一種可重構(gòu)球面并聯(lián)機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于球面并聯(lián)機器人的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可重構(gòu)球面并聯(lián)機器人，發(fā)明目的是為了在不進(jìn)行拆解的前提下實現(xiàn)多種構(gòu)型之間的相互轉(zhuǎn)換。其包括動平臺、驅(qū)動支鏈以及定平臺，所述動平臺和定平臺由三條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動支鏈進(jìn)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(xiàn)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(huán)境具有更強的適應(yīng)性。
【專利說明】
一種可重構(gòu)球面并聯(lián)機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于球面并聯(lián)機器人的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可重構(gòu)球面并聯(lián)機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]球面并聯(lián)機器人作為一種特殊的并聯(lián)機器人，其特點是所有轉(zhuǎn)動副軸線匯交于球心，末端執(zhí)行器可實現(xiàn)繞球心的自由轉(zhuǎn)動，可作為衛(wèi)星天線的方位跟蹤系統(tǒng)，仿生機器人的腕關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、腰關(guān)節(jié)，球面雕刻機以及各類航空器的地面自動跟蹤設(shè)備的結(jié)構(gòu)方案，具有重要的應(yīng)用價值和前景。
[0003]由于機器人的應(yīng)用范圍越來越廣，而每種構(gòu)型僅能適應(yīng)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(fā)新的可重構(gòu)機器人。這種可重構(gòu)機器人能夠自動改變構(gòu)型來適應(yīng)環(huán)境和任務(wù)的改變。可重構(gòu)機器人在適應(yīng)性、可重復(fù)使用性、緊湊性和處理緊急事物方面均有優(yōu)勢?？芍貥?gòu)機器人的研究已成為機器人學(xué)一個新的研究方向，也是新的研究熱點。
[0004]大多數(shù)球面并聯(lián)機器人主要組成部分的結(jié)構(gòu)都很類似，主要的區(qū)別在于驅(qū)動支鏈上的運動副類型以及運動副的結(jié)構(gòu)位置，所以，將不同構(gòu)型的球面并聯(lián)機構(gòu)的組件進(jìn)行多功能化，同一組件上可實現(xiàn)多種運動副之間的相互轉(zhuǎn)換，通過運動副之間的相互轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)不同構(gòu)型之間轉(zhuǎn)換，完成多種構(gòu)型的集成，降低加工成本，結(jié)構(gòu)緊湊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的設(shè)計一種可重構(gòu)球面并聯(lián)機器人，在不進(jìn)行拆解的前提下實現(xiàn)多種構(gòu)型之間的相互轉(zhuǎn)換，可根據(jù)具體的應(yīng)用場合以及不同的功能要求進(jìn)行快速重構(gòu)，避免了對原有構(gòu)型的拆除和新構(gòu)型的重新裝配，從而節(jié)省了大量的時間。
[0006]本實用新型采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種可重構(gòu)球面并聯(lián)機器人，包括:動平臺、驅(qū)動支鏈以及定平臺，其特征所述的動平臺包括三條結(jié)構(gòu)相同的滑動軌道I，所述驅(qū)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(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動支鏈進(jìn)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(xiàn)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(qū)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(qū)動支鏈的運動副組成類型既可以完全相同也可進(jìn)行交叉組合，實現(xiàn)多種構(gòu)型之間的相互轉(zhuǎn)換。
[0009]所述的組合式滑塊包括滑塊1、滑塊Π，所述的驅(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)自鎖，鎖定形成運動副的兩個構(gòu)件之間的相對運動，連接于電機和弧形桿件之間的轉(zhuǎn)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(qū)動的，P代表移動副，R代表轉(zhuǎn)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(nèi)六角無頭螺絲進(jìn)行鎖緊，使得滑塊被固定在滑動軌道的預(yù)定位置;連接于電機和弧形桿件之間的轉(zhuǎn)動副R可通過對電機的控制進(jìn)行鎖緊，使得弧形桿件可以被定位在預(yù)定的位置。驅(qū)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(jìn)行改變，實現(xiàn)了同一種構(gòu)型的尺寸規(guī)格的重構(gòu)。
[0011]優(yōu)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(jìn)行配合，使得滑塊I和滑塊π可繞套筒的軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，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(jìn)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(yīng)的鎖緊孔，定位孔和鎖緊孔通過內(nèi)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(xiàn)了六自由度球面并聯(lián)機構(gòu)與三自由度球面并聯(lián)機構(gòu)之間的相互轉(zhuǎn)換，通過運動副之間的切換實現(xiàn)了多種三自由度球面并聯(lián)機構(gòu)之間的相互轉(zhuǎn)換，通過改變運動副的鎖緊位置實現(xiàn)了每種構(gòu)型的尺寸重構(gòu)。
[0014]2.該構(gòu)型可重構(gòu)的球面并聯(lián)機器人具有以下優(yōu)點:
[0015](I)機構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊；
[0016](2)實現(xiàn)了六自由度球面并聯(lián)機構(gòu)與三自由度球面并聯(lián)機構(gòu)之間的相互轉(zhuǎn)換；
[0017](3)實現(xiàn)了多種相同驅(qū)動支鏈三自由度球面并聯(lián)機構(gòu)之間的相互轉(zhuǎn)換；
[0018](4)實現(xiàn)了球面并聯(lián)機構(gòu)的不同驅(qū)動支鏈的混聯(lián)構(gòu)型。
[0019](5)實現(xiàn)了球面并聯(lián)機器人中每種構(gòu)型的尺寸規(guī)格的重構(gòu)。
[0020]這些優(yōu)點使得該可重構(gòu)的球面并聯(lián)機器人的靈活性、柔性更好，對工作環(huán)境具有較強的適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為一種可重構(gòu)球面并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為驅(qū)動支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為組合式滑塊的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為組合式滑塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為移動副P的鎖緊原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖中標(biāo)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(qū)動電機，5-電機支架，5.1-電機定位孔，6-定平臺，7-內(nèi)六角無頭螺絲，8-螺紋孔。
【具體實施方式】
[0027]結(jié)合附圖1-5對本實用新型的【具體實施方式】作進(jìn)一步說明。
[0028]—種可重構(gòu)球面并聯(lián)機器人，包括:動平臺1、驅(qū)動支鏈、定平臺6等。所述驅(qū)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(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動支鏈進(jìn)行連接，動平臺I的滑動軌道1.1與驅(qū)動支鏈的弧形桿件3通過組合式滑塊2連接，可實現(xiàn)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(qū)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(qū)動支鏈的運動副組成類型既可以完全相同也可進(jìn)行交叉組合，實現(xiàn)多種構(gòu)型之間的相互轉(zhuǎn)換，通過選擇運動副的鎖緊位置對支鏈的有效尺寸進(jìn)行改變，實現(xiàn)了同一種構(gòu)型的尺寸重構(gòu)。
[0030]每條驅(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)自鎖，鎖定形成運動副的兩個構(gòu)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(zhuǎn)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(qū)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(nèi)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(yù)定位置，從而實現(xiàn)運動副的鎖緊;連接于電機4和弧形桿件3之間的轉(zhuǎn)動副R可通過對電機的控制進(jìn)行鎖緊，使得弧形桿件3可以被定位在預(yù)定的位置。
[0032]進(jìn)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(jìn)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)，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(jìn)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(yīng)的鎖緊孔，定位孔和鎖緊孔通過內(nèi)六角無頭螺絲連接。
[0033]不同構(gòu)型之間的區(qū)別在于支鏈所含有運動副的數(shù)量以及組合的類型不同，部分典型的構(gòu)型實施例如下:
[0034]實施例1:
[0035]本實施例的構(gòu)型可重構(gòu)的球面并聯(lián)機器人為六自由度亞RP構(gòu)型，包括:動平臺1、驅(qū)動支鏈、定平臺6等。所述動平臺I和定平臺6由三條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動支鏈進(jìn)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(xiàn)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(qū)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(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動力的作用下繞電機軸轉(zhuǎn)動，所述組合式滑塊2中的滑塊Π2.3在驅(qū)動力的作用下在弧形桿件3的滑動軌道上進(jìn)行滑動。
[0038]實施例2:
[0039]本實施例的構(gòu)型可重構(gòu)的球面并聯(lián)機器人為三自由度gRP構(gòu)型，該構(gòu)型與實施例1的不同之處在于，所述驅(qū)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(qū)動力的作用下繞電機軸轉(zhuǎn)動。
[0040]實施例3:
[0041]本實施例的構(gòu)型可重構(gòu)的球面并聯(lián)機器人為三自由度gPR構(gòu)型，該構(gòu)型與實施例1的不同之處在于，所述驅(qū)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(qū)動力的作用下繞電機軸轉(zhuǎn)動。
[0042]實施例4:
[0043]本實施例的構(gòu)型可重構(gòu)的球面并聯(lián)機器人為三自由度gPR構(gòu)型，該構(gòu)型與實施例1的不同之處在于，所述驅(qū)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(zhuǎn)動副R被鎖死，僅所述組合式滑塊2中的滑塊Π 2.3在驅(qū)動力的作用下在弧形桿件3的滑動軌道上進(jìn)行滑動。
[0044]實施例5:
[0045]本實施例的構(gòu)型可重構(gòu)的球面并聯(lián)機器人為三自由度pRP/gRP混聯(lián)構(gòu)型，該構(gòu)型與實施例1的不同之處在于，所述三條驅(qū)動支鏈的運動副組合類型不同，其中一條驅(qū)動支鏈區(qū)別于另外兩條驅(qū)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(qū)動力的作用下在弧形桿件3的滑動軌道Π 3.1上進(jìn)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(zhuǎn)動副R被鎖死，僅所述滑塊Π 2.3在驅(qū)動力的作用下在弧形桿件3的滑動軌道Π3.1上進(jìn)行滑動。
【主權(quán)項】
1.一種可重構(gòu)球面并聯(lián)機器人，包括:動平臺(I)、驅(qū)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(jié)構(gòu)相同的滑動軌道I (1.1 )，所述驅(qū)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(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動支鏈進(jìn)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(xiàn)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(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)球面并聯(lián)機器人，其特征在于三條驅(qū)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(qū)動支鏈的運動副組成類型既可以完全相同也可進(jìn)行交叉組合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可重構(gòu)球面并聯(lián)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(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)自鎖，鎖定形成運動副的兩個構(gòu)件之間的相對運動，連接于電機(4)和弧形桿件(3)之間的轉(zhuǎn)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(qū)動的。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可重構(gòu)球面并聯(lián)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(nèi)六角無頭螺絲(7)進(jìn)行鎖緊。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可重構(gòu)球面并聯(lián)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(jìn)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)，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(jìn)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(yīng)的鎖緊孔，定位孔和鎖緊孔通過內(nèi)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(fā)明人】趙建文, 李瑞琴
【申請人】中北大學(xué)