一種立式可重構多功能并聯機構制造技術

為解決現有技術中的5R并聯機構運動空間小、不能快速重構、桿與桿連接摩擦大的問題。本發明專利技術公開了一種立式可重構多功能并聯機構，包括工作平臺、五桿機構、可重構末端執行器和機架位置調節裝置。機架固定在位置調節裝置上，末端執行器安裝在并聯機構的連桿上，機架位置移動裝置通過步進電機驅動滾珠絲杠實現機架位置的變化，從而整個并聯機構在滾珠絲桿軸線方向移動，獲得更大的工作空間。可重構末端執行器采用夾持范圍可變、易拆卸的結構，實現夾持電主軸、3D打印頭、激光燒結頭等不同的部件，達到快速重構實現不同的加工工藝。

Vertical reconfigurable multifunctional parallel mechanism

In order to solve the problem that the 5R parallel mechanism in the prior art has small movement space and can not be quickly reconstructed, the friction between the rod and the rod is large. The invention discloses a vertical reconfigurable multifunctional parallel mechanism, which comprises a work platform, a five bar mechanism, a reconfigurable end effector and a frame position adjusting device. The frame is fixed on the position adjusting device, the end effector is installed in parallel mechanism on the connecting rod, a mobile device driven by stepping motor, ball screw to achieve the change of the position of the frame, move to the parallel mechanism in the direction of the axis of ball screw, to get more working space. The reconfigurable end effector adopts the structure of variable clamping range and easy disassembly, and realizes the different components of the clamping electric spindle, 3D printing head and laser sintering, so as to achieve rapid reconstruction and realize different processing techniques.

【技術實現步驟摘要】
一種立式可重構多功能并聯機構
本專利技術涉及機器與機構
，具體涉及一種立式可重構多功能并聯機構。
技術介紹
可重構并聯機構是一種可以根據任務或環境的變化而改變構形的裝置。通過對模塊進行組合，可重構能夠簡單快速的裝配成適合不同任務的裝置。目前并聯機構應用比較成熟的多為少自由度并聯機構，其中2自由度5R并聯機構最為典型。2自由度5R并聯機構結構簡單緊湊，容易控制，作為并聯機械手和機器人的主體運動結構，廣泛用于微小零部件精密取放、機械加工等作業領域。專利CN201510246105.X公開了一種混合驅動可重構五桿機構實驗臺，但該實驗臺只實現了五桿構型的重構，沒有實現功能的重構，桿與桿之間的連接方式均為面與面的接觸，在實際應用中桿轉動時摩擦較大，轉動不靈活，功能單一。德國阿亨工業大學研發了一種Dyna-M型臥式加工中心，其運動部件質量大，故其運動速度受到限制；其運動空間為立式，而且機架與底座固連，五桿機構運動范圍受到框型支撐部件的限制，其工作空間較小，而且結構比較復雜，傳動鏈較長。
技術實現思路
本專利技術主要針對現有技術中的五桿模型工作空間小，不能快速重構，并聯機構功能單一，桿的轉動不靈活，摩擦較大的問題，提供一種結構緊湊，工作空間大，轉動靈活，組裝拆卸方便的立式可重構多功能并聯機構。本專利技術為解決上述問題而采取的技術方案為：一種立式可重構多功能并聯機構，包括工作平臺及支撐框架、功能可重構裝置和機架位置調節裝置，所述功能可重構裝置通過并聯機構與機架位置調節裝置連接；所述功能可重構裝置包括夾持機構、工具頭，工具頭安裝在夾持機構內；所述并聯機構包括兩路連接機構，每路連接機構的連桿與搖桿連接，搖桿與伺服電機連接，伺服電機固定在機架位置調節裝置上；連桿與搖桿的結構是：連桿上端面和下端面均加工有階梯孔，深溝球軸承安裝在連桿的上階梯孔中；推力球軸承的上半圈安裝在連桿的下階梯孔中，下半圈安裝在搖桿的上階梯孔中；螺栓穿過深溝球軸承和推力球軸承后用螺母將連桿與搖桿固定；搖桿與伺服電機的連接結構是：伺服電機軸垂直于工作平臺，軸端面向下，與聯軸器的上端相聯接，聯軸器另一端與圓柱銷相聯接，圓柱銷上安裝有內脹套，外脹套安裝在搖桿的孔內，圓柱銷外設置套筒，所述套筒上端與將內脹套抵接，下端與端蓋抵接；所述端蓋旋接在圓柱銷下端的螺紋上；推力球軸承的上半圈安裝在搖桿的下階梯孔內，下半圈安裝在機架的锪平孔內，外脹套設置在深溝球軸承內；所述的機架位置調節裝置包括機架、聯軸器、掛板、滾珠絲杠、導向軸(18)、步進電機；機架固定在掛板上，掛板與滑塊固定，滑塊與絲杠螺母固定；兩根平行的導向軸穿過滑塊；步進電機軸與滾珠絲杠用聯軸器連接，絲杠與絲杠螺母螺紋連接。所述工具頭是電主軸、激光燒結頭、3D打印頭的一種。為保證連桿與搖桿之間的距離，所述推力球軸承的厚度大于連桿與搖桿的階梯孔的深度之和。為保證搖桿與機架的距離，推力球軸承的厚度大于搖桿下部階梯孔與機架的锪平孔的高度之和。與現有技術相比，本專利技術具有下列有益效果：1、本專利技術的主軸垂直于工作臺面，工作臺面即工作平臺與機架位置調節裝置一起固定連接鋁框架上，形成五桿機構的臥式工作空間，區別于傳統的立式工作空間。臥式工作空間具有工作平面范圍廣、運動性能穩定、桿件之間的的起始角容易控制、并且可以在桿件的鉸接處安放角度、速度、應力等傳感器，為五桿機構的運動學，動力學分析提供有力的實驗基礎。2、本專利技術可以實現末端執行器三種構型，包括以電主軸為主的機械加工，以激光燒結頭和3D打印頭為主的增材制造，以機械爪為主的物體取放，實現了末端執行器結構的模塊化、可重構設計。機架位置調節裝置采用用步進電機驅動，通過滾珠絲桿將旋轉運動轉化為直線運動，可以改變五桿并聯機構的位置，從而擴大工作空間范圍。原動件的驅動裝置采用伺服電機驅動方式，通過運動控制卡制定不同的控制策略，輸出預期可控軌跡。本專利技術為可重構多功能五桿并聯機構的運動學與動力學特性規律研究奠定實驗基礎，有利于可重構多功能五桿并聯機構在從事機械加工、增材制造、微小零部件精密取放作業等領域的推廣應用。3、本專利技術采用脹套連接，依靠摩擦力傳遞扭矩，可是起到一定的防過載作用，而且避免了過多的機械加工，維修拆卸十分方便容易；另外，本專利技術采用深溝球與推力球軸承的組合形式將桿件相互連接，其摩擦力非常小，裝動靈活，而且連接處剛度足夠高，滿足了加工的高速、高精度、靈活的要求。附圖說明圖1為本專利技術立式可重構多功能并聯機構的等軸測三維結構示意圖；圖2為本專利技術立式可重構多功能并聯機構的俯視結構示意圖；圖3為本專利技術立式可重構多功能并聯機構的左視結構示意圖；圖4為本專利技術立式可重構多功能并聯機構的連桿與搖桿連接示意圖；圖5為本專利技術立式可重構多功能并聯機構的伺服電機驅動搖桿連接結構示意圖；圖6為本專利技術立式可重構多功能并聯機構的脹套連接結構示意圖。具體實施方式如圖1至圖3所示，本實例一種立式可重構多功能并聯機構，其中由工作平臺及支撐框架、功能可重構裝置和機架位置調節裝置組成，所述工作平臺及支撐框架包括10條40系列鋁型材1、角連接件9、工作臺面14，10條40系列鋁型材1構成整體的支撐框架，并用角連接件9連接加固，工作臺面14用螺栓和螺母緊固在40系列鋁型材1上。所述功能可重構裝置包括左連桿16、連接塊27、圓柱銷21、螺釘22、連接架20、夾持機構15、工具頭13，圓柱銷21從一端將連接塊27連接在左連桿16上，起定位和支承作用，螺釘22將連接塊27緊固連桿上，兼顧支承作用，連接架20用螺栓緊固在連接塊27另一端，夾持機構15用螺釘緊固在連接架20上，工具頭13安裝在夾持機構內夾緊。所述的工具頭13可以是電主軸、激光燒結頭、3D打印頭等不同的工具，如果其直徑相差不大，可以僅更換工具頭13，如果直徑相差較大，可以將夾持機構15與工具頭13一起更換，以改變加工工藝，適應不同的加工要求。所述機架位置調節裝置包括機架11、聯軸器3、掛板19、滾珠絲杠2、絲杠螺母26、滑塊7、導向軸18、步進電機4、步進電機支架5、40系列鋁型材1、中間墊塊23、緊固板8、支架板6、角連接件9、圓柱銷25、螺釘24組成。機架11用圓柱銷25定位在掛板19上，并起到支承作用，用螺釘24將機架11固定在在掛板上，同樣地，用圓柱銷和螺釘將掛板與滑塊相固連，絲杠螺母26用螺釘緊固在滑塊7上，兩根平行的導向軸18也穿過滑塊7，步進電機4固定在步進電機支架5上，用聯軸器3將步進電機軸與滾珠絲杠2相連，從而帶動滾珠絲桿2旋轉，滾珠絲杠2與絲杠螺母26將步進電機4的旋轉運動轉化為直線運動，從而帶動機架11運動，從而帶動整個并聯機構及末端執行器平移，擴大了工作空間。滾珠絲杠2以及步進電機支架5均安裝在支架板6上，并放在由40系列鋁型材1和角連接件9組成的框架上，支架板6上預留有沉頭孔，通過螺栓，穿過中間墊塊23緊固在緊固板8上，而緊固板8通過使用螺栓緊固在40系列鋁型材1組成的框架上。如圖4所示，所述并聯機構的連接形式為左連桿16、左搖桿17、右連桿12、右搖桿10、深溝球軸承29、推力球軸承30、鉸制孔用螺栓28、大平墊圈31、小平墊圈34與彈簧墊圈33。以左連桿16與左搖桿17的連接為例，在左連桿16上端面和下端面均加工有階梯孔，深溝球軸承29安本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種立式可重構多功能并聯機構，其特征在于：包括工作平臺及支撐框架、功能可重構裝置和機架位置調節裝置，所述功能可重構裝置通過并聯機構與機架位置調節裝置連接；所述功能可重構裝置包括夾持機構、工具頭，工具頭安裝在夾持機構內；所述并聯機構包括兩路連接機構，每路連接機構的連桿與搖桿連接，搖桿與伺服電機連接，伺服電機固定在機架位置調節裝置上；連桿與搖桿的結構是：連桿上端面和下端面均加工有階梯孔，深溝球軸承安裝在連桿的上階梯孔中；推力球軸承的上半圈安裝在連桿的下階梯孔中，下半圈安裝在搖桿的上階梯孔中；螺栓穿過深溝球軸承和推力球軸承后用螺母將連桿與搖桿固定；搖桿與伺服電機的連接結構是：伺服電機軸垂直于工作平臺，軸端面向下，與聯軸器的上端相聯接，聯軸器另一端與圓柱銷相聯接，圓柱銷上安裝有內脹套，外脹套安裝在搖桿的孔內，圓柱銷外設置套筒，所述套筒上端與將內脹套抵接，下端與端蓋抵接；所述端蓋旋接在圓柱銷下端的螺紋上；推力球軸承的上半圈安裝在搖桿的下階梯孔內，下半圈安裝在機架的锪平孔內，外脹套設置在深溝球軸承內；所述的機架位置調節裝置包括機架、聯軸器、掛板、滾珠絲杠、導向軸(18)、步進電機；機架固定在掛板上，掛板與滑塊固定，滑塊與絲杠螺母固定；兩根平行的導向軸穿過滑塊；步進電機軸與滾珠絲杠用聯軸器連接，絲杠與絲杠螺母螺紋連接。...

【技術特征摘要】
1.一種立式可重構多功能并聯機構，其特征在于：包括工作平臺及支撐框架、功能可重構裝置和機架位置調節裝置，所述功能可重構裝置通過并聯機構與機架位置調節裝置連接；所述功能可重構裝置包括夾持機構、工具頭，工具頭安裝在夾持機構內；所述并聯機構包括兩路連接機構，每路連接機構的連桿與搖桿連接，搖桿與伺服電機連接，伺服電機固定在機架位置調節裝置上；連桿與搖桿的結構是：連桿上端面和下端面均加工有階梯孔，深溝球軸承安裝在連桿的上階梯孔中；推力球軸承的上半圈安裝在連桿的下階梯孔中，下半圈安裝在搖桿的上階梯孔中；螺栓穿過深溝球軸承和推力球軸承后用螺母將連桿與搖桿固定；搖桿與伺服電機的連接結構是：伺服電機軸垂直于工作平臺，軸端面向下，與聯軸器的上端相聯接，聯軸器另一端與圓柱銷相聯接，圓柱銷上安裝有內脹套，外脹套安裝在搖桿的孔內，圓柱銷外設置套筒，所述套筒上端...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王志輝，于天彪，秦振江，鄭偉，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21