一種精確的m型四自由度并聯定位裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種精確的M型四自由度并聯定位裝置，包括有末端動平臺、機架，所述末端動平臺上設有至少兩個間隔相對設置的轉動連接塊，每個轉動連接塊均鉸接連接由上臂和下臂構成的機械臂，上臂的一端連接轉動連接塊，而上臂的另一端鉸接連接下臂，下臂組裝在機架上，藉此末端動平臺、轉動連接塊、上臂和下臂組成M型四自由度并聯定位平臺，通過伺服系統控制實現末端動平臺的X、Y、Z三軸的平動以及Z軸的轉動。在真正意義上實現了四軸并聯運動，且滿足了四個自由度的要求，在最大的程度上發揮了并聯機構的優點，滿足了市場上的需求。實現電腦與操作人員的人性化、簡單方便的人機交互。
【專利說明】
一種精確的M型四自由度并聯定位裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及機械設備領域以及運動控制領域，特別是一種并聯定位裝置。
【背景技術】
[0002]并聯機構(Parallel Mechanism，簡稱PM)，可以定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯方式驅動的一種閉環機構。
[0003]Delta型機器人是一種具有三個平動自由度的高速并聯機器人，也是目前商業應用最成功的并聯機器人之一，并聯機器人具有承載能力大、精度高、運動反解簡單、誤差小、自重負荷比小、動力性能好、控制容易等一系列優點，因此并聯機器人有較為廣闊的發展空間以及能夠適應多種應用場合，目前應用領域中的并聯機器人主要由以下幾種:
[0004]1、三軸并聯機器人:由三個電機控制三套機械臂，機械臂連接末端動平臺，能夠實現三個平動自由度，在實際應用中能實現工件不需轉動的快速分撿。
[0005]2、四軸并聯機器人:在三軸并聯機器人的末端動平臺上搭載一個旋轉軸，以達到可以旋轉工件的目的，但是，這種機構只能算是三軸并聯機器人串聯了第四根軸，并不是四軸并聯機器人。
[0006]3、其他多軸并聯機器人:同樣是在三軸并聯的基礎上根據需要串聯其他軸，使其滿足更多的自由度。
[0007]目前市場上并聯機構體積笨重，占用空間較大，無法按照需要靈活改動等；綜上，目前市場上很多并聯機器人都不能算是真正意義上的四軸并聯機器人，為滿足我國工業快速發展過程中對并聯機構的性能需求，四自由度機構現狀仍有技術改革、開發的必要。

【發明內容】

[0008]本實用新型為克服現有技術存在的上述問題，提供一種精確的M型四自由度并聯定位裝置，以滿足我國工業快速發展過程中對多自由度并聯定位平臺的性能需求。
[0009]本實用新型為解決上述問題所采取的技術方案是:
[0010]—種精確的M型四自由度并聯定位裝置，包括有末端動平臺、機架，所述末端動平臺上設有至少兩個間隔相對設置的轉動連接塊，每個轉動連接塊均鉸接連接由上臂和下臂構成的機械臂，上臂的一端連接轉動連接塊，而上臂的另一端鉸接連接下臂，下臂組裝在機架上，藉此末端動平臺、轉動連接塊、上臂和下臂組成M型四自由度并聯定位平臺，通過伺服系統控制實現末端動平臺的X、Y、Z三軸的平動以及Z軸的轉動。
[0011]上述方案進一步是，所述末端動平臺上的轉動連接塊有四個，四個轉動連接塊在同一平面上呈圓周均布，四個轉動連接塊連接的機械臂呈十字形分布。
[0012]上述方案進一步是，所述機架具有上臺面，上臺面上設有十字分布的長孔，下臂的下端由上往下插入長孔，上臺面下側設有伺服電機安裝座，伺服電機安裝座上安裝的伺服電機輸出軸連接下臂的下端。
[0013]上述方案進一步是，所述末端動平臺為正八邊形，在正八邊形中的四個間隔邊布設轉動連接塊;所述末端動平臺與轉動連接塊使用螺栓與推力軸承連接，螺栓小端由下往上穿過推力軸承及末端動平臺后與轉動連接塊螺紋連接。
[0014]上述方案進一步是，所述上臂由平行設置的兩支桿體構成，兩支桿體的兩端分別與轉動連接塊和下臂鉸接，而轉動連接塊和下臂上分別設有側凸銷連接兩支桿體，側凸銷通過軸承分別組裝在轉動連接塊和下臂上。
[0015]上述方案進一步是，所述伺服電機安裝座與一底板固為一體，底板貼附固定在機架的上臺面上，伺服電機安裝座為相對底板的下折板，伺服電機安裝座穿過上臺面上長孔向下凸伸，底板對應長孔部位設有避空缺口。
[0016]上述方案中，所述伺服系統利用VisualBasic編寫完整的運動控制系統，并生成工控機(PC機)可運行的應用程序，操作者可在應用程序界面對平臺進行操作、控制，所述伺服系統具有實時監測平臺的各個部件的狀態參數，并對異常參數做報警處理。
[0017]本實用新型與現有技術對比，具有以下幾點優點與有益效果:
[0018]1、本實用新型能夠實現末端動平臺的三個平動自由度以及一個轉動自由度，相比于市面上的四自由度并聯機器人，本實用新型從根本上實現了四軸的并聯運動。
[0019]2、本實用新型不同于絲杠滑塊機構，不存在反向誤差，無累積誤差，精度較高。
[0020]3、本實用新型四機械臂對稱分布，具有較好的各向同性。
[0021]4、本實用新型末端動平臺重量輕，速度高，動態響應好，運動慣性低。
[0022]5、本實用新型將整體結構設計成M型的結構，最大程度上壓縮了整臺設備的體積，結構緊湊，減小了工作空間。
[0023]6、本實用新型使用了成熟的運動控制板卡，運動準確平穩、可靠，能夠實現精確微調。
[0024]7、本實用新型通過上位機的驅動來控制末端動平臺進行移動，操作簡單易上手。
[0025]8、本實用新型大量使用鋼材、鋁材，并且使用了大扭矩伺服電機，剛度高、承載能力大，能夠實現快速、高負載、高功率的生產任務。
[0026]【附圖說明】:
[0027]圖1是精確的M型四自由度并聯定位裝置整體結構圖；
[0028]圖2是圖1實施例的末端動平臺結構示意圖；
[0029]圖3是圖1實施例的倒V形機械臂結構示意圖；
[0030]圖4是圖1實施例的末端動平臺與電機安裝板安裝方式及位置示意圖；
[0031]圖5是圖1實施例的底板結構圖；
[0032]圖6是圖1實施例的伺服系統示意圖；
[0033]圖7是圖1實施例的運動控制處理系統結構框圖；
[0034]圖8是圖1實施例的末端動平臺裝配示意圖；
[°035]圖9是圖1實施例的M形架構示意圖。
[0036]【具體實施方式】:
[0037]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施方式，對本實用新型做進一步的詳細說明，應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0038]參閱圖1?9所不，為本實用新型$父佳實施例結構不意圖，本實用新型有關一種精確的M型四自由度并聯定位裝置，包括有末端動平臺1、機架7，所述末端動平臺I上設有至少兩個間隔相對設置的轉動連接塊2，每個轉動連接塊2均鉸接連接由上臂3和下臂4構成的機械臂，上臂3的一端連接轉動連接塊2，而上臂3的另一端鉸接連接下臂4，下臂4組裝在機架7上，藉此末端動平臺1、轉動連接塊2、上臂3和下臂4組成M型四自由度并聯定位平臺，通過伺服系統控制實現末端動平臺I的X、Y、Z三軸的平動以及Z軸的轉動。圖6所示，所述伺服系統由伺服電機91、伺服電機驅動器92、運動控制卡93、PC機94組成，伺服系統利用Vi sualBasic編寫完整的運動控制系統，并生成工控機(PC機)可運行的應用程序，操作者可在應用程序界面對裝置進行操作、控制，能實現對機械臂的精確、高速控制以及不同機械臂之間的配合，簡化裝置控制方法以及操作過程。所述伺服系統具有實時監測裝置的各個部件的狀態參數，并對異常參數做報警處理，防止意外事故發生，提高設備的安全性。
[0039]圖1?9所示，本實施例中，末端動平臺I上的轉動連接塊2有四個，四個轉動連接塊2在同一平面上呈圓周均布，四個機械臂分別對應連接四個轉動連接塊2，機械臂呈十字形分布。所述機械臂的上臂3由平行設置的兩支桿體構成，桿體是圓柱狀的碳纖維，兩支桿體的兩端分別與轉動連接塊2和下臂4鉸接，下臂4由鋁合金加工而成，上臂3與下臂4呈倒V形結構安裝。轉動連接塊2和下臂4上分別設有側凸銷5連接兩支桿體，側凸銷5通過軸承分別組裝在轉動連接塊2和下臂4上。所述機架7具有上臺面71，上臺面71上設有十字分布的長孔72，下臂4的下端由上往下插入長孔72，上臺面71下側設有伺服電機安裝座8，伺服電機安裝座8上安裝的伺服電機輸出軸連接下臂4的下端，由此伺服系統控制實現末端動平臺的X、Y、Z三軸的平動以及Z軸的轉動。
[0040]圖1?9所示，本實施例中進一步地，所述末端動平臺I為正八邊形，在正八邊形中的四個間隔邊布設轉動連接塊2;所述末端動平臺I與轉動連接塊2使用螺栓21與推力軸承22連接，末端動平臺相應邊緣設有四個對稱的鉸接孔，螺栓21小端由下往上穿過推力軸承22及末端動平臺I后與轉動連接塊2螺紋連接。該結構組裝維護方便，實現轉動連接塊2靈活轉動，提升精準度，滿足旋轉自由度的要求，也方便末端動平臺I拆卸。伺服電機安裝座8與一底板6固為一體，底板6貼附固定在機架7的上臺面71上，并給予鎖定。伺服電機安裝座8為相對底板6的下折板，伺服電機安裝座8穿過上臺面71上長孔72向下凸伸，底板6對應長孔72部位設有避空缺口 61，方便機械臂動作。
[0041]本實用新型為了最大程度的壓縮設備的整體體積，相對的兩根機械臂與末端動平臺I呈M形架構(如圖9所示)，使得整體結構緊湊，充分減小了工作空間;機械臂呈對稱安裝，充分利用對稱安裝的各向同性，最大程度上減小了積累誤差。利用Visual Basic編寫的控制處理系統，簡化平臺的操作控制過程與方法，實時監測平臺個系統的工作狀態，可實現遠程操作，操作過程簡單、人性化。
[0042]總之，本實用新型由于在末端動平臺I上搭載了四根機械臂，使精密M型四自由度并聯定位裝置在真正意義上實現了四軸并聯運動，且滿足了四個自由度的要求，在最大的程度上發揮了并聯機構的優點，滿足了市場上的需求。
[0043]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型的技術范圍作任何限制，本行業的技術人員，在本技術方案的啟迪下，可以做出一些等效變形與修改，凡是依據本實用新型的技術實質對以上的實施例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
【主權項】
1.一種精確的M型四自由度并聯定位裝置，包括有末端動平臺(1)、機架(7)，其特征在于:所述末端動平臺(I)上設有至少兩個間隔相對設置的轉動連接塊(2)，每個轉動連接塊(2)均鉸接連接由上臂(3)和下臂(4)構成的機械臂，上臂(3)的一端連接轉動連接塊(2)，而上臂(3)的另一端鉸接連接下臂(4)，下臂(4)組裝在機架(7)上，藉此末端動平臺(1)、轉動連接塊(2)、上臂(3)和下臂(4)組成M型四自由度并聯定位平臺，通過伺服系統控制實現末端動平臺(I)的X、Y、Z三軸的平動以及Z軸的轉動。2.根據權利要求1所述的一種精確的M型四自由度并聯定位裝置，其特征在于:所述末端動平臺(I)上的轉動連接塊(2)有四個，四個轉動連接塊(2)在同一平面上呈圓周均布，四個轉動連接塊(2)連接的機械臂呈十字形分布。3.根據權利要求1所述的一種精確的M型四自由度并聯定位裝置，其特征在于:所述機架(7)具有上臺面(71)，上臺面(71)上設有十字分布的長孔(72)，下臂(4)的下端由上往下插入長孔(72)，上臺面(71)下側設有伺服電機安裝座(8)，伺服電機安裝座(8)上安裝的伺服電機輸出軸連接下臂(4)的下端。4.根據權利要求1或2所述的一種精確的M型四自由度并聯定位裝置，其特征在于:所述末端動平臺(I)為正八邊形，在正八邊形中的四個間隔邊布設轉動連接塊(2);所述末端動平臺(I)與轉動連接塊(2)使用螺栓(21)與推力軸承(22)連接，螺栓(21)小端由下往上穿過推力軸承(22)及末端動平臺(I)后與轉動連接塊(2)螺紋連接。5.根據權利要求1所述的一種精確的M型四自由度并聯定位裝置，其特征在于:所述上臂(3)由平行設置的兩支桿體構成，兩支桿體的兩端分別與轉動連接塊(2)和下臂(4)鉸接，而轉動連接塊(2)和下臂(4)上分別設有側凸銷(5)連接兩支桿體，側凸銷(5)通過軸承分別組裝在轉動連接塊(2)和下臂(4)上。6.根據權利要求3所述的一種精確的M型四自由度并聯定位裝置，其特征在于:所述伺服電機安裝座(8)與一底板(6)固為一體，底板(6)貼附固定在機架(7)的上臺面(71)上，伺服電機安裝座(8)為相對底板(6)的下折板，伺服電機安裝座(8)穿過上臺面(71)上長孔(72)向下凸伸，底板(6)對應長孔(72)部位設有避空缺口(61)。
【文檔編號】B25J9/00GK205521368SQ201620081687
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月28日
【發明人】梁經倫, 吳鵬, 何志雄, 孫振忠
【申請人】東莞理工學院