一種精確的m型四自由度并聯(lián)定位裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置，包括有末端動平臺、機架，所述末端動平臺上設(shè)有至少兩個間隔相對設(shè)置的轉(zhuǎn)動連接塊，每個轉(zhuǎn)動連接塊均鉸接連接由上臂和下臂構(gòu)成的機械臂，上臂的一端連接轉(zhuǎn)動連接塊，而上臂的另一端鉸接連接下臂，下臂組裝在機架上，藉此末端動平臺、轉(zhuǎn)動連接塊、上臂和下臂組成M型四自由度并聯(lián)定位平臺，通過伺服系統(tǒng)控制實現(xiàn)末端動平臺的X、Y、Z三軸的平動以及Z軸的轉(zhuǎn)動。在真正意義上實現(xiàn)了四軸并聯(lián)運動，且滿足了四個自由度的要求，在最大的程度上發(fā)揮了并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)點，滿足了市場上的需求。實現(xiàn)電腦與操作人員的人性化、簡單方便的人機交互。
【專利說明】
一種精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及機械設(shè)備領(lǐng)域以及運動控制領(lǐng)域，特別是一種并聯(lián)定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機構(gòu)(Parallel Mechanism，簡稱PM)，可以定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構(gòu)具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)機構(gòu)。
[0003]Delta型機器人是一種具有三個平動自由度的高速并聯(lián)機器人，也是目前商業(yè)應(yīng)用最成功的并聯(lián)機器人之一，并聯(lián)機器人具有承載能力大、精度高、運動反解簡單、誤差小、自重負(fù)荷比小、動力性能好、控制容易等一系列優(yōu)點，因此并聯(lián)機器人有較為廣闊的發(fā)展空間以及能夠適應(yīng)多種應(yīng)用場合，目前應(yīng)用領(lǐng)域中的并聯(lián)機器人主要由以下幾種:
[0004]1、三軸并聯(lián)機器人:由三個電機控制三套機械臂，機械臂連接末端動平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)三個平動自由度，在實際應(yīng)用中能實現(xiàn)工件不需轉(zhuǎn)動的快速分撿。
[0005]2、四軸并聯(lián)機器人:在三軸并聯(lián)機器人的末端動平臺上搭載一個旋轉(zhuǎn)軸，以達到可以旋轉(zhuǎn)工件的目的，但是，這種機構(gòu)只能算是三軸并聯(lián)機器人串聯(lián)了第四根軸，并不是四軸并聯(lián)機器人。
[0006]3、其他多軸并聯(lián)機器人:同樣是在三軸并聯(lián)的基礎(chǔ)上根據(jù)需要串聯(lián)其他軸，使其滿足更多的自由度。
[0007]目前市場上并聯(lián)機構(gòu)體積笨重，占用空間較大，無法按照需要靈活改動等；綜上，目前市場上很多并聯(lián)機器人都不能算是真正意義上的四軸并聯(lián)機器人，為滿足我國工業(yè)快速發(fā)展過程中對并聯(lián)機構(gòu)的性能需求，四自由度機構(gòu)現(xiàn)狀仍有技術(shù)改革、開發(fā)的必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置，以滿足我國工業(yè)快速發(fā)展過程中對多自由度并聯(lián)定位平臺的性能需求。
[0009]本實用新型為解決上述問題所采取的技術(shù)方案是:
[0010]—種精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置，包括有末端動平臺、機架，所述末端動平臺上設(shè)有至少兩個間隔相對設(shè)置的轉(zhuǎn)動連接塊，每個轉(zhuǎn)動連接塊均鉸接連接由上臂和下臂構(gòu)成的機械臂，上臂的一端連接轉(zhuǎn)動連接塊，而上臂的另一端鉸接連接下臂，下臂組裝在機架上，藉此末端動平臺、轉(zhuǎn)動連接塊、上臂和下臂組成M型四自由度并聯(lián)定位平臺，通過伺服系統(tǒng)控制實現(xiàn)末端動平臺的X、Y、Z三軸的平動以及Z軸的轉(zhuǎn)動。
[0011]上述方案進一步是，所述末端動平臺上的轉(zhuǎn)動連接塊有四個，四個轉(zhuǎn)動連接塊在同一平面上呈圓周均布，四個轉(zhuǎn)動連接塊連接的機械臂呈十字形分布。
[0012]上述方案進一步是，所述機架具有上臺面，上臺面上設(shè)有十字分布的長孔，下臂的下端由上往下插入長孔，上臺面下側(cè)設(shè)有伺服電機安裝座，伺服電機安裝座上安裝的伺服電機輸出軸連接下臂的下端。
[0013]上述方案進一步是，所述末端動平臺為正八邊形，在正八邊形中的四個間隔邊布設(shè)轉(zhuǎn)動連接塊;所述末端動平臺與轉(zhuǎn)動連接塊使用螺栓與推力軸承連接，螺栓小端由下往上穿過推力軸承及末端動平臺后與轉(zhuǎn)動連接塊螺紋連接。
[0014]上述方案進一步是，所述上臂由平行設(shè)置的兩支桿體構(gòu)成，兩支桿體的兩端分別與轉(zhuǎn)動連接塊和下臂鉸接，而轉(zhuǎn)動連接塊和下臂上分別設(shè)有側(cè)凸銷連接兩支桿體，側(cè)凸銷通過軸承分別組裝在轉(zhuǎn)動連接塊和下臂上。
[0015]上述方案進一步是，所述伺服電機安裝座與一底板固為一體，底板貼附固定在機架的上臺面上，伺服電機安裝座為相對底板的下折板，伺服電機安裝座穿過上臺面上長孔向下凸伸，底板對應(yīng)長孔部位設(shè)有避空缺口。
[0016]上述方案中，所述伺服系統(tǒng)利用VisualBasic編寫完整的運動控制系統(tǒng)，并生成工控機(PC機)可運行的應(yīng)用程序，操作者可在應(yīng)用程序界面對平臺進行操作、控制，所述伺服系統(tǒng)具有實時監(jiān)測平臺的各個部件的狀態(tài)參數(shù)，并對異常參數(shù)做報警處理。
[0017]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)對比，具有以下幾點優(yōu)點與有益效果:
[0018]1、本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)末端動平臺的三個平動自由度以及一個轉(zhuǎn)動自由度，相比于市面上的四自由度并聯(lián)機器人，本實用新型從根本上實現(xiàn)了四軸的并聯(lián)運動。
[0019]2、本實用新型不同于絲杠滑塊機構(gòu)，不存在反向誤差，無累積誤差，精度較高。
[0020]3、本實用新型四機械臂對稱分布，具有較好的各向同性。
[0021]4、本實用新型末端動平臺重量輕，速度高，動態(tài)響應(yīng)好，運動慣性低。
[0022]5、本實用新型將整體結(jié)構(gòu)設(shè)計成M型的結(jié)構(gòu)，最大程度上壓縮了整臺設(shè)備的體積，結(jié)構(gòu)緊湊，減小了工作空間。
[0023]6、本實用新型使用了成熟的運動控制板卡，運動準(zhǔn)確平穩(wěn)、可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)精確微調(diào)。
[0024]7、本實用新型通過上位機的驅(qū)動來控制末端動平臺進行移動，操作簡單易上手。
[0025]8、本實用新型大量使用鋼材、鋁材，并且使用了大扭矩伺服電機，剛度高、承載能力大，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、高負(fù)載、高功率的生產(chǎn)任務(wù)。
[0026]【附圖說明】:
[0027]圖1是精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置整體結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2是圖1實施例的末端動平臺結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是圖1實施例的倒V形機械臂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是圖1實施例的末端動平臺與電機安裝板安裝方式及位置示意圖；
[0031]圖5是圖1實施例的底板結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖6是圖1實施例的伺服系統(tǒng)示意圖；
[0033]圖7是圖1實施例的運動控制處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0034]圖8是圖1實施例的末端動平臺裝配示意圖；
[°035]圖9是圖1實施例的M形架構(gòu)示意圖。
[0036]【具體實施方式】:
[0037]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施方式，對本實用新型做進一步的詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0038]參閱圖1?9所不，為本實用新型$父佳實施例結(jié)構(gòu)不意圖，本實用新型有關(guān)一種精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置，包括有末端動平臺1、機架7，所述末端動平臺I上設(shè)有至少兩個間隔相對設(shè)置的轉(zhuǎn)動連接塊2，每個轉(zhuǎn)動連接塊2均鉸接連接由上臂3和下臂4構(gòu)成的機械臂，上臂3的一端連接轉(zhuǎn)動連接塊2，而上臂3的另一端鉸接連接下臂4，下臂4組裝在機架7上，藉此末端動平臺1、轉(zhuǎn)動連接塊2、上臂3和下臂4組成M型四自由度并聯(lián)定位平臺，通過伺服系統(tǒng)控制實現(xiàn)末端動平臺I的X、Y、Z三軸的平動以及Z軸的轉(zhuǎn)動。圖6所示，所述伺服系統(tǒng)由伺服電機91、伺服電機驅(qū)動器92、運動控制卡93、PC機94組成，伺服系統(tǒng)利用Vi sualBasic編寫完整的運動控制系統(tǒng)，并生成工控機(PC機)可運行的應(yīng)用程序，操作者可在應(yīng)用程序界面對裝置進行操作、控制，能實現(xiàn)對機械臂的精確、高速控制以及不同機械臂之間的配合，簡化裝置控制方法以及操作過程。所述伺服系統(tǒng)具有實時監(jiān)測裝置的各個部件的狀態(tài)參數(shù)，并對異常參數(shù)做報警處理，防止意外事故發(fā)生，提高設(shè)備的安全性。
[0039]圖1?9所示，本實施例中，末端動平臺I上的轉(zhuǎn)動連接塊2有四個，四個轉(zhuǎn)動連接塊2在同一平面上呈圓周均布，四個機械臂分別對應(yīng)連接四個轉(zhuǎn)動連接塊2，機械臂呈十字形分布。所述機械臂的上臂3由平行設(shè)置的兩支桿體構(gòu)成，桿體是圓柱狀的碳纖維，兩支桿體的兩端分別與轉(zhuǎn)動連接塊2和下臂4鉸接，下臂4由鋁合金加工而成，上臂3與下臂4呈倒V形結(jié)構(gòu)安裝。轉(zhuǎn)動連接塊2和下臂4上分別設(shè)有側(cè)凸銷5連接兩支桿體，側(cè)凸銷5通過軸承分別組裝在轉(zhuǎn)動連接塊2和下臂4上。所述機架7具有上臺面71，上臺面71上設(shè)有十字分布的長孔72，下臂4的下端由上往下插入長孔72，上臺面71下側(cè)設(shè)有伺服電機安裝座8，伺服電機安裝座8上安裝的伺服電機輸出軸連接下臂4的下端，由此伺服系統(tǒng)控制實現(xiàn)末端動平臺的X、Y、Z三軸的平動以及Z軸的轉(zhuǎn)動。
[0040]圖1?9所示，本實施例中進一步地，所述末端動平臺I為正八邊形，在正八邊形中的四個間隔邊布設(shè)轉(zhuǎn)動連接塊2;所述末端動平臺I與轉(zhuǎn)動連接塊2使用螺栓21與推力軸承22連接，末端動平臺相應(yīng)邊緣設(shè)有四個對稱的鉸接孔，螺栓21小端由下往上穿過推力軸承22及末端動平臺I后與轉(zhuǎn)動連接塊2螺紋連接。該結(jié)構(gòu)組裝維護方便，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接塊2靈活轉(zhuǎn)動，提升精準(zhǔn)度，滿足旋轉(zhuǎn)自由度的要求，也方便末端動平臺I拆卸。伺服電機安裝座8與一底板6固為一體，底板6貼附固定在機架7的上臺面71上，并給予鎖定。伺服電機安裝座8為相對底板6的下折板，伺服電機安裝座8穿過上臺面71上長孔72向下凸伸，底板6對應(yīng)長孔72部位設(shè)有避空缺口 61，方便機械臂動作。
[0041]本實用新型為了最大程度的壓縮設(shè)備的整體體積，相對的兩根機械臂與末端動平臺I呈M形架構(gòu)(如圖9所示)，使得整體結(jié)構(gòu)緊湊，充分減小了工作空間;機械臂呈對稱安裝，充分利用對稱安裝的各向同性，最大程度上減小了積累誤差。利用Visual Basic編寫的控制處理系統(tǒng)，簡化平臺的操作控制過程與方法，實時監(jiān)測平臺個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，操作過程簡單、人性化。
[0042]總之，本實用新型由于在末端動平臺I上搭載了四根機械臂，使精密M型四自由度并聯(lián)定位裝置在真正意義上實現(xiàn)了四軸并聯(lián)運動，且滿足了四個自由度的要求，在最大的程度上發(fā)揮了并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)點，滿足了市場上的需求。
[0043]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型的技術(shù)范圍作任何限制，本行業(yè)的技術(shù)人員，在本技術(shù)方案的啟迪下，可以做出一些等效變形與修改，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上的實施例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置，包括有末端動平臺(1)、機架(7)，其特征在于:所述末端動平臺(I)上設(shè)有至少兩個間隔相對設(shè)置的轉(zhuǎn)動連接塊(2)，每個轉(zhuǎn)動連接塊(2)均鉸接連接由上臂(3)和下臂(4)構(gòu)成的機械臂，上臂(3)的一端連接轉(zhuǎn)動連接塊(2)，而上臂(3)的另一端鉸接連接下臂(4)，下臂(4)組裝在機架(7)上，藉此末端動平臺(1)、轉(zhuǎn)動連接塊(2)、上臂(3)和下臂(4)組成M型四自由度并聯(lián)定位平臺，通過伺服系統(tǒng)控制實現(xiàn)末端動平臺(I)的X、Y、Z三軸的平動以及Z軸的轉(zhuǎn)動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置，其特征在于:所述末端動平臺(I)上的轉(zhuǎn)動連接塊(2)有四個，四個轉(zhuǎn)動連接塊(2)在同一平面上呈圓周均布，四個轉(zhuǎn)動連接塊(2)連接的機械臂呈十字形分布。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置，其特征在于:所述機架(7)具有上臺面(71)，上臺面(71)上設(shè)有十字分布的長孔(72)，下臂(4)的下端由上往下插入長孔(72)，上臺面(71)下側(cè)設(shè)有伺服電機安裝座(8)，伺服電機安裝座(8)上安裝的伺服電機輸出軸連接下臂(4)的下端。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置，其特征在于:所述末端動平臺(I)為正八邊形，在正八邊形中的四個間隔邊布設(shè)轉(zhuǎn)動連接塊(2);所述末端動平臺(I)與轉(zhuǎn)動連接塊(2)使用螺栓(21)與推力軸承(22)連接，螺栓(21)小端由下往上穿過推力軸承(22)及末端動平臺(I)后與轉(zhuǎn)動連接塊(2)螺紋連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置，其特征在于:所述上臂(3)由平行設(shè)置的兩支桿體構(gòu)成，兩支桿體的兩端分別與轉(zhuǎn)動連接塊(2)和下臂(4)鉸接，而轉(zhuǎn)動連接塊(2)和下臂(4)上分別設(shè)有側(cè)凸銷(5)連接兩支桿體，側(cè)凸銷(5)通過軸承分別組裝在轉(zhuǎn)動連接塊(2)和下臂(4)上。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種精確的M型四自由度并聯(lián)定位裝置，其特征在于:所述伺服電機安裝座(8)與一底板(6)固為一體，底板(6)貼附固定在機架(7)的上臺面(71)上，伺服電機安裝座(8)為相對底板(6)的下折板，伺服電機安裝座(8)穿過上臺面(71)上長孔(72)向下凸伸，底板(6)對應(yīng)長孔(72)部位設(shè)有避空缺口(61)。
【文檔編號】B25J9/00GK205521368SQ201620081687
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月28日
【發(fā)明人】梁經(jīng)倫, 吳鵬, 何志雄, 孫振忠
【申請人】東莞理工學(xué)院