專利名稱：靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空精密定位機(jī)構(gòu)，特別是一種靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
隨著能源矛盾的日益加劇，人們一直致力于尋找一種新型能源。慣性約束核聚變 (ICF)在新型能源方面有著非常好的前景，是近年來各發(fā)達(dá)國家爭相研究的領(lǐng)域。在慣性約 束核聚變實(shí)驗(yàn)中，需要通過靶支撐定位裝置將靶精確定位在直徑為數(shù)米的真空靶室中心附 近一個極小的范圍內(nèi)。根據(jù)靶的調(diào)整需要，要求靶支撐定位裝置具有六個自由度，其系統(tǒng)整 體定位精度要求在微米級。目前在各國的ICF靶支撐定位裝置中主要有兩種機(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī) 構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)。所采用的并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大，運(yùn)動精度高，承載能力大的優(yōu)點(diǎn)，但也存 在控制難，空間位置容易干涉，運(yùn)動空間小，占空角度過大等缺點(diǎn)；所采用的串聯(lián)機(jī)器人具 有控制簡單，運(yùn)動空間大的優(yōu)點(diǎn)，但也存在結(jié)構(gòu)安排不合理，剛度小，占空角度過大和運(yùn)動 精度不高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器 人，具有結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，占空角度小，運(yùn)動分辨率高，控制容易，定位精確等優(yōu)點(diǎn)。為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明的構(gòu)思是本發(fā)明結(jié)合以往并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu) 點(diǎn)，采用三維平移和三維旋轉(zhuǎn)分開的串聯(lián)機(jī)構(gòu)形式，將三維旋轉(zhuǎn)部件和三維平移運(yùn)動部件 分開布置，三維旋轉(zhuǎn)部件安裝在頭部，提高運(yùn)動分辨率和定位精度；三維平移運(yùn)動部件安裝 在遠(yuǎn)離頭部的基座，減輕頭部質(zhì)量以減少系統(tǒng)變形，總體上達(dá)到六個自由度，滿足空間定位 及占空角度的要求。使整體靶定位機(jī)構(gòu)更加平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)更加簡單，定位更加精確，控制更加 各易o(hù)根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人，由一套快速換靶機(jī)構(gòu)，一套三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人，一 個中間連接套筒和一套三維平移工作臺組成；其特征在于所述中間連接套筒后端固定在三 維平移工作臺的前端，所述三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人固定在中間連接套筒前端，所述快速換靶機(jī)構(gòu) 與三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人前端連接在一起。上述快速換靶機(jī)構(gòu)由一個靶套筒，一個靶支撐桿，一個V形塊，一個燕尾圓盤組 成；實(shí)驗(yàn)靶通過緊定螺釘固定于靶套筒的孔內(nèi)，靶套筒通過緊定螺釘固定于靶支撐桿的孔 內(nèi)，靶支撐桿通過擋圈和緊定螺釘固定在V形塊上，V形塊通過滾花螺釘固定在燕尾圓盤 上，擋片一端嵌于靶支撐桿中，一端通過彈簧和緊定螺釘與V形塊連接。上述三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人由e X、e y 二維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人和e z旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。所述快速 換靶機(jī)構(gòu)與ex、0y 二維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人前端連接，所述ez旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與ex、ey 二維旋轉(zhuǎn)機(jī) 器人后端連接。上述ex、ey 二維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人由一個大圓盤，兩個平頂頭，一個小圓盤，一個連軸套，兩個真空特殊電機(jī)作動器，一個支撐球，兩個調(diào)節(jié)螺帽，兩個V形頂頭組成；所述大圓盤 與小圓盤通過螺釘及墊片與支撐球連接。所述平頂頭和V形頂頭通過緊定螺釘固定于在 大圓盤上，所述支撐球通過螺釘與連軸套相連，所述調(diào)節(jié)螺帽安裝在連軸套上，所述真空特 殊電機(jī)作動器通過緊定螺釘固定在連軸套上，所述調(diào)節(jié)螺帽和V形頂頭之間安裝彈簧和鋼 球。上述ez旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由一個法蘭，一根轉(zhuǎn)軸，一個外套筒，兩個深溝球軸承，一個擋 片，一個軸承座，一個真空特殊電機(jī)作動器組成；所述法蘭和轉(zhuǎn)軸通過螺釘固定連接在一 起；所述兩個深溝球軸承固定在轉(zhuǎn)軸上，左側(cè)通過擋圈固定于軸承座和轉(zhuǎn)軸上，右側(cè)通過圓 螺母固定在軸承座和轉(zhuǎn)軸上；擋片通過緊定螺釘一端固定在轉(zhuǎn)軸上，另一端與安裝在軸承 座上的彈簧和真空特殊電機(jī)作動器連接；所述真空特殊電機(jī)作動器通過緊定螺釘固定在軸 承座上；軸承座通過螺釘固定于中間連接套筒前端。上述三維平移工作臺由三個功能完全相同的一維平移工作臺串聯(lián)組成。每個一維 平移工作臺都能完成一個方向上的平移運(yùn)動，串聯(lián)后可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸方向的平移運(yùn)動。上述三維平移工作臺由三個功能完全相同、結(jié)構(gòu)相似的一維平移工作臺串聯(lián)組 成。以上述Y方向一維平移工作臺為例，其結(jié)構(gòu)由一個平移滑臺，一個編輯器支架座，一個 編碼器支架，一個編碼器，一個轉(zhuǎn)接軸，一個電機(jī)座，一個電機(jī)頂塊，兩個限位開關(guān)，一個限 位開關(guān)擋片，一個角板，一個真空特殊電機(jī)作動器，一個Z軸座組成。所述真空特殊電機(jī)作 動器安裝在電機(jī)座上，電機(jī)頂塊安裝在平移滑臺的運(yùn)動部份，電機(jī)座安裝在平移滑臺固定 部份，轉(zhuǎn)接軸與真空特殊電機(jī)作動器尾部固定后與編碼器相連，編碼器支架與編碼器連接， 一起固定在編碼器支架座上，編碼器支架座及限位開關(guān)擋片安裝在平移滑臺的運(yùn)動部份， 而限位開關(guān)安裝在平移滑臺的固定部份，角板通過螺釘與一維平移工作臺連接，Z軸座通過 螺釘與中間連接套筒后端連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下特點(diǎn)本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，占空角度小，運(yùn)動分 辨率高，控制容易，定位精確。


圖1是本發(fā)明一個實(shí)例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1示例快速換靶機(jī)構(gòu)示意圖(其中，圖(a)為主視圖，圖(b)為圖(a)中 A-A處剖視圖)。圖3是圖1示例的三維平移工作臺結(jié)構(gòu)示意圖(其中，圖(a)為主視圖，圖(b)為 左視圖)。圖4是圖1示例的e X、e y 二維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖1示例的0Z旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。(其中，圖(a)為主視圖，圖(b)為 圖(a)中F-F處剖視圖)圖6是圖3示例的一維平移工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖(其中，圖(a)為主視圖，圖(b) 為左視圖)。具體實(shí)施方法本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例結(jié)合

如下；實(shí)施例一參照圖1，本靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人由快速換靶機(jī)構(gòu)1，三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人2，中間連接套筒3和三維平移工作臺4組成。所述快速換靶機(jī)構(gòu)1通過螺釘與三維 旋轉(zhuǎn)機(jī)器人2前端連接在一起，所述三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人2固定在中間連接套筒3前端，所述中 間連接套筒3后端固定在三維平移工作臺4的前端。實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下參考圖2，上述快速換 靶機(jī)構(gòu)1由一個靶套筒5，一個靶支撐桿6，一個V形塊7，一個燕尾圓盤8組成。實(shí)驗(yàn)靶5. 1 通過緊定螺釘5. 2固定于靶套筒5的孔內(nèi)；靶套筒5上刻有等間距刻線，以便調(diào)整實(shí)驗(yàn)靶的 軸向位置，并通過緊定螺釘6. 1固定于靶支撐桿6的孔內(nèi)；靶支撐桿6通過右端的擋圈7. 1 軸向固定在V形塊7上，靶支撐桿6的右端嵌入擋片6. 2，調(diào)整緊定螺釘7. 4推動擋片6. 2， 在彈簧7. 3的作用下可以使靶支撐桿6繞自身軸線轉(zhuǎn)動，以便調(diào)整實(shí)驗(yàn)靶5. 1的徑向位置， 位置確定后通過下端的緊定螺釘7. 2固定在V形塊7上。V形塊7可以方便地插入與ex、 e y 二維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人2-1前端連接的燕尾圓盤8內(nèi)，并由滾花螺釘8. 1鎖緊。可以制作多個 快速換靶機(jī)構(gòu)1備份方便換靶。參照圖1、圖4和圖5，上述三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人2由0 x、0y 二維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人2_1和 ez旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2-2組成。所述快速換靶機(jī)構(gòu)1與ex、ey 二維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人2-1前端連接， 所述9 z旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2-2與e x、e y 二維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人2-1后端連接。參照圖3，上述的三維平移工作臺4由三個功能完全相同、結(jié)構(gòu)相似的一維平移工 作臺9、10、11串聯(lián)組成。每個一維平移工作臺(9、10或11)都能完成一個方向上的平移運(yùn) 動，其中9完成Y軸方向的平移運(yùn)動，10完成X軸方向的平移運(yùn)動，11完成Z軸方向的平移 運(yùn)動。參照圖4，上述ex、ey 二維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人2-1由一個大圓盤12，兩個平頂頭13，一 個小圓盤14，一個連軸套15，兩個真空特殊電機(jī)作動器16，一個支撐球17，兩個調(diào)節(jié)螺帽 18，兩個V形頂頭19組成。所述大圓盤12與小圓盤14通過螺釘14. 1及墊片14. 2與支撐 球17連接，所述平頂頭13和V形頂頭19通過緊定螺釘12. 1固定于在大圓盤12上，所述 支撐球17通過螺釘17. 1與連軸套15相連，所述調(diào)節(jié)螺帽18安裝在連軸套15上，所述真 空特殊電機(jī)作動器16通過緊定螺釘15. 1固定在連軸套15上，所述調(diào)節(jié)螺帽18和V形頂 頭19之間安裝彈簧18. 1和鋼球18. 2。所述真空特殊電機(jī)作動器16成90o分布，其對徑位 置安裝彈簧18. 1。由上述結(jié)構(gòu)中的真空特殊電機(jī)作動器16的球頭頂動大圓盤12上的平頂 頭13，在對徑V形頂頭19內(nèi)的鋼球18. 2和彈簧18. 1作用下，可以使大圓盤12繞支撐球 17擺動，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人繞著X、Y軸方向的二維旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。參照圖5，上述ez旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2-2由一個法蘭20，一根轉(zhuǎn)軸21，一個外套筒22，兩個 深溝球軸承23，一個擋片24，一個軸承座25，一個真空特殊電機(jī)作動器26組成。所述法蘭 20和轉(zhuǎn)軸21通過螺釘20. 1固定連接在一起；所述兩個深溝球軸承23固定在轉(zhuǎn)軸21上， 左側(cè)通過擋圈21. 1固定于軸承座25和轉(zhuǎn)軸21上，右側(cè)通過圓螺母21. 2固定在軸承座25 和轉(zhuǎn)軸21上；擋片24通過緊定螺釘21. 3 一端固定在轉(zhuǎn)軸21上，另一端與安裝在軸承座25 上的彈簧21. 4和真空特殊電機(jī)作動器26連接；所述真空特殊電機(jī)作動器26通過緊定螺釘 25. 1固定在軸承座25上；軸承座25通過螺釘25. 2固定于中間連接套筒3前端。由上述 結(jié)構(gòu)中的真空特殊電機(jī)作動器26球頭頂動擋片24，由擋片24帶動轉(zhuǎn)軸21轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu) 繞著Z軸方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。參照圖6，上述一維平移工作臺9由一個平移滑臺27，一個編輯器支架座28，一個
6編碼器支架29，一個編碼器30，一個轉(zhuǎn)接軸31，一個電機(jī)座32，一個電機(jī)頂塊33，兩個限位 開關(guān)34，一個限位開關(guān)擋片35，一個角板36，一個真空特殊電機(jī)作動器37，一個Z軸座38 組成。所述真空特殊電機(jī)作動器37安裝在電機(jī)座32上，電機(jī)頂塊33安裝在平移滑臺27 的運(yùn)動部份，電機(jī)座32安裝在平移滑臺27固定部份，轉(zhuǎn)接軸31與真空特殊電機(jī)作動器37 尾部固定后與編碼器30相連，編碼器支架29與編碼器30連接，一起固定在編碼器支架座 28上，編碼器支架座28及限位開關(guān)擋片35安裝在平移滑臺27的運(yùn)動部份，而限位開關(guān)34 安裝在平移滑臺27的固定部份，角板36通過螺釘與一維平移工作臺10連接，Z軸座38通 過螺釘與中間連接套筒3后端連接。由上述結(jié)構(gòu)中的真空特殊電機(jī)作動器37球頭頂動電 機(jī)頂塊33，由電機(jī)頂塊33帶動一維平移滑臺27的動平臺移動，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)沿著Y軸方向的移 動，并由編碼器30進(jìn)行位置反饋，由限位開關(guān)34保證平移滑臺27運(yùn)行的安全性和可靠性。
本發(fā)明建立了一個在空間具有六自由度的精密真空定位機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，占空角 度小，運(yùn)動分辨率高，控制容易，定位精確。
權(quán)利要求
一種靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人，由快速換靶機(jī)構(gòu)(1)，三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人(2)，中間連接套筒(3)和三維平移工作臺(4)組成；其特征在于所述中間連接套筒(3)后端固定在三維平移工作臺(4)的前端，所述三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人(2)固定在中間連接套筒(3)前端，所述快速換靶機(jī)構(gòu)(1)與三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人(2)前端連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人，其特征在于所述快速換靶機(jī)構(gòu) (1)由一個靶套筒(5)，一個靶支撐桿(6)，一個V形塊(7)，一個燕尾圓盤(8)組成；實(shí)驗(yàn)靶 (5. 1)通過緊定螺釘(5. 2)固定于靶套筒(5)的孔內(nèi)，靶套筒(5)通過緊定螺釘(6. 1)固 定于靶支撐桿(6)的孔內(nèi)，靶支撐桿(6)通過擋圈(7. 1)和緊定螺釘(7.2)固定在V形塊 (7)上，V形塊(7)通過滾花螺釘(8. 1)固定在燕尾圓盤(8)上，擋片(6.2) —端嵌于靶支 撐桿(6)中，一端通過彈簧(7.3)和緊定螺釘(7.4)與V形塊(7)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人，其特征在于所述三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器 人(2)由θχ、θ 維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人(2-1)和92旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(2-2)組成；所述快速換靶機(jī)構(gòu) (1)與θχ、θ 維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人(2-1)前端連接，9,旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(2-2)與θχ、維旋轉(zhuǎn) 機(jī)器人(2-1)后端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人，其特征在于所述的θχ、 維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人(2-1)由一個大圓盤(12)，兩個平頂頭(13)，一個小圓盤(14)，一個連軸套 (15)，兩個真空特殊電機(jī)作動器(16)，一個支撐球(17)，兩個調(diào)節(jié)螺帽(18)，兩個V形頂頭 (19)組成；所述大圓盤(12)與小圓盤(14)通過螺釘(14. 1)及墊片(14. 2)與支撐球(17) 連接，所述平頂頭(13)和V形頂頭(19)通過緊定螺釘(12. 1)固定于在大圓盤(12)上， 所述支撐球(17)通過螺釘(17. 1)與連軸套(15)相連，所述調(diào)節(jié)螺帽(18)安裝在連軸套 (15)上，所述真空特殊電機(jī)作動器(16)通過緊定螺釘(15. 1)固定在連軸套(15)上，所述 調(diào)節(jié)螺帽(18)和V形頂頭(19)之間安裝彈簧(18. 1)和鋼球(18. 2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人，其特征在于所述的θζ旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)(2-2)由一個法蘭(20)，一根轉(zhuǎn)軸(21)，一個外套筒(22)，兩個深溝球軸承(23)，一個擋 片(24)，一個軸承座(25)，一個真空特殊電機(jī)作動器(26)組成；所述法蘭(20)和轉(zhuǎn)軸(21) 通過螺釘(20. 1)固定連接在一起；所述兩個深溝球軸承(23)固定在轉(zhuǎn)軸(21)上，左側(cè)通 過擋圈(21. 1)固定于軸承座(25)和轉(zhuǎn)軸(21)上，右側(cè)通過圓螺母(21.2)固定在軸承座 (25)和轉(zhuǎn)軸(21)上；擋片(24)通過緊定螺釘(21. 3) 一端固定在轉(zhuǎn)軸(21)上，另一端與 安裝在軸承座(25)上的彈簧(21. 4)和真空特殊電機(jī)作動器(26)連接；所述真空特殊電機(jī) 作動器(26)通過緊定螺釘(25. 1)固定在軸承座(25)上；軸承座(25)通過螺釘(25. 2)固 定于中間連接套筒(3)前端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人，其特征在于所述三維平移工作 臺(4)由三個功能完全相同的一維平移工作臺(9，10，11)串聯(lián)組成；每個一維平移工作臺 (9或10或11)都能完成一個方向上的平移運(yùn)動，其中(9)完成Y軸方向的平移運(yùn)動，(10) 完成X軸方向的平移運(yùn)動，(11)完成Z軸方向的平移運(yùn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人，其特征在于所述平移工作臺 (9，10，11)由一個平移滑臺(27)，一個編輯器支架座(28)，一個編碼器支架(29)，一個編碼 器(30)，一個轉(zhuǎn)接軸(31)，一個電機(jī)座(32)，一個電機(jī)頂塊(33)，兩個限位開關(guān)(34)，一個 限位開關(guān)擋片(35)，一個角板(36)，一個真空特殊電機(jī)作動器(37)，一個Z軸座(38)組成；所述真空特殊電機(jī)作動器(37)安裝在電機(jī)座(32)上，電機(jī)頂塊(33)安裝在平移滑臺(27) 的運(yùn)動部份，電機(jī)座(32)安裝在平移滑臺(27)固定部份，轉(zhuǎn)接軸(31)與真空特殊電機(jī)作 動器(37)尾部固 定后與編碼器(30)相連，編碼器支架(29)與編碼器(30)連接，一起固定 在編碼器支架座(28)上，編碼器支架座(28)及限位開關(guān)擋片(35)安裝在平移滑臺(27) 的運(yùn)動部份，而限位開關(guān)(34)安裝在平移滑臺(27)的固定部份，角板(36)通過螺釘與一 維平移工作臺(10)連接，Z軸座(38)通過螺釘與中間連接套筒(3)后端連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于慣性約束核聚變中的靶定位六自由度串聯(lián)機(jī)器人。它采用平移和旋轉(zhuǎn)分開的串聯(lián)機(jī)構(gòu)形式，由一套三維平移工作臺和一套三維旋轉(zhuǎn)機(jī)器人組成。每一個方向的平動和轉(zhuǎn)動都由一個真空特殊電機(jī)作動器驅(qū)動，每一個運(yùn)動都是相對獨(dú)立的，在空間上能完成六個自由度的精密運(yùn)動。本發(fā)明建立了一個在空間具有六自由度的精密真空定位機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，占空角度小，運(yùn)動分辨率高，控制容易，定位精確。
文檔編號B25J19/00GK101850547SQ20101015240
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者何正峰, 葉獻(xiàn)孟, 馬立 申請人:上海大學(xué)