专利名称:一种跨构型双并联工业机器人的结构的制作方法
【专利摘要】一种用于机械加工装配的跨构型双并联机器人的结构。该实用新型结构是由两个结构形式不同的3自由度并联机构通过串接组成的。它主要包括基座、中间平台和动平台以及上下两层结构的6条支链。上部三条支链采用2条结构形式相同和另一条结构形式不同，下部三条支链采用完全相同的结构形式。上下两层结构的6条支链都用移动副作为主动副，不同的是，上部支链的移动副通过丝杠螺母来实现，而下部三条支链则采用液压驱动实现。通过六个移动副的作用，动平台能够精确到达目的位置，该结构具有动平台偏转能力强和工作范围大等优点，具有很强的机构性和灵活性。
【专利说明】一种跨构型双并联工业机器人的结构
所属【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种机器人结构，尤其是一种能够增大工作空间和灵活度的跨构型双并联工业机器人结构。
【背景技术】
[0002]并联机器人机构，定义为动平台和定平台之间至少通过两个独立的运动链相连接，且具有两个或两个以上的自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构，其以自身的许多优点及应用价值在近二十年引起了学术界和工业界的广泛关注。作为一种知识高度密集型的机构，它具有结构刚度大、承载能力强、末端质量轻、惯性小和位置误差不累积等优点，在应用上与串联机构呈互补关系，国际上将这种关系称为“对偶”，并联机构不仅作为机器人在机电工业有着十分重要的应用，还包括高技术的多个方面如航天模拟训练、海底作业、地下开采、军事装备、计算机辅助医疗设备、生物工程、大型射电望远镜以及微机电系统等。
[0003]虽然并联设备在承载力、结构刚度、精度等方面有着串联机构无法比拟的优点，但是并联机构与已经用得很广泛串联机构相比，它的活动空间比较小，其动平台不如串联机器人手部灵活，例如，著名的6-UPS并联机构的工作空间只是一个位于机构上方的厚度不大的蘑菇形空间，而表示灵活度的末端件3维转动的活动范围一般只在60度上下，角度最大也达不到90度，再例如，基于并联机构的6自由度纯并联机床，其姿态角一般不超过30度，难于适应大倾角多坐标数控作业的需要。由此可见，工作空间和灵活度的有限限制了并联机构面向市场。
[0004]为了解决并联机器人的工作空间小和末端平台灵活性不强的不足，将两个不同构型的三自由度并联机构串接起来组成一种跨构型双并联工业机器人结构，上层并联机构具有两个移动自由度和一个转动自由度，下层并联机构具有两个转动自由度和一个移动自由度，两个不同构型的并联机构串接后，整体具有六个自由度，分别是三个移动自由度和三个转动自由度，整体运动解耦型明显，因此，双并联工业机器人很好的增大了其灵活性。另外，在上层并联机构工作空间的每一个可达位置，下层并联机构也就是整个机构末端动平台能够达到的范围就是整个下层并联机构的工作空间，这样，整个双并联工业机器人的工作空间就是若干个下层并联机构工作空间的并集，这样一来，显然大大增加了末端动平台的工作空间。因此，该结构适用于需要大工作空间、高灵活性，运动复杂的工作环境。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于改善纯并联机器人的工作空间和灵活性，为其更好的适应复杂的工作环境，设计了一种跨构型双并联工业机器人结构。
[0006]本实用新型设计的跨构型双并联工业机器人结构，它是由两个不同的三自由度并联机构串接组成的，主要由基座、中间平台、动平台和上下两层三自由度并联机构的六条支链构成。基座上呈等腰直角三角形分布有三根方形立柱，每根立柱的凹槽中安装有丝杠，上层并联机构的两条完全相同的支链通过螺母对称连接在丝杠上，另一端通过转动副连接在中间平台上，支链中间部分是一个平行四边形机构。上层并联机构的另一条支链也通过转动副连接在另一个与丝杠配合的螺母上，另一端依次通过两个轴线相互垂直的转动副连接到中间平台上。在中间平台的下表面通过转动副连接沿圆周均匀分布的下层并联机构的三条相同的支链，支链的末端均通过球副与动平台相连，支链的中间是移动副，移动副采用液压驱动实现。
[0007]本跨构型双并联工业机器人结构，共有六条支链，上层结构的三条支链采用不完全相同的结构形式，其移动副均是采用丝杠和螺母结构来实现。为了使螺母在移动的过程中不发生偏转，在立柱的凹槽的两端设计有导轨，在螺母上开有凹槽，使其在导轨上滑动。下部支链采用完全相同的结构形式，支链中间的移动副采用液压驱动来实现。
[0008]本跨构型双并联工业机器人结构，与中间平台下表面连接的三条支链转动副的轴线在同一平面内且两两成60°角分布，与动平台连接的三条支链的球副的球心也在同一平面内，球心之间两两连线也成60°。
[0009]本跨构型双并联工业机器人结构，三根方形立柱呈等腰直角三角形分布。上部三条支链中，结构形式完全相同的两条支链左右对称分布，另一条支链末端依次通过两个相互垂直的转动副连接到中间平台上。
[0010]本跨构型双并联工业机器人结构，上层结构中的两条完全相同的支链的中部是平行四边形机构，其两端都是通过转动副连接。
[0011]本实用新型的有益效果是，可以用于执行复杂的工作，例如，加工具有复杂曲面的零件。该跨构型双并联机器人结构简单，成本低，并且工作空间大和偏转能力强。
【附图说明】
[0012]图1:是本发明的一种跨构型双并联工业机器人的结构原理图；
[0013]图2:是该结构的上部支链中两个支链结构完全相同的支链；
[0014]图3:是该结构的下部支链；
[0015]图4:是该结构的中间平台；
[0016]图中，I电机；2联轴器；3丝杠；4转动副；5连杆；6转动副；7转动副；8导轨；9螺母；10转动副；11转动副；12转动副；13中间平台；14转动副；15伸缩杆；16球铰链；17动平台；18操作器；19基座；20立柱
【具体实施方式】
[0017]基座19与立柱20为一体，起到支撑作用，上层三条支链的上端分别通过螺母9与丝杠3连接，下端都是通过转动副与中间平台13相连接，左右对称的支链中间是用转动副11连接起来的平行四边形机构。电机I安装在每根立柱20的顶部，每根立柱上的电机主轴通过联轴器2连接丝杠3，电机I工作，带动丝杠3转动，从而使得每条支链的螺母9在各自的导轨8上上下移动，三条支链就会发生运动，中间平台13就是在三条支链的作用下达到一定的位姿。中间平台13的下端通过三个沿着圆周均匀分布的转动副14连接三条完全相同的支链，支链的末端通过球铰链16与动平台17相连接，通过液压驱动使得这三条支链的中间的伸缩杆15发生伸缩运动，从而通过每条支链的球副16使得动平台到达目的位置，这时操作器18便可以对目的工件进行相应的操作。
【权利要求】
1.一种跨构型双并联工业机器人的结构，本结构的特征在于，它是由两个不同的三自由度并联机构串接组成的，包括基座、中间平台和动平台，中间平台既是上层三自由度并联机构的动平台，也是下层三自由度并联机构的定平台；整个结构拥有六条支链，一个基座，三个基座立柱和两个平台；上层并联机构包括两条结构形式完全相同的支链和一条结构形式不同的支链，所有支链一端的螺母都与丝杠配合，另一端通过转动副与中间平台连接；下层并联机构的三条支链完全相同，支链上端通过转动副与中间平台相连接，另一端通过球铰链与动平台连接，中间是一种移动副，作为驱动。2.根据权利I所述的一种跨构型双并联工业机器人的结构，其特征在于，基座上呈等腰直角三角形分布三根方形立柱，每根立柱的凹槽中安装有丝杠，丝杠的上方通过联轴器与电机相连。3.根据权利I所述的一种跨构型双并联工业机器人的结构，其特征在于，基座立柱上的凹槽的两边是竖直的导轨。4.根据权利I所述的一种跨构型双并联工业机器人的结构，其特征在于，上层并联机构包括两条结构形式完全相同的支链，上端分别通过螺母对称连接两腰的立柱上的丝杠，螺母再用转动副连接一个平行四边形机构，平行四边形机构再通过用转动副连接到中间平台，而另一条结构形式不同的支链，上端通过螺母连接另一个立柱的丝杠，螺母再连接连杆，连杆再通过两个轴线相互垂直的转动副连接到中间平台。5.根据权利I所述的一种跨构型双并联工业机器人的结构，其特征在于，下层三自由度并联机构的三条支链的转动副在中间平台下表面上均匀分布，其轴线在同一平面内，且两两呈60°，与动平台连接的三条支链的球副的球心也在同一平面内，球心两两连线也成60°，支链中间的移动副通过液压驱动实现。
【文档编号】B25J11-00GK204278022SQ201420646476
【发明者】梁辉, 李伟, 赵宇, 胡同帅 [申请人]青岛科技大学