一种具有三个平移自由度的单环并联操作手的制作方法

本发明专利属于机器人技术领域，特别涉及一种具有三个平移自由度的单环并联操作手。

背景技术：

并联操作手由于多闭环结构，具有精度高，承载能力大，刚度大，加速性能好等优点，引起了国内外学者的广泛的研究，并在工业生产中得到了应用。传统并联操作手由于存在较多的支链和杆件，增加了杆件间的干涉和支链间的闭环约束，极大的限制了动平台的工作空间，为了满足一些任务的需求，通常需要将并联操作手的整体尺寸设计得很大，浪费了对空间的利用，且复杂的结构增加了控制系统的复杂程度，这些缺点极大地限制了并联操作手在工程实际中的运用。因此，设计一种结构简单、紧凑，承载能力好，工作空间大，控制系统简单的并联操作手，可以拓展并联操作手在工程实际中的应用。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题在于提供一种具有三个平移自由度的单环并联操作手，单环并联操作手结构简单、紧凑，工作空间大，在对工作任务的适应性和可操作性方面有显著的提升。

本发明解决技术问题采用的方案是：

一种具有三个平移自由度的单环并联操作手包括三自由度驱动系统，第一支链组件，第二支链组件，末端执行器组件，其特征在于：

所述三自由度驱动系统包括基座、第一、第二和第三驱动电机、第一左旋滚珠丝杠、第一左旋滚珠丝杠螺母、第二右旋滚珠丝杠、第二右旋滚珠丝杠螺母、第三左旋滚珠丝杠、第三左旋滚珠丝杆螺母、第一滑块导轨、第一滑块、第二滑块导轨、第二滑块、滚珠丝杠螺母支撑架、同步带、斜齿轮轴、第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器。

进一步的，所述第一、第二和第三驱动电机通过螺栓固定安装在基座上；所述第一左旋滚珠丝杠、第二右旋滚珠丝杠和第三左旋滚珠丝杠的一端通过第一、第二和第三联轴器分别与第一、第二和第三驱动电机的输出轴固定连接，所述第一左旋滚珠丝杠、第二右旋滚珠丝杠和第三左旋滚珠丝杠的另一端与基座连接形成转动副；所述第一左旋滚珠丝杠螺母、第二右旋滚珠丝杠螺母和第三左旋滚珠丝杠螺母分别与第一左旋滚珠丝杠、第二右旋滚珠丝杠和第三左旋滚珠丝杠连接形成螺旋副；所述第一左旋滚珠丝杠螺母、第二右旋滚珠丝杠螺母、第三左旋滚珠丝杠螺母和斜齿轮轴均与滚珠丝杆螺母支撑架连接形成转动副；所述第一滑块导轨和第二滑块导轨通过螺栓固定连接在基座上；所述第一滑块和第二滑块通过螺栓固定连接在滚珠丝杠螺母支撑架上；所述第一滑块和第二滑块分别与第一滑块导轨和第二滑块导轨连接形成直线移动副；所述第一左旋滚珠丝杠螺母和第二右旋滚珠丝杠螺母之间通过同步带连接形成同步带传动；所述第三左旋滚珠丝杠螺母和斜齿轮轴之间形成正交斜齿轮传动。

所述第一支链组件包括第一驱动杆件，转轴，第二被动杆件。

进一步的，所述第二被动杆件通过转轴与第一驱动杆件连接形成转动副。

所述第二支链组件包括第三驱动杆件，第一十字形连接轴，第四被动杆件，第二十字形连接轴。

进一步的，所述第四被动杆件通过第一十字形连接轴与第三驱动杆件连接形成虎克铰；所述第二十字形连接轴与第四被动杆件连接。

所述末端执行器组件包括动平台和执行装置模块。

进一步的，所述执行装置模块通过螺栓固定连接在动平台上。

进一步的，所述第一支链组件中的第一驱动连杆通过螺栓与三自由度驱动系统中的第二右旋滚珠丝杠螺母固定连接；所述第一支链组件中的第二被动连杆与末端执行器组件中的动平台连接形成转动副；所述第二支链组件中的第三驱动连杆通过螺栓、键与三自由度驱动系统中的斜齿轮轴固定连接；所述第二支链组件中的第四被动连杆通过第二十字形连接轴与末端执行器组件中的动平台连接形成虎克铰。

本发明的一种具有三个平移自由度的单环并联操作手的有益技术效果是：1、设计了一种结构紧凑的三自由度驱动系统，所有电机均安装在机架上，提高了承载能力。2、三自由度驱动系统驱动两条支链，使得操作手具有三个平移自由度；操作手结构简单，整体尺寸紧凑，易于控制；运动杆件少，惯性小，动态响应性能好；支链数目少，杆件干涉和支链约束少，扩大了操作手的工作空间，提高了操作手的灵活性，具有较好的任务适应性和可操作性。

附图说明

图1是本发明的一种具有三个平移自由度的单环并联操作手的整体结构示意图；

图2是本发明的三自由度驱动系统的结构示意图(一)；

图3是本发明的三自由度驱动系统的结构示意图(二)；

图4是本发明的第一支链组件的结构示意图；

图5是本发明的第二支链组件的结构示意图；

图6是本发明的末端执行器组件的结构示意图；

1.三自由度驱动系统，2.第一支链组件，3.第二支链组件，4.末端执行器组件

101.基座，102.第一驱动电机，103.第二驱动电机，104.第三驱动电机，105.第二右旋滚珠丝杠，106.第二右旋滚珠丝杠螺母，107.同步带，108.斜齿轮轴，109.滚珠丝杠螺母支撑架，110.第三左旋滚珠丝杠，111.第一左旋滚珠丝杠，112.第一滑块导轨，113.第二滑块导轨，114.第一滑块，115.第二滑块，116.第三左旋滚珠丝杠螺母，117.第一左旋滚珠丝杠螺母，118.第一联轴器，119.第三联轴器，120.第二联轴器

201.第一驱动连杆，202.转轴，203.第二被动连杆

301.第三驱动连杆，302.第一十字形连接轴，303.第四被动连杆，304.第二十字形连接轴

401.动平台，402.执行装置模块

具体实施方式

为进一步了解本发明提供的一种具有三个平移自由度的单环并联操作手，下面结合附图和详细实施例对本发明进行具体说明。

图1为本发明提供的一种具有三个平移自由度的单环并联操作手的整体结构示意图，在图1中，单环并联操作手包括三自由度驱动系统(1)，第一支链组件(2)，第二支链组件(3)，末端执行器组件(4)。

图2、3为本发明提供的一种具有三个平移自由度的单环并联操作手的三自由度驱动系统(1)的结构示意图，在图2、3中，三自由度驱动系统(1)包括基座(101)，第一驱动电机(102)，第二驱动电机(103)，第三驱动电机(104)，第二右旋滚珠丝杠(105)，第二右旋滚珠丝杠螺母(106)，同步带(107)，斜齿轮轴(108)，滚珠丝杠螺母支撑架(109)，第三左旋滚珠丝杠(110)，第一左旋滚珠丝杠(111)，第一滑块导轨(112)，第二滑块导轨(113)，第一滑块(114)，第二滑块(115)，第三左旋滚珠丝杠螺母(116)，第一左旋滚珠丝杠螺母(117)，第一联轴器(118)，第三联轴器(119)，第二联轴器(120)。第一、第二和第三驱动电机(102、103和104)通过螺栓固定安装在基座(101)上。第一左旋滚珠丝杠(111)、第二右旋滚珠丝杠(105)和第三左旋滚珠丝杠(110)的一端通过第一、第二和第三联轴器(118、120和119)分别与第一、第二和第三驱动电机(102、103和104)的输出轴固定连接。第一左旋滚珠丝杠(111)、第二右旋滚珠丝杠(105)和第三左旋滚珠丝杠(110)的另一端与基座(101)相连形成转动副。第一左旋滚珠丝杠螺母(117)、第二右旋滚珠丝杠螺母(106)和第三左旋滚珠丝杠螺母(116)分别与第一左旋滚珠丝杠(111)、第二右旋滚珠丝杠(105)和第三左旋滚珠丝杠(110)连接形成螺旋副。第一左旋滚珠丝杠螺母(117)、第二右旋滚珠丝杠螺母(106)、第三左旋滚珠丝杠螺母(116)和斜齿轮轴(108)均与滚珠丝杆螺母支撑架(109)连接形成转动副。第一滑块导轨(112)和第二滑块导轨(113)通过螺栓固定安装在基座(101)上。第一滑块(114)和第二滑块(115)通过螺栓固定连接在滚珠丝杠螺母支撑(109)架上。第一滑块(114)和第二滑块(115)分别与第一滑块导轨(112)和第二滑块导轨(113)连接形成直线移动副。第一左旋滚珠丝杠螺母(117)和第二右旋滚珠丝杠螺母(106)之间通过同步带(107)连接形成同步带传动。第三左旋滚珠丝杠螺母(116)和斜齿轮轴(108)之间形成正交斜齿轮传动。

图4为本发明提供的一种具有三个平移自由度的单环并联操作手的第一支链组件(2)的结构示意图，在图4中，第一支链组件(2)包括第一驱动杆件(201)，转轴(202)，第二被动杆件(203)。第二被动杆件(203)通过转轴(202)与第一驱动杆件(201)连接形成转动副。

图5为本发明提供的一种具有三个平移自由度的单环并联操作手的第二支链组件(3)的结构示意图，在图5中，第二支链组件(3)包括第三驱动杆件(301)，第一十字形连接轴(302)，第四被动杆件(303)，第二十字形连接轴(304)。第四被动杆件(303)通过第一十字形连接轴(302)与第三驱动杆件(301)连接形成虎克铰。第二十字形连接轴(304)与第四被动杆件(303)连接。

图6为本发明提供的一种具有三个平移自由度的单环并联操作手的末端执行器组件(4)的结构示意图，在图6中，末端执行器组件(4)包括动平台(401)，执行装置模块(402)。执行装置模块(402)通过螺栓固定连接在动平台(401)上。

本发明所述的一种具有三个平移自由度的单环并联操作手，第一支链组件(2)中的第一驱动连杆(201)通过螺栓与三自由度驱动系统(1)中的第二右旋滚珠丝杠螺母(106)固定连接。第一支链组件(2)中的第二被动连杆(203)与末端执行器组件(4)中的动平台(401)连接形成转动副。第二支链组件(3)中的第三驱动连杆(301)通过螺栓、键与三自由度驱动系统中的斜齿轮轴(108)固定连接。第二支链组件(3)中的第四被动连杆(303)通过第二十字形连接轴(304)与末端执行器组件(4)中的动平台(402)连接形成虎克铰。

本发明所述的一种具有三个平移自由度的单环并联操作手，由三个驱动电机(102、103和104)驱动三自由度驱动系统运动，再由三自由度驱动系统(1)控制第一、第二支链组件(1、2)运动，在第一、第二支链组件(1、2)的约束下，末端执行器组件(4)具有三个平移自由度。进一步的，本发明的单环并联操作手支链数目少，活动杆件少，结构简单、紧凑，工作空间大，具有较好的加速性能和任务适应性及可操作性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此而限制本发明的专利范围，凡是利用说明书及附图内容所作的等效结构或变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。