一種具有自標定功能的6-ptrt型並聯機器人的製作方法

2023-04-26 11:55:16

一種具有自標定功能的6-ptrt型並聯機器人的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供的是一種具有自標定功能的6-PTRT型並聯機器人，包含由靜平臺、動平臺、連接於靜平臺和動平臺之間的六套連杆機構以及與連杆機構相連的驅動裝置組成的並聯機器人，還包括標定裝置，所述標定裝置包括一個上下均是正六邊形的桁架結構、六個拉線傳感器和六根拉線繩索，所述並聯機器人固定安裝在桁架結構的底部，六個拉線傳感器分別固定在桁架結構上方正六邊形的六個角上，每根拉線繩索的一端固定在一個拉線傳感器上、另一端固定在動平臺上。本實用新型不但具有六個自由度可以實現空間完全定位和位姿的模擬，而且可以對六自由度平臺進行標定，結構精巧，體積小，重量輕，製造成本低，易於計算機編程控制。
【專利說明】一種具有自標定功能的6-PTRT型並聯機器人

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種並聯機器人，具體的說是一種具有自標定功能並聯機器人。

【背景技術】
[0002]並聯機器人具有精度高、剛度大、慣性小、承載能力高、運動反解模型簡單、操作速度高、易於控制等優點，已成為機器人研究的重要分支之一，並被廣泛應用到各個領域中。並聯機構具有2、3、4、5或6個自由度，其中6自由度並聯機器人能夠同時完成位置和姿態定位可用於對物體位姿的模擬因而得到更多學者的青睞。6自由度並聯機構的研究雖然比較全面但是仍然存在不足，以往的6自由度並聯機構是用6根支杆將上下兩平臺聯接而形成的，這六個支杆都可以獨立地自由伸縮，它們分別用球鉸和虎克鉸與上下平臺聯接，這樣上平臺與下平臺就可以進行6個獨立運動，在三維空間可以作任意方向的移動和繞任何方向、位置的軸線轉動。但具備自標定功能的並聯機構很少。且這六個支杆大多是電動缸，體積大,機構相對複雜不好加工且成本過高。本設計採用直線步進電機驅動。連杆機構比較簡單靈活，結構緊湊，運行精度大大提高，易於計算機控制。


【發明內容】

[0003]本實用新型的目的是為了提供一種機構巧妙，穩定靈活，成本相對低廉易於計算機控制的帶自標定功能的6-PTRT型並聯機器人機構。
[0004]本實用新型是這樣實現的:包含由靜平臺、動平臺、連接於靜平臺和動平臺之間的六套連杆機構以及與連杆機構相連的驅動裝置組成的並聯機器人，還包括標定裝置，所述標定裝置包括一個上下均是正六邊形的桁架結構、六個拉線傳感器和六根拉線繩索，所述並聯機器人固定安裝在桁架結構的底部，六個拉線傳感器分別固定在桁架結構上方正六邊形的六個角上，每根拉線繩索的一端固定在一個拉線傳感器上、另一端固定在動平臺上。
[0005]本實用新型還包括這樣一些結構特徵:
[0006]1.所述的驅動裝置包括電機安裝支架、六個直線步進電機、六個限位開關，六個直線步進電機分別安裝在電機安裝支架上，電機輸出軸上端與連杆機構相連，電機輸出軸下端與安裝在底板上的限位開關對應。
[0007]2.根據權利要求1或2所述的一種具有自標定功能的6-PTRT型並聯機器人，其特徵是:所述的連杆機構包括萬向節A、萬向節B、萬向節連接裝置、連接柱A、連接柱B，連接柱A的一端與萬向節A的一端連接，連接柱A的另一端與動平臺連接，萬向節A的另一端通過萬向節連接裝置與萬向節B的一端連接，連接柱B的一端與萬向節B另的一端連接，連接柱B的另一端與安裝在靜平臺上的滑塊連接，所述的電機輸出軸上端與連杆機構相連是指電機輸出軸上端與滑塊連接。
[0008]3.所述的萬向節連接裝置包括大軸、小軸和深溝球軸承，大軸的一端與萬向節B連接，大軸的另一端通過深溝球軸承與小軸的一端連接，小軸的另一端與萬向節A連接。
[0009]本實用新型提供的一種6-PTRT型並聯機器人機構具有以下特點:1、本實用新型六個自由度的實現機構簡單易行，便於加工及控制。2、本實用新型自帶標定檢測裝置可以檢測平臺實際運行狀態，通過誤差數學模型和實際位姿及電機的輸入量解算出一些參數的誤差量，完成對機器人的自標定，運行精度大大提高。3、本實用新型結構緊湊，運動靈活，作業空間大，能更好的滿足人們對6自由度並聯機構的使用要求。4、本實用新型可以廣泛用於在對物體的空間定位和位姿模擬。5、本實用新型的六個自由度，通過6個直線步進電機來驅動且具有限位開關，運動安全性高。6、本實用新型的連杆機構避免使用球鉸和電動缸降低了成本和機構的複雜程度。電機安裝在定平臺上，大大減輕了運動結構的質量，操控性更加靈敏，反應速度快。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的整體機構圖；
[0011]圖2是本實用新型的六自由度運動平臺的機構示意圖；
[0012]圖3是本實用新型的驅動裝置的機構示意圖；
[0013]圖4是本實用新型的標定裝置的結構示意圖；
[0014]圖5是連杆機構的結構示意圖；
[0015]圖6是萬向節連接裝置的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0016]下面給出本實用新型的【具體實施方式】，並結合附圖加以說明。
[0017]結合圖1，本實用新型一種6-PTRT型並聯機器人機構主要由六自由度運動平臺1、驅動裝置2、檢測裝置3組成，六自由度運動平臺I六個自由度可以在空間上對物體完全定位，也可以模擬出物體的空間姿態；驅動裝置2由六個直線步進電機和零位檢測組成，主要用於驅動六自由度平臺的運動；標定裝置3通過檢測正六邊形桁架六個角上的拉線傳感器通過運動學得到動平臺的實際位置和姿態。
[0018]結合圖2，六自由度運動平臺I主要包括動平臺1-1、連杆機構1-2、導軌安裝架1-3、導軌1-4、滑塊1-5、靜平臺1-6、墊塊1-7。靜平臺1_6上面用螺釘固定著6個墊塊1_7，每個墊塊1-7上面都豎直固定著一個導軌安裝支架1-3，6個直線導軌1-4通過螺釘安裝在直線導軌支架1-3上面，滑塊1-5和導軌1-4配套使用形成垂直於定平臺1-6徑向作直線運動的移動副P，每個連杆機構1-2的下端都通過螺釘安裝在滑塊1-5上面，上端都與動平臺1-1相連，每個連杆機構具兩個萬向節和一個轉動副，從而形成6-PTRT型並聯機器人。
[0019]結合圖2和圖3，驅動裝置2主要包括電機輸出軸上端2-1、電機安裝支架2_2、直線步進電機2-3、電機輸出軸下端2-4、立柱A2-5、調平螺釘2_6、限位開關2_7、限位開關安裝支架2-8、底板2-9、立柱B2-10。在底板2-9的四個角預留有螺紋孔，通過四個立柱B2-10將底板2-9和電機安裝支架2-2連接起來，通過四個立柱A2-5將電機安裝支架2_2和靜平臺1-6連接起來。6個直線步進電機2-3通過螺釘固定在電機安裝支架2-2上面，電機輸出軸上端2-1連接在連杆機構1-2上面，底板2-9上面安裝固定有6個限位開關2-7和電機輸出軸下端2-4對應，當電機輸出軸2-4下端接觸到下位開關2-7的時候會產生信號可以確定設備的零位，以及對設備起到保護作用，在底板2-9的底部安裝有四顆調平螺釘2-6，通過調平螺釘2-6可以調節設備的水平度。
[0020]結合圖2和圖4，標定裝置3主要包括拉線傳感器安裝支架3-1、立柱3_2、拉線傳感器3-3、拉線繩索3-4、鋁管3-5、L型連接塊3_6、橫梁3_7。立柱3_2、鋁管3_5和橫梁3-7都是方口鋁管型材加工而成組合成為一個上下都是正六邊形的桁架結構，橫梁3-7和鋁管3-5通過L型連接塊連接，其餘部分通過焊接連接在一起。六個立柱3-2上部各自通過拉線傳感器安裝支架3-1安裝有拉線傳感器3-3。六根拉線3-4 —端固定在拉線傳感器上面，一端固定在動平臺1-1上面。當動平臺1-1運動的時候拉線3-4的長度會發生變化。通過拉線傳感器可以檢測到拉線3-4的變化量，通過運動學就可以解算出平臺的實際位置和狀態。通過誤差數學模型和實際位姿及電機的輸入量解算出一些參數的誤差量，完成對機器人的自標定。
[0021]結合圖2、圖3和圖5，連杆機構1-2主要包括連接柱A1-2-1、緊定螺釘1_2_2、萬向節A接頭1-2-3、萬向節A接頭1-2-4、萬向節連接裝置1_2_5、萬向節B接頭1_2_6、連接柱B1-2-7、萬向節B接頭1-2-8。滑塊1_5通過四個螺釘安裝在連接柱B1-2-7上面，連接柱B1-2-7又通過緊定螺釘與萬向節B接頭b相連，萬向節連接裝置1-2-5 —端與萬向節B接頭al-2-6相連，另一端與萬向節A接頭bl-2-4相連，萬向節A接頭a通過緊定螺釘1_2_2與連接柱A1-2-1相連，這樣形成了六自由度平臺的連杆機構1-2。連接柱A1-2-1又連接在動平臺1-1上面，連接柱B1-2-7和電機輸出軸上端2-1相連，這樣當直線步進電機2-3運動的時候就可以帶動動平臺1-1的運動了。
[0022]結合圖5和圖6，萬向節連接裝置1-2-5主要包括小軸1_2_5_1、軸承端蓋1-2-5-2、深溝球軸承1-2-5-3、大軸1_2_5_4。小軸1_2_5_1 —端通過緊定螺釘和萬向節A接頭bl-2-4相連，另外一端裝有深溝球軸承1-2-5-3插進大軸1-2-5-4的凹槽內，凹槽口安裝軸承端蓋1-2-5-2來固定軸承，這樣小軸1-2-5-1就可以繞大軸的軸線做旋轉運動形成了一個轉動副，大軸1-2-5-4同樣通過緊定螺釘和萬向節B接頭a相連，這樣兩個萬向節就連接在一起了加上導軌滑塊形成了一個一個連杆，6個這樣的上下連杆以並聯方式相連接就形成了一個6-PTRT型並聯機器人。
[0023]結合圖1-圖6對本實用新型一種具有標定功能的6-PTRT型並聯機器人的功能進行總體說明，本實用新型主要由六自由度運動平臺1、驅動裝置2和標定裝置3組成。六自由度運動平臺I可廣泛用於在對物體的空間定位和位姿模擬，動平臺1-1和靜平臺1-6通過六個結構形式相同的分支(連杆1-2)以並聯方式相連接，連杆1-2由兩個萬向節和一個萬向節連接裝置1-2-5組成，該連接裝置可以使兩個萬向節之間形成一個轉動副，加上兩個導軌1-4和滑塊1-5組成的移動副，就組成了 PTRT型的連杆構件，這樣的六個連杆運動的時候就可以帶動動平臺1-1運動了，驅動裝置2採用6個直線步進電機2-3驅動的方式來驅動六個連杆1-2運動，電機輸出軸上端2-1與導軌滑塊機構相連，這樣電機就可以驅動連杆1-2運動了，電機輸出軸下端2-4的下方布置了六個限位開關2-7，限位開關有助於機構的初始化，提高機構的運動精度和安全性，底板2-9底部的調平螺釘可以使整個設備處於水平狀態，直線步進電機2-3安裝在靜平臺上可以減輕運動構件的質量，使操控性更加靈敏，剛度好。檢測裝置3可以檢測到幾個拉線的長度變化，進而求出六自由度平臺的實際位姿，通過誤差模型函數，求出一些參數的誤差值，完成對機器人的自標定。
【權利要求】
1.一種具有自標定功能的6-PTRT型並聯機器人，包含由靜平臺、動平臺、連接於靜平臺和動平臺之間的六套連杆機構以及與連杆機構相連的驅動裝置組成的並聯機器人，其特徵是:還包括標定裝置，所述標定裝置包括一個上下均是正六邊形的桁架結構、六個拉線傳感器和六根拉線繩索，所述並聯機器人固定安裝在桁架結構的底部，六個拉線傳感器分別固定在桁架結構上方正六邊形的六個角上，每根拉線繩索的一端固定在一個拉線傳感器上、另一端固定在動平臺上。
2.根據權利要求1所述的一種具有自標定功能的6-PTRT型並聯機器人，其特徵是:所述的驅動裝置包括電機安裝支架、六個直線步進電機、六個限位開關，六個直線步進電機分別安裝在電機安裝支架上，電機輸出軸上端與連杆機構相連，電機輸出軸下端與安裝在底板上的限位開關 對應。
3.根據權利要求2所述的一種具有自標定功能的6-PTRT型並聯機器人，其特徵是:所述的連杆機構包括萬向節A、萬向節B、萬向節連接裝置、連接柱A、連接柱B，連接柱A的一端與萬向節A的一端連接,連接柱A的另一端與動平臺連接,萬向節A的另一端通過萬向節連接裝置與萬向節B的一端連接，連接柱B的一端與萬向節B另的一端連接，連接柱B的另一端與安裝在靜平臺上的滑塊連接，所述的電機輸出軸上端與連杆機構相連是指電機輸出軸上端與滑塊連接。
4.根據權利要求3所述的一種具有自標定功能的6-PTRT型並聯機器人，其特徵是:所述的萬向節連接裝置包括大軸、小軸和深溝球軸承，大軸的一端與萬向節B連接，大軸的另一端通過深溝球軸承與小軸的一端連接，小軸的另一端與萬向節A連接。
【文檔編號】B25J9/00GK203831398SQ201420211830
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】於凌濤, 王文杰, 王正雨 申請人:哈爾濱工程大學