基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公布了一种基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置，该装置包括固定平台、动平台、三个并联驱动控制分支、气动单元、信号检测模块以及控制单元，每个并联驱动控制分支包括依次相连的摆动气缸、主动杆及从动杆，摆动气缸固定连接在固定平台上，且摆动气缸与气动单元连接，从动杆固定连接动平台；信号检测模块包括加速度传感器、角速度传感器以及角位移编码器，加速度传感器和角速度传感器均安装于所述动平台上，角位移编码器通过联轴器连接在所述摆动气缸底部；控制单元分别与气动单元和信号检测模块连接。本实用新型专利技术选择应用合适的摆动气缸及机械臂设计使其达到自身相应的最优工作空间和工作轨迹，并且能够实现自身运动的反馈控制。

Parallel three degree of freedom mechanism based on oscillating cylinder drive

The utility model discloses a device for parallel swing cylinder driving mechanism based on three degrees of freedom, which comprises a fixed platform and moving platform, three parallel drive control branch, pneumatic unit, signal detection module and a control unit, drive control branch includes an oscillating cylinder, connected driving rod and a driven rod of each parallel. The swing cylinder is fixedly connected with the fixed platform, and the rotary cylinder and pneumatic driven unit connection rod is fixedly connected with the moving platform; signal detection module comprises an acceleration sensor, angular velocity sensor and angular displacement encoding device, acceleration sensor and angular velocity sensor are arranged on the moving platform, angular displacement encoder is connected at the bottom of the by coupling the swing cylinder; the control unit is respectively connected with the pneumatic unit and the signal detection module. The utility model selects an appropriate swing cylinder and a mechanical arm to design the corresponding optimal working space and the working path, and can realize the feedback control of the self motion.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及平面三自由度并联机器人装置及控制研究领域，特别涉及一种基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置。
技术介绍
并联机器人的末端动平台可以实现高速运动、精确定位、承载大质量负载。选择并联机器人作为精密定位平台，实现高速、高精度、高效率定位。目前并联机器人的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动、电气驱动和新型驱动装置等。采用伺服电机驱动，一般需要减速器，会带来间隙和摩擦等非线性现象，并且随着减速器精度的提高，成本会大大增加。并且，采用伺服电机驱动，如发生末端负载瞬时过大或者末端瞬间卡死意外，会导致电机的瞬时电流过大，进一步导致烧毁电机。另外，电机驱动还具有一些缺点，主要表现在柔性和退让性相对不足。相比之下，气动驱动具有结构简单、轻便、价格相对低廉、安装维护简单、无污染、高速高效等优点，同时，本申请更具有负载较小、所需气动压力较小、使用气动即可满足驱动转矩要求等优点。而且，与伺服电机驱动相比，在气动控制摆动气缸时不需要减速器。这样，气动驱动既降低了成本，又不会因为传动间隙等影响精度的因素。而气压驱动的优势还在于气源方便、废气可直接排入大气且不会造成污染、可实现无级变速、具有较好的缓冲作用等，既节省了很大的空间，也使得整个机器也变得美观。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本技术提供一种基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置，通过设计双刚性臂连接带动三角盘运动的结构设计，研究纯刚性的驱动臂对于整个机构运行的影响；与此同时，选择应用合适的摆动气缸及机械臂设计使其达到自身相应的最优工作空间和工作轨迹，并且能够实现自身运动的反馈控制。为解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：一种基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置，包括：固定平台、动平台、三个并联驱动控制分支、气动单元、信号检测模块以及控制单元，其中：每个并联驱动控制分支包括依次相连的摆动气缸、主动杆以及从动杆，所述摆动气缸固定连接在所述固定平台上，且所述摆动气缸与所述气动单元连接，所述从动杆固定连接所述动平台；所述信号检测模块包括加速度传感器、角速度传感器以及角位移编码器，所述加速度传感器和角速度传感器均安装于所述动平台上，所述加速度传感器用于测量所述动平台在水平面沿x轴以及y轴的两个垂直方向上的加速度信号，所述角速度传感器用于测量所述动平台的旋转角速度信号，所述角位移编码器通过联轴器连接在所述摆动气缸底部，用于检测检测摆动气缸转轴的运动角位移信号；所述控制单元分别与气动单元和信号检测模块连接。进一步地，所述动平台为正三角形动平台，所述每个并联驱动控制分支分别通过转轴固定连接所述正三角形动平台的每个顶角。进一步地，所述摆动气缸通过螺纹固定连接在所述固定平台上,所述主动杆通过转动法兰连接盘与所述摆动气缸固定相连，所述主动杆通过转轴与所述从动杆相连，所述从动杆通过转轴与所述动平台固定连接。进一步地，所述三个并联驱动控制分支的结构一致，每个并联驱动控制分支的主动杆和从动杆的尺寸相同且均为刚性材质。进一步地，所述气动单元包括依次相连的气泵、气动三联件以及气动比例方向控制阀，所述气动比例方向控制阀与所述摆动气缸连接。进一步地，所述气动比例方向控制阀包括两个输出端，所述摆动气缸包括两个气腔，所述各个输出端分别对应连接所述各个气腔。进一步地，所述装置还包括控制单元，所述控制单元包括计算机和运动控制器，所述运动控制器插入到所述计算机的PCI插槽中，所述运动控制器通过接线端子连接所述信号检测模块。进一步地，所述运动控制器包括D/A转换卡、A/D转换卡、积分编码和计数卡。采用上述技术方案后，本技术至少具有如下有益效果：(1)本技术采用双刚性机械臂(刚性的主动杆和从动杆)，系统的质量大、结构简单、刚性高，对比双柔性机械臂或柔性-刚性结合系统具有系统刚性大、力矩传递稳定和柔性变形对运动轨迹影响小等优点，同时由于高刚性和低变形等优点，力矩传递损耗更小，运动参数采集更加准确。(2)本技术采用气动控制回路，使之系统具有结构相对简单、效率较高、污染小的优点。(3)本技术的摆动气缸气动回路，采用气动比例阀进行控制，而气动回路结构简单，控制精度高，且摆动气缸具有摆动迅速，角度选择大等优势。(4)本技术采用单一驱动元件，即仅通过三个拥有相同气动回路的摆动气缸输入力矩，控制回路较为简单，三者同时控制，可以避免多回路干涉，提高控制精度，降低控制难度。(5)本技术的加速度传感器以及角速度传感器，用以检测动平台三个自由度的信号，对动平台的动态特性分析和反馈控制提供较好的测量手段。附图说明图1是本技术基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置的总体结构示意图。图2是本技术基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置的机械示意结构图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。如图1、图2所示，本技术提供一种基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置，包括固定平台、动平台4、三个并联驱动控制分支、气动单元、信号检测模块以及控制单元，图1中隐藏了固定平台的结构，目的在于更加清晰地描述装置的控制单元，图2中将固定平台详细地表达了出来，图1中的虚线连接表示电信号与控制单元的连接，实线连接表示气动单元连接，控制单元包括计算机8和运动控制器，运动控制器插入到所述计算机8的PCI插槽中，运动控制器通过接线端子连接信号检测模块，动平台4为正三角形动平台，每个并联驱动控制分支分别通过转轴固定连接正三角形动平台4的每个顶角。运动控制器也包括D/A转换卡9、A/D转换卡6、积分编码和计数卡7。其中，每个并联驱动控制分支包括依次相连的摆动气缸14、主动杆4以及从动杆5，且三个并联驱动控制分支的结构一致，每个并联驱动控制分支的主动杆1和从动杆5的尺寸相同且均为刚性材质，摆动气缸14通过螺纹固定连接在固定平台上，且摆动气缸14与气动单元连接，主动杆1通过转动法兰连接盘与摆动气缸14固定相连，主动杆1通过转轴与从动杆5相连，从动杆5通过转轴与动平台4固定连接；信号检测模块包括加速度传感器3、角速度传感器2以及角位移编码器15，加速度传感器3和角速度传感器2均安装于动平台上，加速度传感器3用于测量动平台在水平面沿x轴以及y轴的两个垂直方向上的加速度信号，角速度传感器2用于测量动平台的旋转角速度信号，角位移编码器15通过联轴器连接在所述摆动气缸14底部，用于检测检测摆动气缸14转轴的运动角位移信号。另外，气动单元包括依次相连的气泵10、气动三联件11以及气动比例方向控制阀12，气动比例方向控制阀12与摆动气缸14连接。更详细地，气动比例方向控制阀12包括两个输出端，摆动气缸14包括两个气腔，各个输出端分别对应连接各个气腔。固定平台由若干长度不一的铝型材和基板组成。并联驱动控制分支有三个分支，现在就介绍一个分支，其它两个分支类似。如图所示，刚性主动杆1一端通过法兰连接摆动气缸14通过法兰连接盘13与摆动气缸14相连，另一端通过转轴与刚性从动杆5相连，负责将摆动气缸的输出转矩和输出角位移传递给动平台4。动平台4上放置加速度传感器3用以检测平面方向上的加速度以及角速度传感器2用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置，其特征在于，包括：固定平台、动平台、三个并联驱动控制分支、气动单元、信号检测模块以及控制单元，其中：每个并联驱动控制分支包括依次相连的摆动气缸、主动杆以及从动杆，所述摆动气缸固定连接在所述固定平台上，且所述摆动气缸与所述气动单元连接，所述从动杆固定连接所述动平台；所述信号检测模块包括加速度传感器、角速度传感器以及角位移编码器，所述加速度传感器和角速度传感器均安装于所述动平台上，所述加速度传感器用于测量所述动平台在水平面沿x轴以及y轴的两个垂直方向上的加速度信号，所述角速度传感器用于测量所述动平台的旋转角速度信号，所述角位移编码器通过联轴器连接在所述摆动气缸底部，用于检测检测摆动气缸转轴的运动角位移信号；所述控制单元分别与气动单元和信号检测模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置，其特征在于，包括：固定平台、动平台、三个并联驱动控制分支、气动单元、信号检测模块以及控制单元，其中：每个并联驱动控制分支包括依次相连的摆动气缸、主动杆以及从动杆，所述摆动气缸固定连接在所述固定平台上，且所述摆动气缸与所述气动单元连接，所述从动杆固定连接所述动平台；所述信号检测模块包括加速度传感器、角速度传感器以及角位移编码器，所述加速度传感器和角速度传感器均安装于所述动平台上，所述加速度传感器用于测量所述动平台在水平面沿x轴以及y轴的两个垂直方向上的加速度信号，所述角速度传感器用于测量所述动平台的旋转角速度信号，所述角位移编码器通过联轴器连接在所述摆动气缸底部，用于检测检测摆动气缸转轴的运动角位移信号；所述控制单元分别与气动单元和信号检测模块连接。2.根据权利要求1所述的基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置，其特征在于，所述动平台为正三角形动平台，所述每个并联驱动控制分支分别通过转轴固定连接所述正三角形动平台的每个顶角。3.根据权利要求1所述的基于摆动气缸驱动的并联三自由度机构装置，其特征在于，所述摆动气缸通过螺纹固定连接在所述固定平台上，所述主动杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，刘飞越，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44