一种高精度三自由度机械臂制造技术

一种高精度三自由度机械臂，其包括基座、偏航轴、两偏航轴伺服电机、两俯仰轴、两俯仰轴伺服电机、旋转轴支架、旋转轴和旋转轴伺服电机，偏航轴轴线垂直地设于基座上，其上部设有两相对的支撑柱，两偏航轴伺服电机同时连接且驱动偏航轴，两俯仰轴水平同轴地分别设于偏航轴的两支撑柱上，两俯仰轴伺服电机分别连接且驱动该两俯仰轴，旋转轴支架包括一轴套和两支撑臂，该两支撑臂对称地固定在轴套的两侧，两俯仰轴对称地分别固定在该两支撑臂上且其轴线与该轴套的轴线相垂直，旋转轴设置于旋转轴支架的轴套内，旋转轴伺服电机连接且驱动该旋转轴。本实用新型专利技术具有重复定位精度高、承载能力大、铺放速度快的优点，可用于复合材料自动铺放设备上。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种机械手构件，具体地说涉及一种用于复合材料铺放设备中控制铺放头的高精度三自由度机械臂。
技术介绍
复合材料制造出的构件由于具有质量轻、防腐蚀、抗疲劳损伤性能好、机械加工少等一系列优点，受到了航空航天工业的青睐。作为复合材料通用制造技术之一的复合材料纤维铺放，不仅对提高生产效率、降低成本，而且对保证大型复合材料构件的质量都至关重要。目前，国内复合材料构件制造过程中，复合材料纤维铺放还以手工铺放、真空热压罐成型为主，而手工铺放的不仅质量稳定性差、可靠性低，而且材料利用率低、制造周期长，不能保证复杂构件的精度要求。为了改进材料纤维铺放的人工操作，对生产用大型复合材料自动铺放设备的研制国内刚刚起步，大型铺丝机对精度和可靠性的要求较高。现有用于自动铺丝机或自动铺带机中的机械臂普遍存在承载较轻、精度低的缺点，导致复合材料铺放的精度较低。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服当前复合材料铺放设备中机械臂承载较轻、精度较低的缺点，提供一种高精度三自由度机械臂，其通过双伺服电机驱动，达到一方面减小传动误差，另一方面提高传动扭矩的效果。本技术解决其技术问题所采取的技术方案如下一种高精度三自由度机械臂，其包括基座、偏航轴、两偏航轴伺服电机、两俯仰轴、 两俯仰轴伺服电机、旋转轴支架、旋转轴和旋转轴伺服电机，所述偏航轴轴线垂直地设于所述基座上，该偏航轴上部设有两相对的支撑柱，所述两偏航轴伺服电机同时连接且驱动所述偏航轴，所述两俯仰轴水平同轴地分别设于所述偏航轴的两支撑柱上，所述两俯仰轴伺服电机分别连接且驱动该两俯仰轴，所述旋转轴支架包括一轴套和两支撑臂，该两支撑臂对称地固定在所述轴套的两侧，所述两俯仰轴对称地分别固定在该两支撑臂上且其轴线与该轴套的轴线相垂直，所述旋转轴设置于所述旋转轴支架的轴套内，所述旋转轴伺服电机连接且驱动该旋转轴。本技术所述高精度三自由度机械臂的所述偏航轴下端部安装有偏航轴从动齿轮，所述两偏航轴伺服电机各自连接一偏航轴减速机，该偏航轴减速机固定于所述基座上且其端部各自连接一偏航轴主动齿轮，该两偏航轴主动齿轮同时与所述偏航轴从动齿轮相啮合；所述两俯仰轴伺服电机各自连接一角形减速机，该两角形减速机分别固定于所述偏航轴的两支撑柱上且各自连接一俯仰轴；所述旋转轴伺服电机连接一旋转轴减速机，该旋转轴减速机固定于所述旋转轴支架的上部且端部连接一旋转轴主动齿轮，所述旋转轴端部与旋转轴同轴地设有旋转轴从动齿轮，该旋转轴从动齿轮与所述旋转轴动主齿轮相啮I=I O3与现有用于自动铺丝机或自动铺带机中的机械臂相比较，本技术在偏航轴和俯仰轴的旋转运动上均采用了双伺服电机驱动的结构，因此，一方面大大减小了齿轮传动的回程误差，重复定位精度达到了士 0.02°之内，从而提高了复合材料铺放的相对精度，另一方面增加了输入功率，提高了机械臂的承载能力，此外减速机的减速比大大减小，增大了机械臂的运动速度，从而提高了铺放速度。附图说明图1为本技术的结构立体图。图2为本技术的结构剖视图。图3为偏航轴伺服电机布置示意图。图4为偏航轴驱动结构图。图中，1基座，2偏航轴，3旋转轴支架，4法兰，5旋转轴伺服电机，6旋转轴减速机，7旋转轴主动齿轮，8旋转轴，9角形减速机，10俯仰轴伺服电机，11偏航轴伺服电机，12偏航轴减速机，13俯仰轴，14偏航轴从动齿轮，15偏航轴主动齿轮，16减速机支架，17旋转轴从动齿轮。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步的详细说明。首先请参阅图1本技术的结构立体图，图示高精度三自由度机械臂用于复合材料铺放设备上，以控制铺放头进行复合材料铺放。所述高精度三自由度机械臂包括基座 1、偏航轴2、两偏航轴伺服电机11、两俯仰轴13、两俯仰轴伺服电机10、旋转轴支架3、旋转轴8和旋转轴伺服电机5。所述基座1位于最下侧，所述偏航轴2设于该基座1上，其轴线与水平面垂直。所述偏航轴2下部为中空的圆筒，上部设有两相对的支撑柱，请参阅图4，该偏航轴2的下端部安装有偏航轴从动齿轮14，该偏航轴从动齿轮14与偏航轴2同轴。再请参阅图3，所述两偏航轴伺服电机11通过螺钉各自连接固定在一偏航轴减速机12的输入端上(见图1)， 该偏航轴减速机12固定于所述基座1，并且该两偏航轴减速机12的输出端部各自采用无键方式连接一偏航轴主动齿轮15(见图4)，该两偏航轴主动齿轮15同时与所述偏航轴从动齿轮14相啮合，偏航轴减速机12的输出轴与偏航轴主动齿轮15连接，即采用两个偏航轴主动齿轮15带动一个偏航轴从动齿轮14，从而使两偏航轴伺服电机12同时与所述偏航轴2连接，并且驱动所述偏航轴2绕垂直轴旋转，即实现了偏航轴2的双伺服电机驱动，从而大大减小了齿轮传动回程误差，提高了回转精度，同时可获得较大的驱动扭矩，实现重载荷、高精度。该偏航轴2的行程为士90°。请参阅图2，所述旋转轴支架3包括一轴套和两支撑臂，该两支撑臂对称地固定在所述轴套的两侧；所述两俯仰轴13通过螺钉对称地分别固定在该两支撑臂上，并且水平地分别设于所述偏航轴2上部的两支撑柱上，该两俯仰轴13位于同一轴线上，并且它们的轴线与该轴套的轴线相垂直。所述两俯仰轴伺服电机10各自连接一角形减速机9，该两角形减速机9分别固定于所述偏航轴2的两支撑柱上，并且该两角形减速机9的输出轴各自通过胀紧套连接一俯仰轴13，从而所述两俯仰轴伺服电机10分别连接且同步驱动该两俯仰轴13绕水平轴旋转，该俯仰轴13的回转行程为士30°。所述旋转轴8设置于所述旋转轴支架3的轴套内，该旋转轴8前端装有法兰4，其另一端端部设有旋转轴从动齿轮17，该旋转轴从动齿轮17与旋转轴8同轴线(见图1)。所述旋转轴伺服电机5连接一旋转轴减速机6，该旋转轴减速机6固定于所述旋转轴支架3上部的减速机支架16上，并且其端部连接一旋转轴主动齿轮7，所述旋转轴从动齿轮17与所述旋转轴动主齿轮7相啮合。从而所述旋转轴伺服电机5与该旋转轴8连接，并且驱动该旋转轴8旋转，该旋转轴8的行程为士 360°。本技术所述高精度三自由度机械臂工作时，各自由度运动的传动路线为一、 两偏航轴伺服电机12驱动偏航轴减速机12，该偏航轴减速机12带动偏航轴主动齿轮15， 以上传动设有完全相同的两套，最后两个偏航轴主动齿轮15带动同一个偏航轴从动齿轮 14，从而使偏航轴2回转；二、两偏航轴伺服电机12各自带动一角形减速机9，从而带动俯仰轴13回转；三、旋转轴伺服电机5驱动旋转轴减速机6，再通过齿轮传动带动旋转轴8。 三个轴的运动通过数控系统控制各伺服电机来实现，由于伺服电机采用失电自动保护，具有刹车功能，因此当意外断电时可以保证铺丝头位置不变。本技术具有重复定位精度高、承载能力大、速度快的优点，能够大幅提高复合材料的铺放速度和铺放精度，具有良好的经济效益。权利要求1.一种高精度三自由度机械臂，其特征在于，所述机械臂包括基座、偏航轴、两偏航轴伺服电机、两俯仰轴、两俯仰轴伺服电机、旋转轴支架、旋转轴和旋转轴伺服电机，所述偏航轴轴线垂直地设于所述基座上，该偏航轴上部设有两相对的支撑柱，所述两偏航轴伺服电机同时连接且驱动所述偏航轴，所述两俯仰轴水平同轴地分别设于所述偏航轴的两支撑柱上，所述两俯仰轴伺服电机分别连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高精度三自由度机械臂，其特征在于，所述机械臂包括基座、偏航轴、两偏航轴伺服电机、两俯仰轴、两俯仰轴伺服电机、旋转轴支架、旋转轴和旋转轴伺服电机，所述偏航轴轴线垂直地设于所述基座上，该偏航轴上部设有两相对的支撑柱，所述两偏航轴伺服电机且其轴线与该轴套的轴线相垂直，所述旋转轴设置于所述旋转轴支架的轴套内，所述旋转轴伺服电机连接且驱动该旋转轴。同时连接且驱动所述偏航轴，所述两俯仰轴水平同轴地分别设于所述偏航轴的两支撑柱上，所述两俯仰轴伺服电机分别连接且驱动该两俯仰轴，所述旋转轴支架包括一轴套和两支撑臂，该两支撑臂对称地固定在所述轴套的两侧，所述两俯仰轴对称地分别固定在该两支撑臂上

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑亮昌，张金刚，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：实用新型
国别省市：31