六自由度平台的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种六自由度平台。


背景技术：

2.并联机构是指由两个或两个以上独立的开环机构连接末端执行器和固定基座而形成的闭环机构。并联机构相较于串联机构具有一些优异的性能，如刚度高、速度高、负载能力强，因此引起了国内外广泛的研究和应用。但并联机构的不足在于末端执行器的工作空间较小。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种六自由度平台，用于解决现有技术中的六自由度平台工作空间有限的问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种六自由度平台，包括：静平台，设有第一球铰安装部；动平台，设有第二球铰安装部；六个运动支链，每个运动支链的两端分别连接所述第一球铰安装部以及第二球铰安装部；其中，各运动支链斜置安装于所述静平台与所述动平台之间。
5.于本实用新型的一实施例中，所述第一球铰安装部包括：沿所述静平台径向依次设置的第一静平台球铰安装孔、第二静平台球铰安装孔、第三静平台球铰安装孔、第四静平台球铰安装孔、第五静平台球铰安装孔以及第六静平台球铰安装孔；所述第二球铰安装部包括：沿所述动平台径向依次设置的第一动平台球铰安装孔、第二动平台球铰安装孔、第三动平台球铰安装孔、第四动平台球铰安装孔、第五动平台球铰安装孔以及第六动平台球铰安装孔。
6.于本实用新型的一实施例中，所述第一球铰安装部包括：第一静平台安装组，包括：所述第一静平台球铰安装孔以及所述第二静平台球铰安装孔；第二静平台安装组，包括：所述第三静平台球铰安装孔以及所述第四静平台球铰安装孔；第三静平台安装组，包括：所述第五静平台球铰安装孔以及所述第六静平台球铰安装孔；所述第二球铰安装部包括：第一动平台安装组，包括：所述第一动平台球铰安装孔以及所述第二动平台球铰安装孔；第二动平台安装组，包括：所述第三动平台球铰安装孔以及所述第四动平台球铰安装孔；第三动平台安装组，包括：所述第五动平台球铰安装孔以及所述第六动平台球铰安装孔；其中，所述第一球铰安装部的各静平台安装组与所述第二球铰安装部的各动平台安装组交错布置。
7.于本实用新型的一实施例中，所述六个运动支链包括：第一运动支链，其一端连接所述第一静平台球铰安装孔，另一端连接所述第六动平台球铰安装孔；第二运动支链，其一端连接所述第二静平台球铰安装孔，另一端连接所述第一动平台球铰安装孔；第三运动支链，其一端连接所述第三静平台球铰安装孔，另一端连接所述第二动平台球铰安装孔；第四运动支链，其一端连接所述第四静平台球铰安装孔，另一端连接所述第三动平台球铰安装
孔；第五运动支链，其一端连接所述第五静平台球铰安装孔，另一端连接所述第四动平台球铰安装孔；第六运动支链，其一端连接所述第六静平台球铰安装孔，另一端连接所述第五动平台球铰安装孔。
8.于本实用新型的一实施例中，所述每个运动支链包括：分别处于所述运动支链两端的与所述第一球铰安装部连接的静平台球铰链以及与所述第二球铰安装部连接的动平台球铰链；直线驱动组件，其两端分别与所述静平台球铰链以及动平台球铰链相连。
9.于本实用新型的一实施例中，下连杆、连接块、连接板、滚珠丝杠部件、同步带部件、伺服电机部件、衬套、推杆以及推杆连接件；其中，所述下连杆一端连接所述静平台球铰链，另一端连接所述连接块；所述连接块、滚珠丝杠部件以及与所述滚珠丝杠部件连接的衬套固定于所述连接板上，所述同步带部件连接所述滚珠丝杠部件，所述伺服电机部件固定于所述同步带部件上；所述滚珠丝杠部件内的推杆从所述衬套伸出，其伸出端通过连接所述推杆连接件与所述动平台球铰链连接。
10.于本实用新型的一实施例中，所述静平台球铰链和/或动平台球铰链包括：具有球形内圈的球铰链安装座以及具有球形外圈的球铰球面；其中，所述球销安装座的内圈与所述球铰球面的外圈构成滚动摩擦副。
11.于本实用新型的一实施例中，当所述六自由度平台处于初始状态时，所述第一静平台球铰安装孔与所述第一动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第一运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同，所述第二静平台球铰安装孔与所述第二动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第二运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同，所述第三静平台球铰安装孔与所述第三动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第三运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同，所述第四静平台球铰安装孔与所述第四动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第四运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同，所述第五静平台球铰安装孔与所述第五动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第五运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同，所述第六静平台球铰安装孔与所述第六动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第六运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同。
12.于本实用新型的一实施例中，所述静平台和/或动平台为对称三叶平台呈三叶形状；其中，所述第一静平台安装组设于所述对称三叶平台静平台的静平台第一叶上，所述第二静平台安装组设于所述静平台对称三叶平台的静平台第二叶上，所述第三静平台安装组设于所静平台述对称三叶平台的静平台第三叶上；和/或，所述第一动平台安装组设于所述对称三叶平台动平台的动平台第一叶上，所述第二动平台安装组设于所述对称三叶平台动平台的动平台第二叶上，所述第三动平台安装组设于所述对称三叶平台动平台的动平台第三叶上。
13.于本实用新型的一实施例中，所述静平台第一叶、所述静平台第二叶以及所述静平台第三叶，分别与所述动平台第一叶、所述动平台第二叶以及所述动平台第三叶交错布置。
14.如上所述，本实用新型的六自由度平台，具有以下有益效果：本实用新型通过将运动支链两端分别与第一球铰安装部以及第二球铰安装部连接来实现将各运动支链斜置安装于所述静平台与所述动平台上，在保持平台结构尺寸不变的基础上，增大平台的工作空间，可以广泛的用于并联机构和机器人操作领域，并且较好地解决了现有技术所存在的问
题。
附图说明
15.图1显示为本实用新型一实施例中六自由度平台的结构示意图。
16.图2显示为本实用新型一实施例中六自由度平台的结构示意图。
17.图3显示为本实用新型一实施例中运动支链的结构示意图。
18.图4a显示为本实用新型一实施例中球铰链的侧视图。
19.图4b显示为本实用新型一实施例中球铰链的俯视图。
20.图5显示为本实用新型一实施例中连接点分布示意图。
21.图6显示为本实用新型一实施例中运动支链轴线斜置示意图。
具体实施方式
22.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
23.需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本实用新型的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本实用新型的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本实用新型的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本实用新型。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、
““
下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
24.在通篇说明书中，当说某部分与另一部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部分“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素，排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
25.再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
26.本实用新型提供一种六自由度平台，通过将运动支链两端分别与第一球铰安装部以及第二球铰安装部连接来实现将各运动支链斜置安装于所述静平台与所述动平台上，在保持平台结构尺寸不变的基础上，增大平台的工作空间，可以广泛的用于并联机构和机器人操作领域，并且较好地解决了现有技术所存在的问题。
27.下面以附图1为参考，针对本实用新型得实施例进行详细说明，以便本实用新型所述技术领域的技术人员能够容易地实施。本实用新型可以以多种不同形态体现，并不限于此处说明的实施例。
28.如图1所示，展示一实施例中六自由度平台的结构示意图，包括：静平台11、与所述静平台11平行放置的动平台12以及六个运动支链13；所述静平台11为六自由度平台与基座的连接单元，通过其底部的螺纹孔与外界连接；动平台12为六自由度平台的运动输出端，执行机构可以通过动平台12上的螺纹孔进行连接，实现空间六自由度的精密运动。其中，所述静平台11设有第一球铰安装部；所述动平台12设有第二球铰安装部；每个运动支链13的两端分别连接所述第一球铰安装部以及第二球铰安装部；其中，各运动支链13斜置安装于所述静平台11与所述动平台12之间。
29.可选的，所述第一球铰安装部以及第二球铰安装部的安装方式包括但不仅限于螺栓连接、销连接、键连接、铆接、焊接以及胶接等安装方式。
30.可选的，所述第一球铰安装部包括：沿所述静平台11径向依次设置的第一静平台球铰安装孔、第二静平台球铰安装孔、第三静平台球铰安装孔、第四静平台球铰安装孔、第五静平台球铰安装孔以及第六静平台球铰安装孔；所述第二球铰安装部包括：沿所述动平台12径向依次设置的第一动平台球铰安装孔、第二动平台球铰安装孔、第三动平台球铰安装孔、第四动平台球铰安装孔、第五动平台球铰安装孔以及第六动平台球铰安装孔。优选的，各动平台球铰安装孔以及各动平台球铰安装孔为螺纹安装孔。
31.可选的，所述静平台11和/或动平台12为对称三叶平台。具体的，所述各静平台球铰安装孔以及动平台安装孔分布于所述三叶平台上。优选的，所述三叶平台加工有一个中心通孔，中心通孔既能减少平台的重量，又能确保电机线不会与运动支链发生干涉。
32.下文，将结合多个说明书附图，来对六自由度平台的具体实现方式做进一步的说明。
33.如图2所示，展示了本实用新型一实施例中六自由度平台的结构示意图。
34.所述平台包括：
35.静平台，设有第一球铰安装部；其中，所述第一球铰安装部包括：第一静平台安装组，包括：第一静平台球铰安装孔211以及第二静平台球铰安装孔212；第二静平台安装组，包括：第三静平台球铰安装孔213以及第四静平台球铰安装孔214；第三静平台安装组，包括：第五静平台球铰安装孔215以及第六静平台球铰安装孔216。
36.动平台，设有第二球铰安装部；其中，所述第二球铰安装部包括：第一动平台安装组，包括：第一动平台球铰安装孔221以及第二动平台球铰安装孔222；第二动平台安装组，包括：第三动平台球铰安装孔223以及第四动平台球铰安装孔224；第三动平台安装组，包括：第五动平台球铰安装孔225以及第六动平台球铰安装孔226。
37.第一运动支链231、第二运动支链232、第三运动支链233、第四运动支链234、第五运动支链235以及第六运动支链236，且每个运动支链的两端分别连接所述第一球铰安装部以及第二球铰安装部；
38.其中，所述第一球铰安装部的各静平台安装组与所述第二球铰安装部的各动平台安装组交错布置；各运动支链斜置安装于所述静平台与所述动平台之间。
39.可选的，所述第一运动支链231其一端连接所述第一静平台球铰安装孔211，另一
端连接所述第六动平台球铰安装孔226；所述第二运动支链232其一端连接所述第二静平台球铰安装孔212，另一端连接所述第一动平台球铰安装孔221；所述第三运动支链233其一端连接所述第三静平台球铰安装孔213，另一端连接所述第二动平台球铰安装孔222；所述第四运动支链234其一端连接所述第四静平台球铰安装孔214，另一端连接所述第三动平台球铰安装孔223；所述第五运动支链235，其一端连接所述第五静平台球铰安装孔215，另一端连接所述第四动平台球铰安装孔224；所述第六运动支链236，其一端连接所述第六静平台球铰安装孔216，另一端连接所述第五动平台球铰安装孔225。
40.可选的，所述静平台和/或动平台呈三叶形状；其中，所述第一静平台安装组设于所述对称三叶平台静平台的静平台第一叶上，所述第二静平台安装组设于所述静平台对称三叶平台的静平台第二叶上，所述第三静平台安装组设于所静平台述对称三叶平台的静平台第三叶上；和/或，所述第一动平台安装组设于所述对称三叶平台动平台的动平台第一叶上，所述第二动平台安装组设于所述对称三叶平台动平台的动平台第二叶上，所述第三动平台安装组设于所述对称三叶平台动平台的动平台第三叶上。
41.在一实施例中，所述动平台第一叶交错处于所述静平台第一叶与静平台第一叶之间，所述动平台第二叶交错处于所述静平台第二叶与静平台第三叶之间，所述动平台第三叶交错处于所述静平台第三叶与静平台第一叶之间。
42.如图3所示，展示了本实用新型一实施例中各运动支链的结构示意图。
43.所述运动支链包括：
44.分别处于所述运动支链两端的与所述第一球铰安装部连接的静平台球铰链31以及与所述第二球铰安装部连接的动平台球铰链32；直线驱动组件，其两端分别与所述静平台球铰链 31以及动平台球铰链32相连。
45.优选的，所述静平台球铰链31以及动平台球铰链32通过螺钉分别与所述第一球铰安装部以及第二球铰安装部连接。
46.可选的，所述直线驱动组件包括：下连杆331、连接块332、连接板333、滚珠丝杠部件 334、同步带部件335、伺服电机部件336、衬套337、推杆338以及推杆连接件339；其中，所述下连杆331一端连接所述静平台球铰链31，另一端通过其外螺纹连接所述连接块332；所述连接块332、滚珠丝杠部件334以及与所述滚珠丝杠部件334连接的衬套337固定于所述连接板333上，所述同步带部件335通过紧定螺钉固定连接所述滚珠丝杠部件334，所述伺服电机部件336通过紧定螺钉固定于所述同步带部件335上；所述滚珠丝杠部件334内的推杆339从所述衬套337伸出，其伸出端通过连接所述推杆连接件339与所述动平台球铰链 32连接。
47.需要说明的是，所述滚珠丝杠部件334、同步带部件335和伺服电机部件336通过紧定螺钉固定连接，组成直线驱动机构；所述伺服电机部件336直接输出旋转运动，通过同步带部件335和滚珠丝杠部件334将伺服电机部件336的旋转运动转换成直线运动。所述衬套337 约束所述推杆339使其只能沿轴向运动，可实现推杆339高强度，高速度，高精度定位。
48.优选的，所述下连杆331一端与所述静平台球铰链31的球面内环通过轴孔过盈配合连接。
49.可选的，如图4a以及4b所示，所述静平台球铰链和/或动平台球铰链的结构包括：球铰链安装座41以及球铰球面42；所述球铰链安装座41的内圈和球铰球面42的外圈均为球面，其中，所述球铰链安装座的内圈与所述球铰球面的外圈构成滚动摩擦副。
50.优选的，所述球铰链安装座41与所述第一球铰安装部上的各静平台球铰安装孔和所述第二球铰安装部上的各动平台球铰安装孔通过螺栓固定连接，球铰球面42可相对球铰链安装座 41进行旋转摆动。
51.如图5所示，展示一实施例中运动支链的所述静平台球铰链以及动平台球铰链在动平台以及静平台上的连接点分布示意图，图中o点是静平台1和动平台2的中心投影点包括：
52.b1是第一运动支链底端的静平台球铰链与静平台固定连接的铰点，b2是第二运动支链底端的静平台球铰链与静平台固定连接的铰点，b3是第三运动支链底端的静平台球铰链与静平台固定连接的铰点，b4是第四运动支链底端的静平台球铰链与静平台固定连接的铰点，b5 是第五运动支链底端的静平台球铰链与静平台固定连接的铰点，b6是第一运动支链底端的静平台球铰链与静平台固定连接的铰点，a1是第二运动支链顶端的动平台球铰链与动平台固定连接的铰点，a2是第三运动支链顶端的动平台球铰链与动平台固定连接的铰点，a3是第四运动支链顶端的动平台球铰链与动平台固定连接的铰点，a4是第五运动支链顶端的动平台球铰链与动平台固定连接的铰点，a5是第六运动支链顶端的动平台球铰链与动平台固定连接的铰点，a6是第七运动支链顶端的动平台球铰链与动平台固定连接的铰点。
53.优选的，所述a1a2所对应的圆心角的一半角度数值为a，a的取值为9.40
°
，所述b1b2 所对应的圆心角的一半角度数值为b，b的取值为13.60
°
，使平台的空间布局对称。
54.可选的，当所述六自由度平台处于初始状态时，所述第一静平台球铰安装孔与所述第一动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第一运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同，所述第二静平台球铰安装孔与所述第二动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第二运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同，所述第三静平台球铰安装孔与所述第三动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第三运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同，所述第四静平台球铰安装孔与所述第四动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第四运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同，所述第五静平台球铰安装孔与所述第五动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第五运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同，所述第六静平台球铰安装孔与所述第六动平台球铰安装孔的轴线方向与所述第六运动支链两端的两个球铰链的中心连线方向相同。
55.可选的，如图6所示，所述静平台球铰安装孔61和动平台球铰安装孔62采用轴线斜置设计方式，在六自由度平台初始位置处，各运动支链63连接的静平台球铰安装孔61和动平台球铰安装孔62的轴线方向与各运动支链63两个球铰链的中心连线的方向一致。所述静平台球铰安装孔61和动平台球铰安装孔62的轴线斜置的姿态方向是依据静平台铰点所在圆周的半径、动平台铰点所在圆周的半径、动平台的铰点夹角a、静平台的铰点夹角b、球铰链的转角范围以及运动支链的初始长度确定的，合理设置球铰安装座孔的轴线可以以使动平台的工作空间最大化。各球铰安装座孔轴线的姿态方向是通过这些固定参数以及六自由度平台的工作空间生成算法不断优化迭代计算出的。
56.为了更好的解释所述六自由度平台，提供以下具体实施例。
57.实施例1：一种新型的六自由度平台。
58.所述平台包括：
59.静平台、动平台以及六个运动支链；
60.所述静平台以及动平台的形状呈三叶形，两者交错放置。所述静平台以及动平台分别加工有中心通孔，当六自由度平台处于初始位置时，所述动平台中心孔与所述静平台中心孔同轴。所述静平台的上端面沿圆周方向均布设置三组所述静平台球铰安装座孔，所述动平台的下端面沿圆周方向均布设置三组所述动平台球铰安装座孔，所述静平台上的三组静平台球铰安装座孔和动平台上的三组动平台球铰安装座孔交错布置；静平台的上端面通过所述静平台球铰安装座孔和六个运动支链的底端连接，动平台的下端面通过所述动平台球铰安装座孔和六个运动支链的顶端连接；所述静平台、动平台均加工有预留螺孔，以适应不同的实际应用。
61.每个运动支链两端通过两个球铰链分别与静平台上端面和动平台下端面连接。且所述运动支链包括两个球铰链和直线驱动组件，每个直线驱动组件两端通过球铰链分别通过螺钉与静平台和动平台连接。球铰链一共有十二个，有六个安装在静平台的上端面，其余六个安装在动平台的下端面，具体结构形式采用滚动式球铰链，即利用球铰链安装座的内圈和球铰球面的外圈组成滚动摩擦副，球铰球面可相对球铰链安装座进行旋转摆动。所述球铰链的转角范围为
±
30
°
，该结构形式的球铰链已有较成熟的产品，可以直接选用，其主要特点是精度高。另外，该结构球铰链比复合结构形式的球铰链的刚度更高。运动支链是六自由度平台的动力来源，位于整个平台的中间。
62.所述静平台球铰安装座孔和动平台球铰安装座孔的轴线均采用斜置设计方式设置，球铰链与静平台上的螺纹孔通过螺钉与静平台球铰安装座孔固定连接，球铰链与动平台上的螺纹孔通过螺钉与动平台球铰安装座孔固定连接。所述静平台球铰安装座孔和动平台球铰安装座孔的轴线斜置的姿态方向是依据静平台铰点所在圆周的半径、动平台铰点所在圆周的半径、动平台的铰点夹角a、静平台的铰点夹角b、球铰链转角范围以及运动支链的初始长度确定的，合理设置球铰安装座孔的轴线可以以使动平台的工作空间最大化。
63.综上所述，本技术的六自由度平台，通过将运动支链两端分别与第一球铰安装部以及第二球铰安装部连接来实现将各运动支链斜置安装于所述静平台与所述动平台上，在保持平台结构尺寸不变的基础上，增大平台的工作空间，可以广泛的用于并联机构和机器人操作领域，并且较好地解决了现有技术所存在的问题。所以，本技术有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
64.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。