專利名稱：一種五自由度并聯(lián)動力頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器人，特別是涉及一種可實現(xiàn)五坐標作業(yè)功能的并聯(lián)機器人。
背景技術：
根據專利US4732525、ZL200510015095. 5可知，現(xiàn)有的多坐標機械手，其實現(xiàn)形式一般為少自由度并聯(lián)機構輔以定位頭的混聯(lián)結構形式。多坐標加工能力包括動平臺的位置定位及末端執(zhí)行器的姿態(tài)定位。其中，機構動平臺的位置定位由少自由度并聯(lián)機構實現(xiàn)，主要通過調節(jié)安裝在主動支鏈上的伺服電機執(zhí)行；末端執(zhí)行器的姿態(tài)定位由定位頭(如A/C雙擺頭)實現(xiàn)，通過調節(jié)安裝在雙擺頭上的伺服電機執(zhí)行。此類機械手的不足為定位頭安裝伺服電機與減速器等，重量過大，影響機構的響應能力及動態(tài)性能，機構剛度質量比較小，整體剛度較難保證。

發(fā)明內容
本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種五自由度并聯(lián)動力頭，該動力頭的響應速度快、動態(tài)性能好、剛度質量比大。本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是一種五自由度并聯(lián)動力頭，包括固定架，所述固定架底座的中央有一中央開孔，所述中央開孔內設有一個具有兩轉動自由度的第一鉸鏈；所述第一鉸鏈通過移動副與從動支鏈相連，在所述從動支鏈周圍設有均布的第一、第二和第三運動鏈，所述第一、第二和第三運動鏈固接在所述固定架上，所述第一運動鏈包括第一主動支鏈，第二運動鏈包括第二和第三主動支鏈，第三運動鏈包括第四和第五主動支鏈，所述第一、第二、第三、第四和第五主動支鏈的結構相同；所述每一主動支鏈均包括與固定架固定連接的壁板，在所述壁板上端安裝有伺服電機，所述伺服電機驅動第一滾珠絲杠，所述第一滾珠絲杠上連接有第一螺母，所述第一螺母固接在連接塊內，所述連接塊滑動連接在導軌上，所述導軌固定在所述壁板上，所述連接塊通過具有兩個轉動自由度的第三鉸鏈與從動桿上端相連；所述固定架的下方設置有一個動平臺，所述動平臺包括上平臺與下平臺兩個部分；所述上平臺與所述下平臺通過軸承轉動相連；所述從動支鏈的下端與所述上平臺固定連接；所述第一主動支鏈的下端通過具有三轉動自由度的第四鉸鏈與上平臺轉動相連；所述第二主動支鏈的下端通過具有一個轉動自由度的第五鉸鏈與第一十字軸的一個轉軸鉸接，所述第三主動支鏈的下端通過具有一個轉動自由度的第六鉸鏈與第二十字軸的一個轉軸鉸接，所述第一十字軸和第二十字軸的另一轉軸分別轉動連接在第一擺軸內，所述第一擺軸固接在第一鉸鏈軸上，所述第一鉸鏈軸轉動連接在第一鉸鏈座上，所述第一鉸鏈座固定連接在所述上平臺上；所述第四主動支鏈的下端通過具有一個轉動自由度的第七鉸鏈與第三十字軸的一個轉軸鉸接，所述第五主動支鏈的下端通過具有一個轉動自由度的第八鉸鏈與第四十字軸的一個轉軸鉸接，所述第三十字軸和第四十字軸的另一轉軸分別轉動連接在第二擺軸內，所述第二擺軸固接在第二鉸鏈軸上，所述第二鉸鏈軸轉動連接在第二鉸鏈座上，所述第二鉸鏈座固定連接在上平臺上；所述第一鉸鏈軸的一端與第一主動錐齒輪相連，所述第一主動錐齒輪上嚙合有第一從動錐齒輪，所述第一從動錐齒輪固定在第一轉軸上，所述第一轉軸轉動連接在所述上平臺上，所述第一轉軸上固接有第一主動帶輪，所述第一主動帶輪通過皮帶與第一從動帶輪連接，所述第一從動帶輪固定在第三轉軸上，所述第三轉軸設置在下平臺上；所述第二鉸鏈軸的一端與第二主動錐齒輪相連，所述第二主動錐齒輪上嚙合有第二從動錐齒輪，所述第二從動錐齒輪固定在第二轉軸上，所述第二轉軸轉動連接在所述上平臺上，所述第二轉軸上固接有第二主動帶輪，所述第二主動帶輪通過皮帶與第二從動帶輪連接，所述第二從動帶輪固定在第四轉軸上，所述第四轉軸下端穿過第三轉軸深入到下平臺內，并與第三主動錐齒輪固接，所述第三主動錐齒輪上嚙合有第三從動錐齒輪，所述第三從動錐齒輪固接在第五轉軸上，所述第五轉軸轉動連接在下平臺上。所述第一鉸鏈包括外圈和內圈，所述內圈外設有內圈轉軸，所述外圈上設有外圈轉軸，所述外圈通過外圈轉軸與固定架轉動連接，所述內圈通過內圈轉軸與外圈轉動連接，所述外圈轉軸與內圈轉軸交叉設置。
所述第一主動錐齒輪設置在第一鉸鏈軸的內端，所述第二主動錐齒輪設置在第二鉸鏈軸的內端。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是機構可實現(xiàn)五坐標加工能力，其中既有一平動兩轉動的定位運動又有繞A和/或C軸的姿態(tài)調整，能夠有效減少定位頭質量，實現(xiàn)模塊化結構設計。運動鏈采用雙主動支鏈形式可提高機構整體剛度，同時保證機構動態(tài)性能好、剛度質量比大、定位精度與重復定位精度高且具有優(yōu)勢進給方向。


圖I是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是圖I的俯視圖；圖3是本發(fā)明中一個主動支鏈的的結構示意圖；圖4是本發(fā)明中動平臺的外觀圖；圖5是本發(fā)明中動平臺的內部結構示意圖。
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下請參閱圖I 圖5, —種五自由度并聯(lián)動力頭，由固定架I,第一、第二、第三、第四、第五主動支鏈2、3、4、5、6，從動支鏈7，動平臺8構成。所述固定架I的中央有一中央開孔，所述中央開孔內設有一個具有兩轉動自由度的第一鉸鏈9，所述第一鉸鏈9通過移動副10與從動支鏈7相連。在本實施例中，所述第一鉸鏈9包括外圈和內圈，所述內圈外設有內圈轉軸，所述外圈外設有外圈轉軸，所述外圈通過外圈轉軸與固定架轉動連接，所述內圈通過內圈轉軸與外圈轉動連接，所述外圈轉軸與內圈轉軸交叉設置；所述內圈通過移動副10與從動支鏈7相連。所述第一主動支鏈2為第一運動鏈，第二、第三主動支鏈3、4為第二運動鏈，第四、第五主動支鏈5、6為第三運動鏈，所述第一、第二、第三運動鏈相對于從動支鏈空間對稱分布在所述固定架上。所述第一、第二、第三、第四、第五主動支鏈2、3、4、5、6具有相同的結構形式，所述每一主動支鏈均包括與固定架固定連接的壁板11，在所述壁板上端安裝有伺服電機12，所述伺服電機驅動第一滾珠絲杠13，所述第一滾珠絲杠13上連接有第一螺母，所述第一螺母固接在連接塊15內，所述連接塊15滑動連接在導軌14上，所述導軌14固定在所述壁板11上，所述連接塊15通過具有兩個轉動自由度的第三鉸鏈16與從動桿17上端相連，所述第三鉸鏈16可采用虎克鉸等結構形式。所述固 定架I的下方設置有一個動平臺8，包括上平臺18與下平臺19，所述上平臺18與所述下平臺19通過軸承轉動相連。所述從動支鏈7的下端與所述上平臺18固定連接。所述第一主動支鏈2通過第四鉸鏈20與上平臺轉動相連，所述第四鉸鏈具有三個轉動自由度，可采用虎克鉸輔以自轉軸、球鉸鏈等形式。所述第二主動支鏈3的下端通過具有一個轉動自由度的第五鉸鏈21與第一十字軸23的一個轉軸鉸接，所述第三主動支鏈4的下端通過具有一個轉動自由度的第六鉸鏈22與第二十字軸24的一個轉軸鉸接，所述第一十字軸23和第二十字軸24的另一轉軸分別轉動連接在第一擺軸25內，所述第一擺軸25固接在第一鉸鏈軸26上，所述第一鉸鏈軸26轉動連接在第一鉸鏈座27上，所述第一鉸鏈座27固定連接在所述上平臺18上；所述第四、第五主動支鏈與上平臺的連接和第三、第四主動支鏈與上平臺的連接相同。所述第四主動支鏈5的下端通過具有一個轉動自由度的第七鉸鏈28與第三十字軸30的一個轉軸鉸接，所述第五主動支鏈6的下端通過具有一個轉動自由度的第八鉸鏈29與第四十字軸31的一個轉軸鉸接，所述第三十字軸30和第四十字軸31的另一轉軸分別轉動連接在第二擺軸32內，所述第二擺軸32固接在第二鉸鏈軸33上，所述第二鉸鏈軸33轉動連接在第二鉸鏈座34上，所述第二鉸鏈座34固定連接在上平臺18上；所述第一、第二鉸鏈軸26、33的一端各自與設置在上平臺內的第一、第二主動錐齒輪37、38相連，所述第一主動錐齒輪37上嚙合有第一從動錐齒輪39，所述第一從動錐齒輪39固定在第一轉軸35上，所述第一轉軸35轉動連接在所述上平臺18上，所述第一轉軸35上固接有第一主動帶輪40，所述第一主動帶輪40通過皮帶與第一從動帶輪42連接，所述第一從動帶輪42固定在第三轉軸41上，所述第三轉軸41設置在下平臺19上；所述第二鉸鏈軸33的一端與第二主動錐齒輪38相連，所述第二主動錐齒輪38上嚙合有第二從動錐齒輪43，所述第二從動錐齒輪43固定在第二轉軸36上，所述第二轉軸36轉動連接在所述上平臺18上，所述第二轉軸36上固接有第二主動帶輪44，所述第二主動帶輪44通過皮帶與第二從動帶輪46連接，所述第二從動帶輪46固定在第四轉軸45上，所述第四轉軸45下端穿過第三轉軸深入到下平臺內，并與第三主動錐齒輪47固接，所述第三主動錐齒輪47上嚙合有第三從動錐齒輪49，所述第三從動錐齒輪固接在第五轉軸48上，所述第五轉軸轉動連接在下平臺上。下面結合每一幅圖對本發(fā)明進一步說明如圖I和圖2所示，本發(fā)明的一種五自由度并聯(lián)動力頭，由固定架I,動平臺8，第一、第二、第三、第四、第五主動支鏈2、3、4、5、6，從動支鏈7構成。其中，第一主動支鏈2為第一運動鏈，第二主動支鏈3與第三主動支鏈4組成第二運動鏈，第四主動支鏈5與第五主動支鏈6組成第三運動鏈。從動支鏈7位于固定架I的中央開孔內，第一、第二、第三運動鏈關于從動支鏈7空間對稱設置在所述固定架上。所述中央開孔內連接具有兩回轉自由度的第一鉸鏈9，所述第一鉸鏈9通過移動副10與所述從動支鏈7相連。如圖3所示，所述每一主動支鏈均包括壁板11，伺服電機12，第一絲杠螺母結構，第二導軌滑塊結構，連接塊15，第三鉸鏈16及從動桿17。壁板11固定連接在固定架上，伺服電機12安裝在所述壁板一端，所述伺服電機輸出軸通過聯(lián)軸器與第一滾珠絲杠13相連，所述壁板上設置有第二導軌14，連接塊15上固定安裝第二滑塊和第一螺母，則第一滾珠絲杠13與第一螺母螺紋連接形成第一絲杠螺母結構，第二導軌14與第二滑塊滑動連接形成第二導軌滑塊結構。連接塊15通過第三鉸鏈16與從動桿17相連，所述第三鉸鏈16具有兩轉動自由度，可采用虎克鉸等結構形式。本實施例中連接塊帶動從動桿的移動均采用伺服電機-減速器-滾珠絲杠的驅動方式，但也可采用液壓、氣動等結構作為驅動方式。如圖4所示,動平臺8包括上平臺18和下平臺19兩個部分,所述上平臺18與所述 下平臺19通過軸承轉動相連。所述從動支鏈7的下端與所述上平臺18固定連接，所述第一主動支鏈2通過第四鉸鏈20與上平臺18連接，所述第四鉸鏈20具有三個轉動自由度，可采用虎克鉸輔以自轉軸、球鉸鏈等形式。所述第二主動支鏈3的下端通過具有一個轉動自由度的第五鉸鏈21與第一十字軸23的一個轉軸鉸接，所述第三主動支鏈4的下端通過具有一個轉動自由度的第六鉸鏈22與第二十字軸24的一個轉軸鉸接，所述第一十字軸23和第二十字軸24的另一轉軸分別轉動連接在第一擺軸25內，所述第一擺軸25固接在第一鉸鏈軸26上，所述第一鉸鏈軸26轉動連接在第一鉸鏈座27上，所述第一鉸鏈座27固定連接在所述上平臺18上。如圖5所示，所述第四，第五主動支鏈5、6與上平臺18的連接和第二、第三主動支鏈3、4與上平臺18的連接相同。所述第四主動支鏈5的下端通過具有一個轉動自由度的第七鉸鏈28與第三十字軸30的一個轉軸鉸接，所述第五主動支鏈6的下端通過具有一個轉動自由度的第八鉸鏈29與第四十字軸31的一個轉軸鉸接，所述第三十字軸31和第四十字軸31的另一轉軸分別轉動連接在第二擺軸32內，所述第二擺軸32固接在第二鉸鏈軸33上，所述第二鉸鏈軸33轉動連接在第二鉸鏈座34上，所述第二鉸鏈座34固定連接在上平臺18上。所述第一鉸鏈軸26的一端與設置在上平臺18內的第一主動錐齒輪37相連，所述上平臺18內沿從動支鏈軸線方向通過軸承轉動連接第一轉軸35，所述第一轉軸35通過鍵連接有第一從動錐齒輪39和第一主動帶輪40。第一主動帶輪40與第一從動帶輪42通過皮帶連接，所述第一從動帶輪42通過鍵連接在第三轉軸41上，而第三轉軸41設置在下平臺19。則第二運動鏈，即第二、第三主動支鏈3、4的伺服電機具有不同輸入值時，第一擺軸25產生轉動，帶動第一鉸鏈軸26繞自身軸線轉動，從而帶動第一主動錐齒輪37轉動，通過齒輪嚙合作用傳至第一從動錐齒輪39，進而由第一轉軸35傳至第一主動帶輪40，從而第一從動帶輪42在皮帶的作用下發(fā)生轉動，帶動第三轉軸41與下平臺19產生繞C軸的轉動。為了使結構更加緊湊，在本實施例中，將所述第一主動錐齒輪37設置在第一鉸鏈軸26的內端。所述第二鉸鏈軸33的一端通過鍵連接設置在上平臺18內的第二主動錐齒輪38，所述上平臺18內沿從動支鏈軸線方向通過軸承轉動連接第二轉軸36，所述第二轉軸36通過鍵連接第二從動錐齒輪43和第二主動帶輪44。第二主動帶輪44與第二從動帶輪46通過皮帶連接，所述第二從動帶輪46通過鍵連接在第四轉軸45上。所述第四轉軸45下端穿過第三轉軸深入到下平臺內，并與第三主動錐齒輪47固接，所述的第三主動錐齒輪47與通過軸承架設在下平臺的第五轉軸48上的第三從動錐齒輪49相嚙合配合。則第三運動鏈，即第四、第五主動支鏈5、6具有不同輸入值的驅動時，第二擺軸32發(fā)生轉動，帶動第二鉸鏈軸33產生繞自身軸線的轉動，進而帶動第二主動錐齒輪38轉動，第二主動錐齒輪38與第二從動錐齒輪43嚙合，使轉動傳至第二轉軸36，第二轉軸36帶動第二主動帶輪44轉動，通過皮帶傳至第二從動帶輪46，從而帶動第四轉軸45發(fā)生轉動，進而將轉動傳至第三主動錐齒輪47，齒輪嚙合作用導致第三從動錐齒輪49轉動，則第五轉軸48可實現(xiàn)繞A軸的轉動。為了使結構更加緊湊，在本實施例中，將所述第二主動錐齒輪38設置在第二鉸鏈軸33的內端。本發(fā)明的新型五自由度并聯(lián)動力頭可實現(xiàn)五自由度的運動。由于第一、第二、第三運動鏈的連接塊15可相對于固定架沿第一滾珠絲杠軸線方向移動，所述連接塊通過具有兩個回轉自由度的第三鉸鏈16與從動桿17相連，所述第一、第二、第三運動鏈與動平臺的連接具有三個回轉自由度；從動支鏈通過具有兩轉動自由度的第一鉸鏈和移動副與固定架相連，下端與動平臺固定連接，故動平臺可在所述每一運動鏈伺服電機的驅動下實現(xiàn)一平動兩轉動的運動，即機構可到達給定工作空間內的任一位置，實現(xiàn)定位功能。當?shù)诙\動鏈中第二主動支鏈3與第三主動支鏈4的伺服電機具有不同輸入值時,可將兩支鏈末端產生的轉動通過錐齒輪、同步帶傳至下平臺19,實現(xiàn)下平臺19繞C軸的轉動。當?shù)谌\動鏈中第四主動支鏈5與第五主動支鏈6的驅動裝置具有不同輸入值時，可將兩支鏈末端產生的轉動通過錐齒輪、同步帶、錐齒輪傳至第五轉軸48，實現(xiàn)第五轉軸繞A軸的轉動，故機構可實現(xiàn)五自由度運動。本發(fā)明的新型五自由度并聯(lián)動力頭，第二、第三運動鏈采用雙主動支鏈的結構，既能驅動機構以更快的速度實現(xiàn)一平動兩轉動的定位運動；又能達到指定的位置后，使雙主動支鏈具有不同的輸入，驅動機構產生繞A/C軸的轉動，實現(xiàn)姿態(tài)調整。從而定位頭質量可有效減小，機構整體剛性提聞，定位頭定位精度和重復定位精度加大，實現(xiàn)機構快進能力及動態(tài)性能提升。
盡管上面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種五自由度并聯(lián)動力頭，其特征在于，包括固定架，所述固定架底座的中央有一中央開孔，所述中央開孔內設有一個具有兩轉動自由度的第一鉸鏈；所述第一鉸鏈通過移動副與從動支鏈相連，在所述從動支鏈周圍設有均布的第一、第二和第三運動鏈，所述第一、第二和第三運動鏈固接在所述固定架上，所述第一運動鏈包括第一主動支鏈，第二運動鏈包括第二和第三主動支鏈，第三運動鏈包括第四和第五主動支鏈，所述第一、第二、第三、第四和第五主動支鏈的結構相同； 所述每一主動支鏈均包括與固定架固定連接的壁板，在所述壁板上端安裝有伺服電機，所述伺服電機驅動第一滾珠絲杠，所述第一滾珠絲杠上連接有第一螺母，所述第一螺母固接在連接塊內，所述連接塊滑動連接在導軌上，所述導軌固定在所述壁板上，所述連接塊通過具有兩個轉動自由度的第三鉸鏈與從動桿上端相連； 所述固定架的下方設置有一個動平臺，所述動平臺包括上平臺與下平臺兩個部分；所述上平臺與所述下平臺通過軸承轉動相連；所述從動支鏈的下端與所述上平臺固定連接；所述第一主動支鏈的下端通過具有三轉動自由度的第四鉸鏈與上平臺轉動相連， 所述第二主動支鏈的下端通過具有一個轉動自由度的第五鉸鏈與第一十字軸的一個轉軸鉸接，所述第三主動支鏈的下端通過具有一個轉動自由度的第六鉸鏈與第二十字軸的一個轉軸鉸接，所述第一十字軸和第二十字軸的另一轉軸分別轉動連接在第一擺軸內，所述第一擺軸固接在第一鉸鏈軸上，所述第一鉸鏈軸轉動連接在第一鉸鏈座上，所述第一鉸鏈座固定連接在所述上平臺上； 所述第四主動支鏈的下端通過具有一個轉動自由度的第七鉸鏈與第三十字軸的一個轉軸鉸接，所述第五主動支鏈的下端通過具有一個轉動自由度的第八鉸鏈與第四十字軸的一個轉軸鉸接，所述第三十字軸和第四十字軸的另一轉軸分別轉動連接在第二擺軸內，所述第二擺軸固接在第二鉸鏈軸上，所述第二鉸鏈軸轉動連接在第二鉸鏈座上，所述第二鉸鏈座固定連接在上平臺上；所述第一鉸鏈軸的一端與第一主動錐齒輪相連，所述第一主動錐齒輪上嚙合有第一從動錐齒輪，所述第一從動錐齒輪固定在第一轉軸上，所述第一轉軸轉動連接在所述上平臺上，所述第一轉軸上固接有第一主動帶輪，所述第一主動帶輪通過皮帶與第一從動帶輪連接，所述第一從動帶輪固定在第三轉軸上，所述第三轉軸設置在下平臺上； 所述第二鉸鏈軸的一端與第二主動錐齒輪相連，所述第二主動錐齒輪上嚙合有第二從動錐齒輪，所述第二從動錐齒輪固定在第二轉軸上，所述第二轉軸轉動連接在所述上平臺上，所述第二轉軸上固接有第二主動帶輪，所述第二主動帶輪通過皮帶與第二從動帶輪連接，所述第二從動帶輪固定在第四轉軸上，所述第四轉軸下端穿過第三轉軸深入到下平臺內，并與第三主動錐齒輪固接，所述第三主動錐齒輪上嚙合有第三從動錐齒輪，所述第三從動錐齒輪固接在第五轉軸上，所述第五轉軸轉動連接在下平臺上。
2.根據權利要求I所述的五自由度并聯(lián)動力頭，其特征在于:所述第一鉸鏈包括外圈和內圈，所述內圈外設有內圈轉軸，所述外圈上設有外圈轉軸，所述外圈通過所述外圈轉軸與所述固定架轉動連接，所述內圈通過所述內圈轉軸與所述外圈轉動連接，所述外圈轉軸與所述內圈轉軸交叉設置。
3.根據權利要求I所述的五自由度并聯(lián)動力頭，其特征在于所述第一主動錐齒輪設置在第一鉸鏈軸的內端，所述第二主動錐齒輪設置在第二鉸鏈軸的內端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種五自由度并聯(lián)動力頭，包括固定架，所述固定架底座的中央有一中央開孔，所述中央開孔內設有一個具有兩轉動自由度的第一鉸鏈；所述第一鉸鏈通過移動副與從動支鏈相連，在所述從動支鏈周圍設有均布的第一、第二和第三運動鏈，所述第一、第二和第三運動鏈固接在所述固定架上，所述固定架的下方設置有一個動平臺，所述動平臺包括上平臺與下平臺兩個部分；所述上平臺與所述下平臺通過軸承轉動相連；所述從動支鏈的下端與所述上平臺固定連接；所述第一運動鏈的下端通過具有三轉動自由度的第四鉸鏈與上平臺轉動相連，第二和第三運動鏈以相同的連接結構連接在上平臺上。本發(fā)明響應速度快、動態(tài)性能好、剛度質量比大。
文檔編號B25J9/08GK102615641SQ201210083569
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權日2012年3月27日
發(fā)明者孫濤, 宋軼民, 董罡, 連賓賓 申請人:天津大學