CN104002299B - 六自由度并联微平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六自由度并联微平台，包括静平台和动平台，动平台下表面均匀安装有三组固定轴承座，每组固定轴承座向下通过两条支链与静平台传动连接，即静平台和动平台之间总共设置有三组固定轴承座及其六条支链。本发明的装置，通过微平台安装孔将静平台固定于宏机器人末端安装端面，通过动平台上的手爪安装孔将末端执行器固定在动平台上，尺寸小、重量轻、刚度及精度高，实现了装配过程中工件空间位姿的六个自由度高精度微调，达到精密装配的目的。

Description

六自由度并联微平台

技术领域

本发明属于工业装配机器人技术领域，安装于宏微工业装配机器人的机械手末端，具体涉及一种六自由度并联微平台。

背景技术

随着装配机器人应用领域的不断扩展和装配机器人控制研究的不断深入，要求装配机器人具有一定的柔顺性。装配机器人的柔顺性主要分为被动柔顺和主动柔顺，其中被动柔顺在一些特殊的情况下无法胜任，例如无倒角和两点接触的装配情况等，同时装配过程中工件的受力大，影响装配精度。而主动柔顺是在被动柔顺的基础上增加力的监测装置，构成力反馈伺服环节，在装配操作过程中，由接触碰撞所产生的力对主动柔顺中心的力矩可主动地调节工件的状态，使其向有利于装配完成的方向进行。综合考虑机器人的柔顺性能，满足装配过程中机器人的刚性及装配精度，人们提出了宏微机器人装配的策略。所谓宏微机械手空间机器人结构是指在一台大型的柔性宏机械手的末端安装一台小型的微机械手。

现有的微机械手，其不足是：有的是调整精度低、刚度差，能同时调整装配工件的自由度数少；有的结构尺寸太大、重量太重，无法直接安装在宏机械手的末端。

发明内容

本发明的目的是提供一种六自由度并联微平台，解决现有微平台调整自由度数少、精度低、刚度差、重量以及尺寸偏大的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种六自由度并联微平台，包括静平台和动平台，动平台下表面均匀安装有三组固定轴承座，每组固定轴承座向下通过两条支链与静平台传动连接，即静平台和动平台之间总共设置有三组固定轴承座及其六条支链。

本发明的六自由度并联微平台，其特征还在于：

静平台沿轴向内圈凹槽中开有多个微平台安装孔，静平台沿轴向外圈开有多个凹槽型的滑道，每两个相邻的滑道为一组，每个滑道的轴心开孔作为电机轴安装孔，电机轴安装孔中安装有直线电机的驱动轴。

动平台沿轴向内圈开有多个手爪安装孔，沿轴向外圈开有多组轴承座固定孔，每组四个轴承座固定孔分别通过各自的轴承座固定螺钉共同固定安装有一组轴承座，总共三组轴承座对称固定安装在动平台下表面，每组四个轴承座固定孔中间设置有轴承座定位孔。

每条支链结构是，包括一个直线电机，直线电机的驱动轴向上与一个滑块底座连接，滑块底座向上与滑块轴承座固定连接，滑块底座与滑块轴承座之间的空腔中安装有轴承挡圈和第一关节轴承，该第一关节轴承外圈固定在滑块轴承座中，该第一关节轴承内圈通过一个连杆向上与第二关节轴承内圈连接，第二关节轴承外圈固定安装在轴承端盖中，轴承端盖向上与轴承座固定连接，轴承座与动平台下表面固定连接。

第二关节轴承通过一个轴端挡圈设置在轴承端盖中，该轴端挡圈通过一个轴端固定螺钉与连杆上端固定连接；第一关节轴承利用另外一个轴端挡圈设置在滑块轴承座中，该另外一个轴端挡圈通过另外一个轴端固定螺钉与连杆下端固定连接。

直线电机的驱动轴向上通过一个六角螺钉与一个滑块底座连接，直线电机的壳体通过一个电机固定螺母固定在电机轴安装孔中。

轴承座和滑块轴承座中的轴承孔为对应的倾斜结构。

本发明的有益效果是，采用六自由度并联机器平台，实现全方位的调整，适合安装在宏机器手的末端，同时可对装配过程中工件的空间位姿进行六个自由度的调整，解决了以往一些微机械手所不能同时满足尺寸、精度、重量以及调整自由度数要求的问题，具体特征包括：

1)是在于电机固定在静平台上，在保证驱动力和负载的情况下，减小了运动部分的运动惯性，同时连杆采用固定长度，其长度可根据动静平台的间距及控制的设计要求而改变，易于小型化。解决了直线电机驱动轴不能承受径向力的要求，通过滑道可以分解连杆传递过来的力，使电机只承受轴向力。

2)是在于滑块轴承座和固定轴承座的轴承孔采用一定的倾斜角度设计，是使微平台在初始位置时，关节轴承的内圈轴孔处于中心位置，这样可使关节轴承的运动范围得到充分的利用，同时也加大了动平台的运动范围。

3)是在于在静平台上直接加工出圆柱形滑道，来代替导轨，可以承受来自各个方向的径向力，降低了制造成本，也减轻了整个平台的重量，更重要的是通过滑道可以承受来自连杆传递来的径向力，从而减小了电机驱动杆因受径向力而导致的弯曲变形，提高了运动精度。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图；

图2是本发明装置的分解结构示意图；

图3是本发明装置中的静平台上表面结构示意图；

图4是本发明装置中的动平台下表面结构示意图；

图5是本发明装置中的一条支链的装配结构示意图

图6是图5中固定轴承座部分的结构示意图；

图7是图5中滑块组合部分的结构示意图。

图中，1.静平台，1-1.微平台安装孔，1-2.滑道，1-3.电机轴安装孔，2.动平台，2-1.轴承座定位孔，2-2.轴承座固定孔，2-3.手爪安装孔，3.轴承座固定螺钉，4.轴承座，5.轴端固定螺钉，6.轴端挡圈，7.第一关节轴承，8.轴承端盖，9.端盖固定螺钉，10.连杆，11.滑块固定螺钉，12.滑块轴承座，13.轴承挡圈，14.六角螺钉，15.滑块底座，16.电机固定螺母，17.直线电机，18.第二关节轴承。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1和图2，本发明六自由度并联微平台的结构是，包括静平台1和动平台2，动平台2下表面均匀安装有三组固定轴承座，每组固定轴承座向下通过两条支链与静平台1传动连接，即静平台1和动平台2之间总共设置有三组固定轴承座及其六条支链；

参照图3，静平台1沿轴向内圈凹槽中开有多个微平台安装孔1-1，静平台1沿轴向外圈开有多个凹槽型的滑道1-2，每两个相邻的滑道1-2为一组，每个滑道1-2的轴心开孔作为电机轴安装孔1-3，电机轴安装孔1-3中安装有直线电机17的驱动轴；

参照图4，动平台2沿轴向内圈开有多个手爪安装孔2-3，沿轴向外圈开有多组轴承座固定孔2-2，每组四个轴承座固定孔2-2分别通过各自的轴承座固定螺钉3共同固定安装有一组轴承座4，总共三组轴承座4对称固定安装在动平台2下表面，每组四个轴承座固定孔2-2中间设置有轴承座定位孔2-1。

轴承座定位孔2-1用来对轴承座4进行定位，相当于一个定位面的作用，而2-2轴承座固定孔只起固定的作用，不起定位作用。

参照图1、图5，所述的每条支链结构是，(从下向上描述)，包括一个直线电机17，直线电机17的驱动轴向上通过一个六角螺钉14与一个滑块底座15连接，直线电机17的壳体通过一个电机固定螺母16固定在电机轴安装孔1-3中，滑块底座15向上与滑块轴承座12通过滑块固定螺钉11固定连接，滑块底座15与滑块轴承座12之间的空腔中安装有轴承挡圈13和第一关节轴承7，该第一关节轴承7外圈固定在滑块轴承座12中，该第一关节轴承7内圈通过一个连杆10向上与第二关节轴承18内圈连接，第二关节轴承18外圈固定安装在轴承端盖8中，(第二关节轴承18通过一个轴端挡圈6设置在轴承端盖8中，该轴端挡圈6通过一个轴端固定螺钉5与连杆10上端固定连接；第一关节轴承7利用另外一个轴端挡圈6设置在滑块轴承座12中，该另外一个轴端挡圈6通过另外一个轴端固定螺钉5与连杆10下端固定连接)，轴承端盖8通过端盖固定螺钉9向上与轴承座4固定连接，轴承座4通过轴承座固定螺钉3与动平台2下表面固定连接。

参照图6，每个轴承座4及其轴承端盖8构成一组固定轴承座，每组轴承座4通过四个轴承座固定螺钉3与动平台2连接，每组轴承座4下表面两个斜面的轴承端盖8分别通过四个端盖固定螺钉9与轴承座4固定连接。

参照图7，上述的滑块底座15、轴承挡圈13和滑块轴承座12一起称为一个滑块组合。

轴承座4和滑块轴承座12中的轴承孔为对应的倾斜结构，适应六个连杆10的安装及运动。

静平台1上加工有滑道1-2用来替代导轨，承受直线电机17驱动轴及连杆10传递来的径向力。各个直线电机17均与控制机构信号连接，接受统一协调的控制，实现动平台2的姿态调节。

本发明的工作原理是：

主要用于装配过程中末端执行器的位姿微调整，通过微平台安装孔1-1将静平台1固定于宏机器人末端安装端面，通过动平台2上的手爪安装孔2-3将末端执行器固定在动平台2上，

装配过程中，末端执行器的位姿需要微量调整时，依据需要的调整量，通过六自由并联平台的逆解算出各个直线电机17的驱动轴伸长量，从而能够反过来控制各个直线电机17的驱动轴伸长量来控制动平台2的位姿，其中包括动平台2的三个方向的平动及绕三个轴的转动。在控制过程中，静平台1上的滑道1-2确保各个滑块底座15是沿轴向直线运动的，保证了六自由度并联微平台的运动精度；滑块轴承座12的倾斜角度的与上下关节轴承7的配合使用，使动平台2运动过程中连杆10的可倾斜角度范围变大，从而减小了微平台运动范围受关节运动角度的影响。

本发明的主要作用是弥补宏机器人精度的不足，当宏平台大范围调整完毕，其精细调整时通过微平台来完成，所以对于微平台的要求主要是精度满足要求，其运动行程范围只要覆盖了宏平台最大的误差即可。在宏微装配中，装配机器人的运动范围取决于宏机器人的运动范围，而装配精度取决于微平台的调整精度，所以宏微装配机器人大大提高了装配柔性和装配精度。

Claims (6)

1.一种六自由度并联微平台，其特征在于：包括静平台(1)和动平台(2)，动平台(2)下表面均匀安装有三组固定轴承座，每组固定轴承座向下通过两条支链与静平台(1)传动连接，即静平台(1)和动平台(2)之间总共设置有三组固定轴承座及其六条支链；

所述的静平台(1)沿轴向内圈凹槽中开有多个微平台安装孔(1-1)，静平台(1)沿轴向外圈开有多个凹槽型的滑道(1-2)，每两个相邻的滑道(1-2)为一组，每个滑道(1-2)的轴心开孔作为电机轴安装孔(1-3)，电机轴安装孔(1-3)中安装有直线电机(17)的驱动轴。

2.根据权利要求1所述的六自由度并联微平台，其特征在于：所述的动平台(2)沿轴向内圈开有多个手爪安装孔(2-3)，沿轴向外圈开有多组轴承座固定孔(2-2)，每组四个轴承座固定孔(2-2)分别通过各自的轴承座固定螺钉(3)共同固定安装有一组轴承座(4)，总共三组轴承座(4)对称固定安装在动平台(2)下表面，每组四个轴承座固定孔(2-2)中间设置有轴承座定位孔(2-1)。

3.根据权利要求1所述的六自由度并联微平台，其特征在于：所述的每条支链的结构是，包括一个直线电机(17)，直线电机(17)的驱动轴向上与一个滑块底座(15)连接，滑块底座(15)向上与滑块轴承座(12)固定连接，滑块底座(15)与滑块轴承座(12)之间的空腔中安装有轴承挡圈(13)和第一关节轴承(7)，该第一关节轴承(7)外圈固定在滑块轴承座(12)中，该第一关节轴承(7)内圈通过一个连杆(10)向上与第二关节轴承(18)内圈连接，第二关节轴承(18)外圈固定安装在轴承端盖(8)中，轴承端盖(8)向上与轴承座(4)固定连接，轴承座(4)与动平台(2)下表面固定连接。

4.根据权利要求3所述的六自由度并联微平台，其特征在于：所述的第二关节轴承(18)通过一个轴端挡圈(6)设置在轴承端盖(8)中，该轴端挡圈(6)通过一个轴端固定螺钉(5)与连杆(10)上端固定连接；第一关节轴承(7)利用另外一个轴端挡圈(6)设置在滑块轴承座(12)中，该另外一个轴端挡圈(6)通过另外一个轴端固定螺钉(5)与连杆(10)下端固定连接。

5.根据权利要求3所述的六自由度并联微平台，其特征在于：所述的直线电机(17)的驱动轴向上通过一个六角螺钉(14)与一个滑块底座(15)连接，直线电机(17)的壳体通过一个电机固定螺母(16)固定在电机轴安装孔(1-3)中。

6.根据权利要求3所述的六自由度并联微平台，其特征在于：所述的轴承座(4)和滑块轴承座(12)中的轴承孔为对应的倾斜结构。