[实用新型]无杆气缸驱动的平面三自由度并联机器人控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种平面三自由度并联机器人控制装置，尤其是一种无杆气缸驱动的平面三自由度并联机器人控制装置，属于平面三自由度并联机器人装置及控制研究领域。

背景技术

并联机器人主要指由并联机构组成的机器人或者由并联机构和串联机构共同组成的机器人，而并联机构是若干个自由度末端执行器与固定基座通过两条或两条以上的独立运动支链相连的机构。并联机器人则由两个平台和若干独立运动支链组成。两个平台即为动平台与静平台(也称定平台)，静平台固定在基座上或连接到另一台机器人的末端执行器上，动平台相对静平台运动。两平台之间由两条或两条以上的支链相连。它具有两个或两个以上自由度，且驱动器一般分布在与静平台相连的一端上(以并联方式驱动)。并联机器人具有大刚度、高精度、高承载能力等优点，主要应用在强刚度、精度高、运动速度快、动态特性好、操作灵巧、对工作空间要求不大的场合，如航空航天、制造装备、精密测量与精密定位领域。为了提高工业生产力、节约能源，现代机械不断地向轻量化、低能耗和高效率等方向发展，轻型、高速、高加速度、高精度的柔性并联机器人开始得到许多研究者和工程师的关注。在相似的系统中，由于不同的驱动方式具有各自的特点，影响着系统在安装位置、驱动速度、驱动功率、驱动平稳性、运动定位精度等方面的表现，因此针对不同的应用应设计不同的驱动方式来满足机器人的工作要求。

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。液压具有较大的功率重量比、结构简单紧凑、刚性好、可实现任意位置的开停、能在很大调整范围内实现无极调速等优点，但其油液容易泄漏造成环境污染、且油液粘度随温度而变化。电气驱动具有速度控制特性良好、可实现恒力矩、惯性低以及能量转换效率高等优点，但其控制复杂，线路设计较为复杂，并且难于实现无级调速或者实现无级调速成本较高。而气压驱动的优势在于气源方便、废气可直接排入大气不会造成污染、可实现无级变速、具有较好的缓冲作用等，同时无杆气缸没有活塞杆突出在外面，与普通气缸相比可以减少44％的空间，节省了很大的空间，使得整个机器也变得美观。故选用合适的无杆气缸同样可以满足机器人相应的工作要求。

因此，研究一种具有良好工作空间和运动轨迹的平面三自由度并联机器人控制装置具有重要研究意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种无杆气缸驱动的平面三自由度并联机器人控制装置，该装置通过合理设置无杆气缸的位置和刚性杆与无杆气缸的连接关系，可以使并联机器人在工作中保证运行的平稳性和一定的精度，以实现快速、准确、平稳的到达指定工作位置并实现反馈调节，同时采用双轴加速度传感器和单轴角速度陀螺仪采集动平台三个自由度的信息，测量精度高，可以获得动平台的动态特性，并能够通过气动控制回路调节无杆气缸从而对动平台进行控制，使并联机器人运动更准确。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

无杆气缸驱动的平面三自由度并联机器人控制装置，包括平面三自由度并联机器人本体和控制组件；

所述平面三自由度并联机器人本体包括动平台和三个并联驱动控制分支；所述动平台为三角盘，外形为等边三角形，动平台上设有双轴加速度传感器和单轴角速度陀螺仪；每个并联驱动控制分支包括无杆气缸、连接块和刚性杆，所述刚性杆的一端与连接块转动连接，另一端与动平台的一个边角处转动连接，所述连接块与无杆气缸上的滑块固定连接；所述无杆气缸由气动控制回路驱动，无杆气缸的一侧设有平行于无杆气缸的光栅尺位移传感器，所述光栅尺位移传感器的检测滑块与连接块固定连接；

所述控制组件分别与气动控制回路、双轴加速度传感器、单轴角速度陀螺仪和光栅尺位移传感器连接。

作为一种优选方案，所述气动控制回路包括气源、气动三联件和气动比例方向控制阀，所述气源通过气动三联件与气动比例方向控制阀连接，所述气动比例方向控制阀分别与无杆气缸的两个气腔连接；所述气动三联件由空气过滤器、气动减压阀和油雾分离器组装在一起，并带有一个压力表。

作为一种优选方案，所述控制组件包括计算机、运动控制器、脉冲计数电路、A/D数据采集卡和D/A转换卡，所述计算机通过运动控制器分别与脉冲计数电路、A/D数据采集卡和D/A转换卡连接，所述脉冲计数电路与光栅尺位移传感器连接，所述A/D数据采集卡分别与双轴加速度传感器、单轴角速度陀螺仪连接，所述D/A转换卡与气动比例方向控制阀连接；