件3可以被定位在預定的位置。
[0032]進一步來說，組合式滑塊2還包括圓頭十字螺絲2.1、套筒2.5，螺母2.6，其中所述滑塊12.2和滑塊Π 2.3與套筒2.5進行配合，使得滑塊12.2和滑塊Π 2.3可繞套筒2.5的軸線進行旋轉，螺母2.6和圓頭十字螺絲2.1對滑塊12.2和滑塊Π 2.3以及套筒2.5在沿套筒2.5的軸向進行固定;滑塊12.2和滑塊Π 2.3截面為T形，分別嵌入具有T形截面的動平臺的滑動軌道I1.1和弧形桿件3的滑動軌道Π3.1中，分別組成移動副;滑塊12.2和滑塊Π 2.3在垂直于套筒軸線方向分別開有定位孔，動平臺的滑動軌道I1.1和弧形桿件3的滑動軌道Π 3.1上開有若干可與定位孔左右對應的鎖緊孔，定位孔和鎖緊孔通過內六角無頭螺絲連接。
[0033]不同構型之間的區別在于支鏈所含有運動副的數量以及組合的類型不同，部分典型的構型實施例如下:
[0034]實施例1:
[0035]本實施例的構型可重構的球面并聯機器人為六自由度亞RP構型，包括:動平臺1、驅動支鏈、定平臺6等。所述動平臺I和定平臺6由三條結構相同的驅動支鏈進行連接，動平臺I與弧形桿件3通過組合式滑塊2連接，可實現組合式滑塊2在動平臺I的滑動軌道I1.1與弧形桿件3的滑動軌道Π3.1上的滑動，定平臺6與電機支架5通過定位孔5.1固定連接。
[0036]所述三條驅動支鏈完全相同，包括:組合式滑塊2、弧形桿件3、電機4、電機支架5以及運動副;所述驅動支鏈的運動副有四個，一個是連接于電機4和弧形桿件3之間的轉動副R，一個是連接于弧形桿件3和滑塊Π 2.3之間的移動副P，一個是連接于滑塊12.2和滑塊Π2.3之間的轉動副R，另一個是連接于滑塊12.2和動平臺I上的滑動軌道1.1之間的移動副P。
[0037]所述弧形桿件在驅動力的作用下繞電機軸轉動，所述組合式滑塊2中的滑塊Π2.3在驅動力的作用下在弧形桿件3的滑動軌道上進行滑動。
[0038]實施例2:
[0039]本實施例的構型可重構的球面并聯機器人為三自由度gRP構型，該構型與實施例1的不同之處在于，所述驅動支鏈的運動副有三個，連接于弧形桿件3和滑塊Π 2.3之間的移動副P被鎖死，僅所述弧形桿件3在驅動力的作用下繞電機軸轉動。
[0040]實施例3:
[0041]本實施例的構型可重構的球面并聯機器人為三自由度gPR構型，該構型與實施例1的不同之處在于，所述驅動支鏈的運動副有三個，連接于組合式滑塊2中的滑塊12.2和動平臺I上的滑動軌道1.1之間的移動副P被鎖死，僅所述弧形桿件3在驅動力的作用下繞電機軸轉動。
[0042]實施例4:
[0043]本實施例的構型可重構的球面并聯機器人為三自由度gPR構型，該構型與實施例1的不同之處在于，所述驅動支鏈的運動副有三個，連接電機4和弧形桿件3之間的轉動副R被鎖死，僅所述組合式滑塊2中的滑塊Π 2.3在驅動力的作用下在弧形桿件3的滑動軌道上進行滑動。
[0044]實施例5:
[0045]本實施例的構型可重構的球面并聯機器人為三自由度pRP/gRP混聯構型，該構型與實施例1的不同之處在于，所述三條驅動支鏈的運動副組合類型不同，其中一條驅動支鏈區別于另外兩條驅動支鏈，連接于滑塊12.2和動平臺I上的滑動軌道1.1之間的移動副P被鎖死，僅所述滑塊Π 2.3在驅動力的作用下在弧形桿件3的滑動軌道Π 3.1上進行滑動；另外兩條支鏈完全相同，連接于電機4和弧形桿件3之間的轉動副R被鎖死，僅所述滑塊Π 2.3在驅動力的作用下在弧形桿件3的滑動軌道Π3.1上進行滑動。
【主權項】
1.一種可重構球面并聯機器人，包括:動平臺(I)、驅動支鏈以及定平臺(6)，其特征在于所述的動平臺(I)包括三條結構相同的滑動軌道I (1.1 )，所述驅動支鏈包括組合式滑塊(2)、弧形桿件(3)、電機(4)、電機支架(5 )以及運動副，弧形桿件(3 )上有滑動軌道Π (3.1);所述動平臺(I)和定平臺(6)由三條結構相同的驅動支鏈進行連接，動平臺(I)的滑動軌道I(1.1)與弧形桿件(3)的滑動軌道Π (3.1)通過組合式滑塊(2)連接，可實現組合式滑塊(2)在動平臺的滑動軌道1(1.1)與弧形桿件(3)的滑動軌道Π (3.1)上的滑動，定平臺(I)與電機支架(5)固定連接。2.根據權利要求1所述的可重構球面并聯機器人，其特征在于三條驅動支鏈可形成RPRP型或RPR型或RRP型或PRR型或RPP型運動支鏈，三條驅動支鏈的運動副組成類型既可以完全相同也可進行交叉組合。3.根據權利要求2所述的可重構球面并聯機器人，其特征在于所述的組合式滑塊(2)包括滑塊1(2.2)、滑塊Π (2.3)，所述的驅動支鏈上的運動副最多有四個，一個是連接于電機(4)和弧形桿件(3)之間的轉動副R，一個是連接于弧形桿件(3)和滑塊Π (2.3)之間的移動畐IjP，一個是連接于滑塊I(2.2)和滑塊Π (2.3)之間的轉動副R，另一個是連接于滑塊I(2.1)和動平臺I上的滑動軌道1(1.1)之間的移動副P，而且每個運動副都可實現自鎖，鎖定形成運動副的兩個構件之間的相對運動，連接于電機(4)和弧形桿件(3)之間的轉動副R和連接于弧形桿件(3)和滑塊Π (2.3)之間的移動副P是被驅動的。4.根據權利要求3所述的可重構球面并聯機器人，其特征在于連接于弧形桿件(3)和滑塊Π (2.3)之間的移動副P和連接于滑塊I (2.1)和滑動軌道I(1.1)之間的移動副P可通過內六角無頭螺絲(7)進行鎖緊。5.根據權利要求4所述的可重構球面并聯機器人，其特征在于組合式滑塊(2)還包括圓頭十字螺絲(2.1)、套筒(2.5)，螺母(2.6)，其中所述滑塊I (2.2)和滑塊Π (2.3)與套筒(2.5)進行配合，使得滑塊1(2.2)和滑塊Π (2.3)可繞套筒(2.5)的軸線進行旋轉，螺母(2.6)和圓頭十字螺絲(2.1)對滑塊1(2.2)和滑塊Π (2.3)以及套筒(2.5)在沿套筒(2.5)的軸向進行固定;滑塊1(2.2)和滑塊Π (2.3)截面為T形，分別嵌入具有T形截面的動平臺的滑動軌道1(1.1)和弧形桿件(3)的滑動軌道Π (3.1)中，分別組成移動副；滑塊1(2.2)和滑塊Π (2.3)在垂直于套筒軸線方向分別開有定位孔，動平臺的滑動軌道1(1.1)和弧形桿件(3)的滑動軌道Π (3.1)上開有若干可與定位孔左右對應的鎖緊孔，定位孔和鎖緊孔通過內六角無頭螺絲連接。
【文檔編號】B25J9/00GK205552509SQ201620210387
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年3月20日
【發明人】趙建文, 李瑞琴
【申請人】中北大學