本發(fā)明涉及一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人。特別是涉及一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人的重力平衡裝置。

背景技術(shù)：

專利zl201510401279.9所公開的一種含多軸轉(zhuǎn)動(dòng)支架的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其由具有三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和與之串接的二自由度轉(zhuǎn)頭組成，其中并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、三個(gè)可沿軸向伸長或縮短的主動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、一個(gè)從動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、一個(gè)動(dòng)平臺和一個(gè)多軸轉(zhuǎn)動(dòng)支架，具有工作空間/裝備占地比大、制造和裝配工藝型好、運(yùn)動(dòng)學(xué)簡單等優(yōu)點(diǎn)。然而，該機(jī)器人模塊臥式放置時(shí)由于機(jī)器人自身重力的影響，使得其中一個(gè)主動(dòng)調(diào)節(jié)裝置中的電機(jī)負(fù)載遠(yuǎn)大于另外兩個(gè)主動(dòng)調(diào)節(jié)裝置中的電機(jī)負(fù)載，嚴(yán)重制約了機(jī)器人高速特性的實(shí)現(xiàn)。針對這種五自由度混聯(lián)機(jī)器人，本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是：提出一種重力自平衡裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可完全或部分平衡掉機(jī)器人自身重力對電機(jī)靜態(tài)保持力矩的影響，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人重力自平衡的五自由度混聯(lián)機(jī)器人的重力平衡裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人的重力平衡裝置，是設(shè)置在五自由度混聯(lián)機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)支架后部和安裝五自由度混聯(lián)機(jī)器人的機(jī)器人基座之間，包括兩組結(jié)構(gòu)相同的平衡機(jī)構(gòu)，其中一組平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置在貫穿第一主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置處的轉(zhuǎn)動(dòng)支架的后部與所述的機(jī)器人基座之間，另一組平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置在貫穿第二主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置處的轉(zhuǎn)動(dòng)支架的后部與所述的機(jī)器人基座之間。

所述的兩組結(jié)構(gòu)相同的平衡機(jī)構(gòu)均包括有：一端連接在所述轉(zhuǎn)動(dòng)支架后部的懸伸支架和通過安裝軸座連接在所述機(jī)器人基座上的氣缸，所述氣缸的氣缸伸縮桿的端部與所述懸伸支架的另一端鉸接連接。

所述的氣缸為恒壓氣缸，從而，所述的氣缸伸縮桿為恒壓氣缸伸縮桿。

本發(fā)明的一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人的重力平衡裝置，很好地結(jié)合了所述五自由度混聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、便于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，且可有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的重力自平衡。本發(fā)明可完全或部分平衡掉機(jī)器人自身重力對電機(jī)靜態(tài)保持力矩的影響，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的重力自平衡，有利于提高這種五自由度混聯(lián)機(jī)器人的靜動(dòng)態(tài)特性。

附圖說明

圖1是五自由度混聯(lián)機(jī)器人并聯(lián)模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的后視圖；

圖3是本發(fā)明一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人的重力平衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人的重力平衡裝置的原理圖；

圖5是轉(zhuǎn)動(dòng)支架和懸伸支架連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1：轉(zhuǎn)動(dòng)支架2：懸伸支架

3：氣缸4：安裝軸座，

5：機(jī)器人基座6：氣缸伸縮桿

7：從動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置8：第一主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置

9：第二主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置10：第三主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置

11：第一固定軸座12：第二固定軸座

13：第一伺服電機(jī)14：第二伺服電機(jī)

15：第三伺服電機(jī)16：第一球鉸

17：第二球鉸18：第三球鉸

19：從動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置與轉(zhuǎn)動(dòng)支架連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副

20：第一主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置與轉(zhuǎn)動(dòng)支架連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副

21：第二主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置與轉(zhuǎn)動(dòng)支架連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副

22：第三主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置與第二固定軸座連接的虎克鉸

23：動(dòng)平臺24：二自由度轉(zhuǎn)頭

25：機(jī)架

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人的重力平衡裝置做出詳細(xì)說明。

本發(fā)明所針對的五自由度混聯(lián)機(jī)器人，如圖1、2所示，由具有一個(gè)平動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和與之串接的具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的轉(zhuǎn)頭組成，其中并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括三個(gè)可沿軸向伸長或縮短的第一主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置8、第二主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置9和第三主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置10，一個(gè)從動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置7，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)支架1，以及一個(gè)機(jī)架25。

所述的第一主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置8和第二主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置9的一端分別對應(yīng)通過第一主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置與轉(zhuǎn)動(dòng)支架連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副20，以及第二主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置與轉(zhuǎn)動(dòng)支架連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副21與所述的轉(zhuǎn)動(dòng)支架1連接，所述的第一主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置8和第二主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置9的另一端通過由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的第一球鉸16和第二球鉸17與動(dòng)平臺23連接；所述的第三主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置10一端由第三主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置與第二固定軸座連接的具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的虎克鉸22與安裝在所述機(jī)架25上的兩個(gè)第二固定軸座12連接，另一端通過由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的第三球鉸18與動(dòng)平臺23連接；所述的轉(zhuǎn)動(dòng)支架1通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與安裝在所述機(jī)架25上的第一固定軸座11連接。二自由度轉(zhuǎn)頭24與動(dòng)平臺23串接。連接轉(zhuǎn)動(dòng)支架1分別與第一主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置8、第二主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置9的轉(zhuǎn)軸軸線，以及連接轉(zhuǎn)動(dòng)支架1與從動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置7的轉(zhuǎn)軸軸線彼此平行，且與連接機(jī)架25的轉(zhuǎn)軸軸線正交。在各伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，所述的第一主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置8、第二主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置9和第三主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置10可以伸長和縮短，使得所述動(dòng)平臺23可繞第一固定軸座11的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，可繞連接轉(zhuǎn)動(dòng)支架1與從動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置7的轉(zhuǎn)軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以及可沿從動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置7的軸線移動(dòng)，進(jìn)而形成一個(gè)平動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。

所述五自由度混聯(lián)機(jī)器人采用如圖3所示臥式放置時(shí)，由于自身重力的影響，使得安裝在第三主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置10末端的第三伺服電機(jī)15所受負(fù)載遠(yuǎn)大于第一伺服電機(jī)13和第二伺服電機(jī)14所受負(fù)載，嚴(yán)重制約了五自由度混聯(lián)機(jī)器人高速特性的實(shí)現(xiàn)。

如圖3所示，本發(fā)明的一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人的重力平衡裝置，是設(shè)置在五自由度混聯(lián)機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)支架1后部和安裝五自由度混聯(lián)機(jī)器人的機(jī)器人基座5之間，包括兩組結(jié)構(gòu)相同的平衡機(jī)構(gòu)，其中一組平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置在貫穿第一主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置8處的轉(zhuǎn)動(dòng)支架1的后部與所述的機(jī)器人基座5之間，另一組平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置在貫穿第二主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置9處的轉(zhuǎn)動(dòng)支架1的后部與所述的機(jī)器人基座5之間。

如圖3、圖4、圖5所示，所述的兩組結(jié)構(gòu)相同的平衡機(jī)構(gòu)均包括有：一端連接在所述轉(zhuǎn)動(dòng)支架1后部的懸伸支架2和通過安裝軸座4連接在所述機(jī)器人基座5上的氣缸3，所述氣缸3的氣缸伸縮桿6的端部與所述懸伸支架2的另一端鉸接連接。所述的氣缸3為恒壓氣缸，從而，所述的氣缸伸縮桿6為恒壓氣缸伸縮桿，可保證沿軸向恒定拉力的實(shí)現(xiàn)。

如圖5所示，為避免五自由度混聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)所述氣缸3與五自由度混聯(lián)機(jī)器人發(fā)生干涉，所以將兩個(gè)懸伸支架2通過螺釘安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)支架1的兩側(cè)。

本發(fā)明的一種五自由度混聯(lián)機(jī)器人的重力平衡裝置的原理為：如圖4所示，若取消重力平衡裝置，即fb＝0，則扭矩τb的數(shù)值為0，所述五自由度混聯(lián)機(jī)器人自身重力對轉(zhuǎn)動(dòng)支架1軸線產(chǎn)生的扭矩τg完全由第三主動(dòng)長度調(diào)節(jié)裝置10來承擔(dān)，這勢必會使得安裝在第三主動(dòng)長度調(diào)節(jié)10上的第三伺服電機(jī)15的負(fù)載過大。當(dāng)所述重力平衡裝置作用在五自由度混聯(lián)機(jī)器人上時(shí)，基于靜力學(xué)分析，可建立兩個(gè)恒壓氣缸3沿軸向產(chǎn)生的拉力fb對轉(zhuǎn)動(dòng)支架1軸線產(chǎn)生的扭矩為τb、機(jī)器人自身重力g對轉(zhuǎn)動(dòng)支架1軸線產(chǎn)生的扭矩為τg的力平衡方程，通過合理設(shè)定恒壓氣缸3的壓力以保證拉力fb，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的重力自平衡，達(dá)到全部或基本消除重力場對第三伺服電機(jī)15靜態(tài)保持力矩影響的目的。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)例進(jìn)行了描述計(jì)算，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，實(shí)際的工程當(dāng)中可以根據(jù)混聯(lián)機(jī)器人不同尺寸改變重力平衡裝置的參數(shù)，但計(jì)算的原理和方法與上述無異，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。