一种精确的m型四自由度并联定位装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种精确的M型四自由度并联定位装置，包括有末端动平台、机架，所述末端动平台上设有至少两个间隔相对设置的转动连接块，每个转动连接块均铰接连接由上臂和下臂构成的机械臂，上臂的一端连接转动连接块，而上臂的另一端铰接连接下臂，下臂组装在机架上，藉此末端动平台、转动连接块、上臂和下臂组成M型四自由度并联定位平台，通过伺服系统控制实现末端动平台的X、Y、Z三轴的平动以及Z轴的转动。在真正意义上实现了四轴并联运动，且满足了四个自由度的要求，在最大的程度上发挥了并联机构的优点，满足了市场上的需求。实现电脑与操作人员的人性化、简单方便的人机交互。
【专利说明】
一种精确的M型四自由度并联定位装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及机械设备领域以及运动控制领域，特别是一种并联定位装置。
【背景技术】
[0002]并联机构(Parallel Mechanism，简称PM)，可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。
[0003]Delta型机器人是一种具有三个平动自由度的高速并联机器人，也是目前商业应用最成功的并联机器人之一，并联机器人具有承载能力大、精度高、运动反解简单、误差小、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点，因此并联机器人有较为广阔的发展空间以及能够适应多种应用场合，目前应用领域中的并联机器人主要由以下几种:
[0004]1、三轴并联机器人:由三个电机控制三套机械臂，机械臂连接末端动平台，能够实现三个平动自由度，在实际应用中能实现工件不需转动的快速分捡。
[0005]2、四轴并联机器人:在三轴并联机器人的末端动平台上搭载一个旋转轴，以达到可以旋转工件的目的，但是，这种机构只能算是三轴并联机器人串联了第四根轴，并不是四轴并联机器人。
[0006]3、其他多轴并联机器人:同样是在三轴并联的基础上根据需要串联其他轴，使其满足更多的自由度。
[0007]目前市场上并联机构体积笨重，占用空间较大，无法按照需要灵活改动等；综上，目前市场上很多并联机器人都不能算是真正意义上的四轴并联机器人，为满足我国工业快速发展过程中对并联机构的性能需求，四自由度机构现状仍有技术改革、开发的必要。
【发明内容】
[0008]本实用新型为克服现有技术存在的上述问题，提供一种精确的M型四自由度并联定位装置，以满足我国工业快速发展过程中对多自由度并联定位平台的性能需求。
[0009]本实用新型为解决上述问题所采取的技术方案是:
[0010]—种精确的M型四自由度并联定位装置，包括有末端动平台、机架，所述末端动平台上设有至少两个间隔相对设置的转动连接块，每个转动连接块均铰接连接由上臂和下臂构成的机械臂，上臂的一端连接转动连接块，而上臂的另一端铰接连接下臂，下臂组装在机架上，藉此末端动平台、转动连接块、上臂和下臂组成M型四自由度并联定位平台，通过伺服系统控制实现末端动平台的X、Y、Z三轴的平动以及Z轴的转动。
[0011]上述方案进一步是，所述末端动平台上的转动连接块有四个，四个转动连接块在同一平面上呈圆周均布，四个转动连接块连接的机械臂呈十字形分布。
[0012]上述方案进一步是，所述机架具有上台面，上台面上设有十字分布的长孔，下臂的下端由上往下插入长孔，上台面下侧设有伺服电机安装座，伺服电机安装座上安装的伺服电机输出轴连接下臂的下端。
[0013]上述方案进一步是，所述末端动平台为正八边形，在正八边形中的四个间隔边布设转动连接块;所述末端动平台与转动连接块使用螺栓与推力轴承连接，螺栓小端由下往上穿过推力轴承及末端动平台后与转动连接块螺纹连接。
[0014]上述方案进一步是，所述上臂由平行设置的两支杆体构成，两支杆体的两端分别与转动连接块和下臂铰接，而转动连接块和下臂上分别设有侧凸销连接两支杆体，侧凸销通过轴承分别组装在转动连接块和下臂上。
[0015]上述方案进一步是，所述伺服电机安装座与一底板固为一体，底板贴附固定在机架的上台面上，伺服电机安装座为相对底板的下折板，伺服电机安装座穿过上台面上长孔向下凸伸，底板对应长孔部位设有避空缺口。
[0016]上述方案中，所述伺服系统利用VisualBasic编写完整的运动控制系统，并生成工控机(PC机)可运行的应用程序，操作者可在应用程序界面对平台进行操作、控制，所述伺服系统具有实时监测平台的各个部件的状态参数，并对异常参数做报警处理。
[0017]本实用新型与现有技术对比，具有以下几点优点与有益效果:
[0018]1、本实用新型能够实现末端动平台的三个平动自由度以及一个转动自由度，相比于市面上的四自由度并联机器人，本实用新型从根本上实现了四轴的并联运动。
[0019]2、本实用新型不同于丝杠滑块机构，不存在反向误差，无累积误差，精度较高。
[0020]3、本实用新型四机械臂对称分布，具有较好的各向同性。
[0021]4、本实用新型末端动平台重量轻，速度高，动态响应好，运动惯性低。
[0022]5、本实用新型将整体结构设计成M型的结构，最大程度上压缩了整台设备的体积，结构紧凑，减小了工作空间。
[0023]6、本实用新型使用了成熟的运动控制板卡，运动准确平稳、可靠，能够实现精确微调。
[0024]7、本实用新型通过上位机的驱动来控制末端动平台进行移动，操作简单易上手。
[0025]8、本实用新型大量使用钢材、铝材，并且使用了大扭矩伺服电机，刚度高、承载能力大，能够实现快速、高负载、高功率的生产任务。
[0026]【附图说明】:
[0027]图1是精确的M型四自由度并联定位装置整体结构图；
[0028]图2是图1实施例的末端动平台结构示意图；
[0029]图3是图1实施例的倒V形机械臂结构示意图；
[0030]图4是图1实施例的末端动平台与电机安装板安装方式及位置示意图；
[0031]图5是图1实施例的底板结构图；
[0032]图6是图1实施例的伺服系统示意图；
[0033]图7是图1实施例的运动控制处理系统结构框图；
[0034]图8是图1实施例的末端动平台装配示意图；
[°035]图9是图1实施例的M形架构示意图。
[0036]【具体实施方式】:
[0037]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本实用新型做进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0038]参阅图1?9所不，为本实用新型$父佳实施例结构不意图，本实用新型有关一种精确的M型四自由度并联定位装置，包括有末端动平台1、机架7，所述末端动平台I上设有至少两个间隔相对设置的转动连接块2，每个转动连接块2均铰接连接由上臂3和下臂4构成的机械臂，上臂3的一端连接转动连接块2，而上臂3的另一端铰接连接下臂4，下臂4组装在机架7上，藉此末端动平台1、转动连接块2、上臂3和下臂4组成M型四自由度并联定位平台，通过伺服系统控制实现末端动平台I的X、Y、Z三轴的平动以及Z轴的转动。图6所示，所述伺服系统由伺服电机91、伺服电机驱动器92、运动控制卡93、PC机94组成，伺服系统利用Vi sualBasic编写完整的运动控制系统，并生成工控机(PC机)可运行的应用程序，操作者可在应用程序界面对装置进行操作、控制，能实现对机械臂的精确、高速控制以及不同机械臂之间的配合，简化装置控制方法以及操作过程。所述伺服系统具有实时监测装置的各个部件的状态参数，并对异常参数做报警处理，防止意外事故发生，提高设备的安全性。
[0039]图1?9所示，本实施例中，末端动平台I上的转动连接块2有四个，四个转动连接块2在同一平面上呈圆周均布，四个机械臂分别对应连接四个转动连接块2，机械臂呈十字形分布。所述机械臂的上臂3由平行设置的两支杆体构成，杆体是圆柱状的碳纤维，两支杆体的两端分别与转动连接块2和下臂4铰接，下臂4由铝合金加工而成，上臂3与下臂4呈倒V形结构安装。转动连接块2和下臂4上分别设有侧凸销5连接两支杆体，侧凸销5通过轴承分别组装在转动连接块2和下臂4上。所述机架7具有上台面71，上台面71上设有十字分布的长孔72，下臂4的下端由上往下插入长孔72，上台面71下侧设有伺服电机安装座8，伺服电机安装座8上安装的伺服电机输出轴连接下臂4的下端，由此伺服系统控制实现末端动平台的X、Y、Z三轴的平动以及Z轴的转动。
[0040]图1?9所示，本实施例中进一步地，所述末端动平台I为正八边形，在正八边形中的四个间隔边布设转动连接块2;所述末端动平台I与转动连接块2使用螺栓21与推力轴承22连接，末端动平台相应边缘设有四个对称的铰接孔，螺栓21小端由下往上穿过推力轴承22及末端动平台I后与转动连接块2螺纹连接。该结构组装维护方便，实现转动连接块2灵活转动，提升精准度，满足旋转自由度的要求，也方便末端动平台I拆卸。伺服电机安装座8与一底板6固为一体，底板6贴附固定在机架7的上台面71上，并给予锁定。伺服电机安装座8为相对底板6的下折板，伺服电机安装座8穿过上台面71上长孔72向下凸伸，底板6对应长孔72部位设有避空缺口 61，方便机械臂动作。
[0041]本实用新型为了最大程度的压缩设备的整体体积，相对的两根机械臂与末端动平台I呈M形架构(如图9所示)，使得整体结构紧凑，充分减小了工作空间;机械臂呈对称安装，充分利用对称安装的各向同性，最大程度上减小了积累误差。利用Visual Basic编写的控制处理系统，简化平台的操作控制过程与方法，实时监测平台个系统的工作状态，可实现远程操作，操作过程简单、人性化。
[0042]总之，本实用新型由于在末端动平台I上搭载了四根机械臂，使精密M型四自由度并联定位装置在真正意义上实现了四轴并联运动，且满足了四个自由度的要求，在最大的程度上发挥了并联机构的优点，满足了市场上的需求。
[0043]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些等效变形与修改，凡是依据本实用新型的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种精确的M型四自由度并联定位装置，包括有末端动平台(1)、机架(7)，其特征在于:所述末端动平台(I)上设有至少两个间隔相对设置的转动连接块(2)，每个转动连接块(2)均铰接连接由上臂(3)和下臂(4)构成的机械臂，上臂(3)的一端连接转动连接块(2)，而上臂(3)的另一端铰接连接下臂(4)，下臂(4)组装在机架(7)上，藉此末端动平台(1)、转动连接块(2)、上臂(3)和下臂(4)组成M型四自由度并联定位平台，通过伺服系统控制实现末端动平台(I)的X、Y、Z三轴的平动以及Z轴的转动。2.根据权利要求1所述的一种精确的M型四自由度并联定位装置，其特征在于:所述末端动平台(I)上的转动连接块(2)有四个，四个转动连接块(2)在同一平面上呈圆周均布，四个转动连接块(2)连接的机械臂呈十字形分布。3.根据权利要求1所述的一种精确的M型四自由度并联定位装置，其特征在于:所述机架(7)具有上台面(71)，上台面(71)上设有十字分布的长孔(72)，下臂(4)的下端由上往下插入长孔(72)，上台面(71)下侧设有伺服电机安装座(8)，伺服电机安装座(8)上安装的伺服电机输出轴连接下臂(4)的下端。4.根据权利要求1或2所述的一种精确的M型四自由度并联定位装置，其特征在于:所述末端动平台(I)为正八边形，在正八边形中的四个间隔边布设转动连接块(2);所述末端动平台(I)与转动连接块(2)使用螺栓(21)与推力轴承(22)连接，螺栓(21)小端由下往上穿过推力轴承(22)及末端动平台(I)后与转动连接块(2)螺纹连接。5.根据权利要求1所述的一种精确的M型四自由度并联定位装置，其特征在于:所述上臂(3)由平行设置的两支杆体构成，两支杆体的两端分别与转动连接块(2)和下臂(4)铰接，而转动连接块(2)和下臂(4)上分别设有侧凸销(5)连接两支杆体，侧凸销(5)通过轴承分别组装在转动连接块(2)和下臂(4)上。6.根据权利要求3所述的一种精确的M型四自由度并联定位装置，其特征在于:所述伺服电机安装座(8)与一底板(6)固为一体，底板(6)贴附固定在机架(7)的上台面(71)上，伺服电机安装座(8)为相对底板(6)的下折板，伺服电机安装座(8)穿过上台面(71)上长孔(72)向下凸伸，底板(6)对应长孔(72)部位设有避空缺口(61)。
【文档编号】B25J9/00GK205521368SQ201620081687
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】梁经伦, 吴鹏, 何志雄, 孙振忠
【申请人】东莞理工学院