用于工件装配的三自由度工作台

1.本发明涉及机械装配技术领域，具体涉及一种用于工件装配的三自由度工作台。


背景技术：

2.在进行一些复杂的精密设备或部件的装配时，如发动机装配，需要将零件放置在工作台上操作，相关技术中的工作台位置固定，放置在工作台上的工件无法移动，只能进行定点装配，导致工件的装配效率低。并且相关技术中工件的装配逐渐采用流水线作业，工作台位置固定也不利于流水线作业。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的实施例提出一种用于工件装配的三自由度工作台。
5.根据本发明实施例的用于工件装配的三自由度工作台包括：
6.在一些实施例中，定平台，所述定平台具有三个定平台连接部，三个所述定平台连接部沿所述定平台的周向间隔开地设置；
7.动平台，所述动平台具有三个动平台连接部；以及
8.三个支链，三个所述支链、三个所述动平台连接部和三个所述定平台连接部一一对应，三个所述支链中的每一者包括第一子支链、第二子支链和中间连接杆，所述第一子支链包括第一本体和第一伸缩部，所述第一伸缩部沿所述第一本体的延伸方向可移动地设在所述第一本体上，所述第二子支链包括第二本体和第二伸缩部，所述第二伸缩部沿所述第二本体的延伸方向可移动地设在所述第二本体上，所述中间连接杆具有在其延伸方向上相对的第一端部和第二端部；
9.所述第一伸缩部沿第一轴线和第二轴线可转动地与对应的所述动平台连接部连接，所述第一本体沿第三轴线和第四轴线可转动地与对应的所述定平台连接部连接，所述第二伸缩部沿所述第一轴线和第五轴线可转动地与对应的所述动平台连接部连接，所述第二本体沿所述第三轴线和第六轴线可转动地与对应的所述定平台连接部连接，所述第一端部沿第七轴线可转动地与所述第一本体连接，所述第二端部沿第八轴线可转动地与所述第二本体连接，其中所述第二轴线垂直于所述第一轴线，所述第三轴线平行于所述第一轴线，所述第四轴线、所述第五轴线、所述第六轴线、所述第七轴线和所述第八轴线中的每一者平行于所述第二轴线，以便所述动平台连接部、所述第一子支链、所述第二子支链和所述中间连接杆形成第一平行四边形，以及所述定平台连接部、所述第一子支链、所述第二子支链和所述中间连接杆形成第二平行四边形。
10.根据本发明实施例的用于工件装配的三自由度工作台具有工件装配效率高、加工制造成本低等优点。
11.在一些实施例中，所述支链还包括第一连接杆，所述第一连接杆沿所述第一轴线可转动地与对应的所述动平台连接部连接，所述第一伸缩部沿所述第二轴线可转动地与所
述第一连接杆连接，所述第二伸缩部沿所述第五轴线可转动地与所述第一连接杆连接。
12.在一些实施例中，所述支链还包括第一支座，所述第一支座与对应的所述动平台连接部固定连接，所述第一连接杆沿所述第一轴线可转动地与所述第一支座连接。
13.在一些实施例中，所述支链还包括第二连接杆，所述第一连接杆沿所述第三轴线可转动地与对应的所述定平台连接部连接，所述第一本体沿所述第四轴线可转动地与所述第二连接杆连接，所述第二本体沿所述第六轴线可转动地与所述第二连接杆连接。
14.在一些实施例中，所述支链还包括第二支座，所述第二支座与对应的所述定平台连接部固定连接，所述第二连接杆沿所述第三轴线可转动地与所述第二支座连接。
15.在一些实施例中，三个所述支链沿所述定平台的周向均匀布置。
16.在一些实施例中，所述动平台大体呈三角形，三个所述动平台连接部分别设在所述动平台的三个夹角位置处。
17.在一些实施例中，所述定平台大体呈三角形，三个所述定平台连接部分别设在所述定平台的三个夹角位置处。
18.在一些实施例中，所述动平台上设有减重孔。
19.在一些实施例中，还包括用于控制三个所述支链动作的控制单元，所述控制单元设在所述动平台的侧面上。
附图说明
20.图1是根据本发明一个实施例的用于工件装配的三自由度工作台的结构示意图。
21.图2是图1中的支链的结构示意图。
22.图3是图1中第二支座的结构示意图。
23.图4是图1中动平台的结构示意图。
24.图5是根据本发明一个实施例的用于工件装配的三自由度工作台配合叉车使用的结构示意图。
25.图6是根据本发明一个实施例的用于工件装配的三自由度工作台的控制原理图。
26.附图标记：三自由度工作台100；叉车200；定平台1；定平台连接部101；动平台2；动平台连接部201；减重孔202；支链3；第一子支链301；第一本体3011；第一伸缩部3012；第一连接件3013；第二子支链302；第二本体3021；第二伸缩部3022；第二连接件3023；中间连接杆303；第一端部3031；第二端部3032；第一连接杆304；第二连接杆305；第一支座306；第二支座307；座体3071；安装孔30711；第一端盖3072；安装孔30721；第二端盖3073；控制单元4；三维力传感器401；控制开关402。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.如图1
‑
图5所示，根据本发明实施例的用于工件装配的三自由度工作台100包括定平台1、动平台2和三个支链3。
29.定平台1具有三个定平台连接部101，三个定平台连接部101沿定平台1的周向间隔开地设置，动平台2具有三个动平台连接部201，三个支链3、三个动平台连接部201和三个定
平台连接部101一一对应。三个支链3中的每一者包括第一子支链301、第二子支链302和中间连接杆303，第一子支链3013包括第一本体3011和第一伸缩部3012，第一伸缩部3012沿第一本体3011的延伸方向可移动地设在第一本体3011上。第二子支链3023包括第二本体3021和第二伸缩部3022，第二伸缩部3022沿第二本体3021的延伸方向可移动地设在第二本体3021上。中间连接杆303具有在其延伸方向上相对的第一端部3031和第二端部3032。
30.第一伸缩部3012沿第一轴线和第二轴线可转动地与对应的动平台连接部201连接。第一本体3011沿第三轴线和第四轴线可转动地与对应的定平台连接部101连接。第二伸缩部3022沿第一轴线和第五轴线可转动地与对应的动平台连接部201连接。第二本体3021沿第三轴线和第六轴线可转动地与对应的定平台连接部101连接。第一端部3031沿第七轴线可转动地与第一本体3011连接，第二端部3032沿第八轴线可转动地与第二本体3021连接。
31.其中，第二轴线垂直于第一轴线，第三轴线平行于第一轴线，第四轴线、第五轴线、第六轴线、第七轴线和第八轴线中的每一者平行于第二轴线，以便动平台连接部201、第一子支链3013、第二子支链3023和中间连接杆303形成第一平行四边形，以及定平台连接部101、第一子支链3013、第二子支链3023和中间连接杆303形成第二平行四边形。
32.根据本发明实施例的三自由度工作台100的三个支链3分别与定平台1和动平台2连接，形成一个闭环的空间并联机构，通过调整三个支链3能够实现动平台2的上下、左右和前后三个方向的平动。
33.由此，在利用根据本发明实施例的三自由度工作台100进行工件装配时，将待装配工件放置在动平台2上进行装配作业。在动平台2上进行工件装配过程中，一方面，可以通过移动动平台2实现待装配工件的上下、左右和前后三个方向的平动，可以提高工件的装配效率。另一方面，如图5所示，可以将定平台1放置在叉车或者agv小车上，从而利用叉车或者agv小车带动三自由度工作台100移动，进而带动放置在动平台2上的待装配工件有较大距离的移动，有利于实现工件装配过程的自动化，进一步有利于提高工件的装配效率。此外，根据本发明实施例的三自由度工作台100不存在虚约束，各部件之间均通过低副相连，使得三自由度工作台100的整体结构简单、装配精度要求低，从而可以降低三自由度工作台100的加工制造成本。
34.因此，根据本发明实施例的三自由度工作台100具有工件装配效率高、加工制造成本低等优点。
35.下面以图1
‑
图5为例，详细描述根据本发明实施例的三自由度工作台100。
36.根据本发明实施例的三自由度工作台100包括定平台1、动平台2和三个支链3。
37.定平台1具有三个定平台连接部101，三个定平台连接部101沿定平台1的周向间隔开地设置，动平台2具有三个动平台连接部201，三个支链3、三个动平台连接部201和三个定平台连接部101一一对应。三个支链3中的每一者包括第一子支链301、第二子支链302和中间连接杆303，第一子支链3013包括第一本体3011和第一伸缩部3012，第一伸缩部3012沿第一本体3011的延伸方向可移动地设在第一本体3011上。第二子支链3023包括第二本体3021和第二伸缩部3022，第二伸缩部3022沿第二本体3021的延伸方向可移动地设在第二本体3021上。
38.例如，例如，三个支链3分别为第一支链、第二支链和第三支链，三个动平台连接部
201分别为第一动平台连接部、第二动平台连接部和第三动平台连接部，三个定平台连接部101分别为第一定平台连接部、第二定平台连接部和第三定平台连接部。第一支链、第一动平台连接部和第一定平台连接部对应，第二支链、第二动平台连接部和第二定平台连接部对应，第三支链、第三动平台连接部和第三定平台连接部对应。
39.在一些实施例中，第一子支链301包括电动缸，该电动缸的缸体形成第一本体3011，该电动缸的推杆形成第一伸缩部3012。第二子支链包括电动缸，该电动缸的缸体形成第二本体3021，该电动缸的推杆形成第二伸缩部3022。第一子支链301和第二子支链302的两个电动缸可以分别选择插补轨迹模式与推压模式，使得动平台2可以具有精确的位置控制与较大的承载力。
40.当然，在另一些实施例中，电动缸也可以采用液压缸、气动缸等代替。
41.优选地，定平台1可以安装在车间的地面上，也可以安装在叉车200或agv小车上。定平台1安装在叉车200或agv小车上时，可远距离搬运待装配工件，并利用叉车200或agv小车协助进行工件的装配。
42.第一伸缩部3012沿第一轴线和第二轴线可转动地与对应的动平台连接部201连接。第一本体3011沿第三轴线和第四轴线可转动地与对应的定平台连接部101连接。第二伸缩部3022沿第一轴线和第五轴线可转动地与对应的动平台连接部201连接。第二本体3021沿第三轴线和第六轴线可转动地与对应的定平台连接部101连接。
43.中间连接杆303具有在其延伸方向上相对的第一端部3031和第二端部3032。第一端部3031沿第七轴线可转动地与第一本体3011连接，第二端部3032沿第八轴线可转动地与第二本体3021连接。
44.例如，如图2所示，第一子支链301还包括第一连接件3013，第一连接件3013沿第一本体3011的延伸方向延伸，第一连接件3013具有在其延伸方向上相对的第一端和第二端，第一连接件3013的第一端与第一本体3011固定连接，第一端部3031沿第七轴线可转动地与第一连接件3013的第二端连接，由此，实现第一端部3031沿第七轴线可转动地与第一本体3011连接。
45.第二子支链302还包括第二连接件3023，第二连接件3023沿第二本体3021的延伸方向延伸，第二连接件3023具有在其延伸方向上相对的第一端和第二端，第二连接件3023的第一端与第二本体3021固定连接，第二端部3032沿第八轴线可转动地与第二连接件3023的第二端连接，由此，实现第二端部3032沿第八轴线可转动地与第二本体3021连接。
46.其中，第二轴线垂直于第一轴线，第三轴线平行于第一轴线，第四轴线、第五轴线、第六轴线、第七轴线和第八轴线中的每一者平行于第二轴线，以便动平台连接部201、第一子支链3013、第二子支链3023和中间连接杆303形成第一平行四边形，以及定平台连接部101、第一子支链3013、第二子支链3023和中间连接杆303形成第二平行四边形。
47.例如，第二轴线垂直于第一本体3011的延伸方向。
48.优选地，三个支链3沿定平台1的周向均匀布置。由此，方便通过控制三个支链3的运动控制动平台2的运动。
49.优选地，定平台1大体呈三角形，三个所述定平台连接部101分别设在所述定平台1的三个夹角位置处。由此，有利于节省材料，从而有利于进一步降低三自由度工作台100加工制造成本。
50.优选地，动平台2大体呈三角形，三个所述动平台连接部201分别设在所述动平台2的三个夹角位置处。由此，有利于节省材料，从而有利于进一步降低三自由度工作台100加工制造成本。
51.优选地，动平台2上设有减重孔202。
52.在一些实施例中，三个支链3中的每一者还包括第一连接杆304，第一连接杆304沿第一轴线可转动地与对应的动平台连接部201连接，第一伸缩部3012沿第二轴线可转动地与第一连接杆304连接，第二伸缩部3022沿第五轴线可转动地与第一连接杆304连接。
53.由此，第一连接杆304相对动平台连接部201沿第一轴线转动时，便可以带动第一伸缩部3012和第二伸缩部3022中的每一者相对动平台连接部201沿第一轴线转动。从而只需要将第一连接杆304通过第一个转动副与对应的动平台连接部201连接，并将第一伸缩部3012通过第二个转动副与第一连接杆304连接、第二伸缩部3022通过第三个转动副与第一连接杆304连接。其中，该第一个转动副的转动轴线为第一轴线、该第二个转动副的转动轴线为第二轴线，该第三个转动副的转动轴线为第五轴线，便可以实现第一伸缩部3012沿第一轴线和第二轴线可转动地与对应的动平台连接部201连接以及第二伸缩部3022沿第一轴线和第五轴线可转动地与对应的动平台连接部201连接。即第一伸缩部3012和第二伸缩部3022共用第一个转动副。进而可以减少支链3与动平台2之间的转动副的数量，有利于进一步简化三自由度工作台100的整体结构、降低装配精度要求，从而可以进一步降低三自由度工作台100的加工制造成本。
54.当然，在另一些实施例中，第一伸缩部3012和第二伸缩部3022也可以分别通过两个不同的转动副与动平台连接部201连接，该两个不同的转动副的转动轴线均为第一轴线。
55.在一些实施例中，三个支链3中的每一者还包括第二连接杆305，第一连接杆305沿第三轴线可转动地与对应的定平台连接部101连接，第一本体3011沿第四轴线可转动地与第二连接杆305连接，第二本体3021沿第六轴线可转动地与第二连接杆305连接。
56.由此，第二连接杆305相对定平台连接部101沿第三轴线转动时，便可以带动第一本体3011和第二本体3021中的每一者相对定平台连接部101沿第三轴线转动。从而只需要将第二连接杆305通过第一个转动副与对应的定平台连接部101连接，并将第一本体3011通过第二个转动副与第二连接杆305连接、第二本体3021通过第三个转动副与第二连接杆305连接。其中，该第一个转动副的转动轴线为第三轴线、该第二个转动副的转动轴线为第四轴线，该第三个转动副的转动轴线为第六轴线，便可以实现第一本体3011沿第三轴线和第四轴线可转动地与对应的定平台连接部101连接以及第二本体3021沿第三轴线和第六五轴线可转动地与对应的定平台连接部101连接。即第一本体3011和第二本体3021共用第一个转动副。进而可以减少支链3与定平台1之间的转动副的数量，有利于进一步简化三自由度工作台100的整体结构、降低装配精度要求，从而可以进一步降低三自由度工作台100的加工制造成本。
57.当然，在另一些实施例中，第一本体3011和第二本体3021也可以分别通过两个不同的转动副与定平台连接部101连接，该两个不同的转动副的转动轴线均为第三轴线。
58.优选地，三个支链3中的每一者还包括第一支座306，第一支座306与对应的动平台连接部201固定连接，第一连接杆304沿第一轴线可转动地与第一支座306连接。
59.由此，第一连接杆304相对第一支座306沿第一轴线转动时，便可以带动第一伸缩
部3012和第二伸缩部3022中的每一者相对动平台连接部201沿第一轴线转动。从而在进行三自由度工作台100的装配时，可以先将第一子支链301和第二子支链302转动装配在第一支座306上，之后再将第一支座306固定连接在对应的动平台连接部201上。进而方便进行支链3和动平台2的装配，有利于进一步降低三自由度工作台100的加工制造成本。
60.优选地，支链3还包括第二支座307，第二支座307与对应的动平台连接部201固定连接，第二连接杆305沿第三轴线可转动地与第二支座307连接。
61.由此，第二连接杆305相对第二支座307沿第三轴线转动时，便可以带动第一本体3011和第二本体3021中的每一者相对动平台连接部201沿第三轴线转动。从而在进行三自由度工作台100的装配时，可以先将第一子支链301和第二子支链302转动装配在第二支座307上，之后再将第二支座307固定连接在对应的定平台连接部101上。进而方便进行支链3和定平台1的装配，有利于进一步降低三自由度工作台100的加工制造成本。
62.优选地，第二支座307包括座体3071、两个第一端盖3072和两个第二端盖3073，座体3071大体呈u型，座体3071包括两个侧壁和一个底壁，两个侧壁上均设有安装孔30711，两个第一端盖3072上均设有安装孔30721，两个第一端盖3072分别通过螺栓与座体3071的两个侧壁相连，两个第二端盖3073分别通过螺栓与座体3071的两个侧壁相连，安装孔30721与安装孔30711相对应。
63.座体3071的底壁与定平台连接部101相连，第二连接杆305的两端分别转动安装在对应的安装孔30721和安装孔30711内。
64.优选地，第一支座306和第二支座307均为对称结构。由此，第一支座306和第二支座307加工方便，有利于进一步降低三自由度工作台100的加工制造成本。
65.优选地，第一支座306和第二支座307的结构相同。由此，有利于进一步降低三自由度工作台100的加工制造成本。
66.三自由度工作台100还包括用于控制三个所述支链3动作的控制单元4，控制单元4设在所述动平台2的侧面上。
67.控制单元4设在动平台2的侧面上，一方面，使得控制单元4距离装配工人的手较近，便于装配工人在进行工件装配时控制动平台2的移动，有利于进一步提高工件的装配效率。另一方面，避免控制单元4影响装配工人在动平台2的上方进行装配作业，有利于进一步提高工件的装配效率。
68.由此，控制单元4设在动平台2的侧面上可以提高工件的装配效率。
69.例如，如图6所示，控制单元4包括三维力传感器401和控制开关402。控制开关包括移动开关和回零开关，移动开关具有开启和关闭两个位置，在移动开关处于开启位置时，操作人员可以拖动动平台2从初始位置移动到设定装配位置，在移动开关处于关闭位置时，动平台2保持在当前位置；操作人员通过控制回零开关控制动平台2从当前位置回到原点位置。其中，初始位置为移动动平台2前动平台2所处的位置；设定装配位置为方便操作人员进行工件装配的动平台2所处的位置；原点位置为图1所示的动平台2位于定平台1正上方时动平台2所处的位置；当前位置为动平台2某一时刻所处的位置，该位置可以是初始位置、设定装配位置或原点位置。
70.具体地，在利用三自由度工作台100进行工件装配，需要将动平台2从初始位置移动到设定装配位置时，首先，操作人员控制移动开关使移动开关处于开启位置；然后，操作
人员对动平台2施加朝向设定方向的力，该设定方向为从初始位置到该设定装配位置的方向，三维力传感器采集到操作人员对动平台2施加的朝向设定方向的力传感器信号，并通过滤波器对三维力传感器采集到的力传感器信号进行过滤；之后，将该力传感器信号传递至位置控制模块，通过位置控制模块进行运动学分析得到位置控制信号，并对三个支链3(第一支链、第二支链和第三支链)的第一子支链3013、第二子支链3023发送位置控制信号，三个支链的第一子支链3013、第二子支链3023按照位置控制信号动作，带动动平台2移动到设定装配位置。
71.在动平台2从初始位置移动到设定装配位置过程中，三维力传感器实时采集操作人员对动平台2施加的力传感器信号，以便根据动平台2的当前状态通过位置控制模块控制动平台2移动，最终动平台2移动到设定装配位置。在动平台2移动到设定装配位置后，操作人员控制移动开关使移动开关处于关闭位置，动平台2保持在当前位置(设定装配位置)，操作人员可以在动平台2上进行工件装配。
72.操作人员在三自由度工作台100完成工件的装配后，可以通过控制回零开关控制动平台2从当前位置回到原点位置，动平台2利用位置控制模块从当前位置回到原点位置。
73.控制单元还包括状态监测模块，利用状态监测模块可以实时对三个支链3的各子支链的状态进行检测，并反馈给位置控制模块和控制单元。利用状态监测模块实时监测三个支链3的各子支链的状态，可以方便地得到动平台2的当前位置，从而方便通过位置控制模块控制动平台2从当前位置回到原点位置。此外，利用状态监测模块实时监测三个支链3的各子支链的状态，还可以监测三个支链3的各子支链是否正常工作。
74.根据本发明实施例的三自由度工作台3具有结构紧凑对称、承载能力高和适用场合多样等优点，在重型精密装备装配当中具有广阔的应用前景。
75.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
76.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
77.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
78.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
79.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
80.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。