[发明专利]一种大负载六自由度柔顺并联机器人系统

说明书

本发明属于机械手技术领域，公开了一种大负载六自由度柔顺并联机器人系统，采用六个小型电动缸驱动实现动平台三个平动、三个转动的六个自由度的运动，上下平台与各电动缸之间由斜面固定块与力转向部件连接，其中柔顺球铰链是力转向部件的核心零件，其中单个力转向部件由一个柔顺球铰链与两个U型件组成；通过力转向部件将柔顺铰链所受其他部件的重力以及动平台负载对其产生的压力转向为对其产生的拉力，将传统六自由度平台的优点与柔顺机构的优点结合起来，柔顺铰链设计的力转向部件改进之后，使得机构的定位精度可达微米级别，可承受负载远大于几克，使得柔顺球铰链不会因负载过大产生屈曲失稳的现象且可以实现微米级的运动。

技术领域

本发明属于机械手技术领域，尤其涉及一种大负载六自由度柔顺并联机器人系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：随着精密机械、自动化、制造等领域对微米级乃至纳米级定位精度需求的提升，传统机构的固有缺陷日益凸现出来。鉴于关键部件多自由度铰链(球铰、胡克铰)的制造工艺水平限制，传统的六自由度并联机构难以实现微米级定位精度，不能应用于高精度的仪器设备当中；随着机构学的发展，近年来诞生的柔顺机构具有无摩擦、重量轻和结构紧凑等特点，可以实现微米级甚至纳米级精微运动，已被成功应用于MEMS、集成电路制造、微细加工、显微手术中，但是由于柔顺铰链的结构特性，若不采用巧妙的方法设计柔顺机构就只能承受很小的负载，在受较大负载情况下柔顺铰链会屈曲失稳。公开发表的一种六自由度并联微平台可以实现精微操作，但是只能承受很小的载荷。目前尚未见到既拥有满足精微精度的六自由度并联机构，又能够具有较大负载能力的六自由度柔顺并联机器人机构。传统六自由度机构须采用球铰、球铰等多自由度复杂关节，其各个零部件是由传统加工工艺制造和装配而成。限于制造工艺水平，在零件加工和装配过程中，包含着数十微米的误差，所以难以实现微米级精度目标。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统的六自由度机构难以实现微米级精度目标；一般柔顺并联机器人机构承受较大负载导致屈曲失稳，柔顺铰链的结构特性是抗拉不抗压，在承受较大负载时会因压力过大超过柔顺铰链材料的屈服极限，从而导致柔顺铰链的屈曲失稳。

解决上述技术问题的难度和意义：传统六自由度机构受限于制造工艺水平，难以实现微米级。需要通过分析并合理运用柔顺机构的特性，将传统设计方法与柔顺机构相结合，设计出一种新的适用于六自由度机构的柔顺球铰链来代替传统机构中所有刚性球铰链，以此解决微米级精度目标；柔顺铰链抗拉不抗压的特性使得不能直接用柔顺铰链来替换六自由度机构中的传统铰链。需要对其性质进行研究，改变柔顺铰链在六自由度机构中的受力方向，避免柔顺铰链受到较大压力导致的屈曲失稳问题。本发明改进后的柔顺六自由度机构解决了传统六自由度机构不能实现微米级精度以及柔顺铰链抗拉不抗压的问题，根据柔顺铰链特性设计出一种力转向部件，将其与传统六自由度平台上的传统铰链替换之后，六自由度平台可以实现三个平动、三个转动的六个自由度运动和微米级的精度同时，还可以承受较大的负载，可广泛应用于EMS、集成电路制造、微细加工、显微手术等领域。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种大负载六自由度柔顺并联机器人系统。

本发明是这样实现的，一种大负载六自由度柔顺并联机器人系统，所述大负载六自由度柔顺并联机器人系统设置有：

六个电动缸；

上下平台与电动缸之间由斜面固定块与力转向部件连接；

柔顺球铰链是力转向部件核心零件其中单个力转向部件由一个柔顺球铰链与两个U型件组成。

进一步，所述斜面固定块等分360°角度，均匀分布在基座平台上平面且每个斜面固定块斜面较低一侧朝向平台基座内侧，较高一侧朝向平台基座外侧，均由螺栓连接在基座平台上。

进一步，六个U型件的开口端分别固定在斜面固定块上且均由螺栓连接；