CN102085657A - 一种并联可控机构式钻孔机器人机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联可控机构式钻孔机器人机构，包括回转平台、机架、动平台、带闭环子链的中心支链和可控调整支链。所述机架安装在回转平台上，回转平台可安装在各类行走装置或固定装置上，机架上安装有五台伺服电机。动平台背部有五个球副，动平台上的法兰盘用于安装钻枪、喷涂装置、焊枪等不同设备。本机构所有伺服电机均安装在机架上，机构运动惯量小、动力学性能好、拆装方便、扩展能力强，能满足高精度大载荷钻孔等多方面工作的要求。

Description

一种并联可控机构式钻孔机器人机构

技术领域

本发明涉及钻孔机器人领域，特别是一种并联可控机构式钻孔机器人机构。

背景技术

钻孔机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类智慧，也可以按照预先编排的程序执行。钻孔机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是精密加工等对精度要求高的作业，广泛应用于机械加工和生产装配等工序上，以及煤矿等障碍物多、环境条件恶劣的工作场所中。现有的钻孔机器人基本上都属于关节机器人，因其具有较大工作空间和较为灵活的动作得到了广泛应用。但这类传统开链式串联机器人机构因其自身结构的限制，电机都需要安装在连接处，会导致手臂重量大、刚性差、惯量大、关节误差累积、机构动力学性能较差等问题，难以满足高速高精度定位、多角度可调等钻孔作业要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种并联可控机构式钻孔机器人机构，解决传统开链式串联钻孔机器人机构的电机安装在其铰接处，导致手臂重量大、刚性差、惯量大、关节误差累积、机构动力学性能较差、负荷量较轻，难安装体积、重量较大的工作装置，难保证高速高精度定位、多角度可调钻孔作业要求等问题。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种并联可控机构式钻孔机器人机构，包括可控调整支链、带闭环子链的中心支链、回转平台、动平台和机架。其结构和连接方式为：

其中，所述机架安装在回转平台上。

第一可控调整支链由第一主动杆、第一连杆组成。第一主动杆一端通过第一转动副连接到机架上，另一端通过第一胡克铰与第一连杆连接。第一连杆另一端通过第一球面副与动平台连接。所述第一主动杆由第一伺服电机驱动。

第二可控调整支链由第二主动杆、第二连杆组成。第二主动杆一端通过第二转动副连接到机架上，另一端通过第二胡克铰与第二连杆连接。第二连杆另一端通过第二球面副与动平台连接。所述第二主动杆由第二伺服电机驱动。

第三可控调整支链由第三主动杆、第三连杆组成。第三主动杆一端通过第三转动副连接到机架上，另一端通过第三胡克铰与第三连杆连接。第三连杆另一端通过第三球面副与动平台连接。所述第三主动杆由第三伺服电机驱动。

第四可控调整支链由第四主动杆、第四连杆组成。第四主动杆一端通过第四转动副连接到机架上，另一端通过第四胡克铰与第四连杆连接。第四连杆另一端通过第四球面副与动平台连接。所述第四主动杆由第四伺服电机驱动。

所述带闭环子链的中心支链由第五主动杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆组成，第五主动杆一端通过第五转动副与机架连接，另一端通过第六转动副与第五连杆连接，第五连杆另一端通过第八转动副与第六连杆、第七连杆连接，第六连杆另一端通过第七转动副与机架连接，第七连杆另一端通过第五球面副与动平台连接。所述第五主动杆由第五伺服电机驱动。

所述动平台有法兰盘，动平台通过第一球面副、第二球面副、第三球面副、第四球面副、第五球面副分别与第一可控调整支链、第二可控调整支链、第三可控调整支链、第四可控调整支链、带闭环子链的中心支链连接。所述法兰盘上可安装钻枪、喷涂装置、焊枪等各种末端执行器。

所述机架上安装有第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、第五伺服电机，各伺服电机平行布置。机架安装在回转平台上，实现整个机器人机构在工作空间内灵活多变工作要求。

本发明的突出优点在于：

1，采用带闭环子链的并联结构形式，不仅具有传统并联机器人刚度重量比大，承载能力强、误差累积小等优点，而且比传统并联式机器人运动空间大，更灵活。

2，所有伺服电机均安装在机架上，机器人运动惯量小，动力学性能好，能较好满足各类高精度大载荷钻孔作业的需求。

附图说明

图1为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构的结构示意图。

图2为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构第一可控调整支链结构示意图。

图3为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构第二可控调整支链结构示意图。

图4为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构第三可控调整支链结构示意图。

图5为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构第四可控调整支链结构示意图。

图6为为本发明所并联可控机构式钻孔机器人机构中心支链机构示意图。

图7为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构伺服电机布置示意图。

图8为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构动平台球副布置示意图。

图9为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构动平台法兰盘结构示意图。

图10为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构安装在平台上的第一种工作状态示意图。

图11为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构安装在平台上的第二种工作状态示意图。

图12为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构安装在平台上的第三种工作状态示意图。

图13为本发明所述并联可控机构式钻孔机器人机构安装在平台上的第四种工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1、7、8和9，一种并联可控机构式钻孔机器人机构，包括一条带闭环子链的中心支链、四条可控调整支链、带法兰盘15的动平台13、机架2及回转平台1。所述机架2安装在回转平台1上，实现整个机器人机构在工作空间内的灵活多变的工作要求。

对照图1、2，所述第一可控调整支链由第一主动杆6、第一连杆10组成。第一主动杆6一端通过第一转动副3连接到机架2上，另一端通过第一胡克铰7与第一连杆10连接。第一连杆10另一端通过第一球面副12与动平台13连接。所述第一主动杆6由第一伺服电机34驱动。

对照图1、3，所述第二可控调整支链由第二主动杆23、第二连杆8组成。第二主动杆23一端通过第二转动副24连接到机架2上，另一端通过第二胡克铰22与第二连杆8连接。第二连杆8另一端通过第二球面副11与动平台13连接。所述第二主动杆23由第二伺服电机35驱动。

对照图1、4，所述第三可控调整支链由第三主动杆31、第三连杆20组成。第三主动杆31一端通过第三转动副33连接到机架2上，另一端通过第三胡克铰26与第三连杆20连接。第三连杆20另一端通过第三球面副16与动平台13连接。所述第三主动杆31由第三伺服电机36驱动。

对照图1、5，所述第四可控调整支链由第四主动杆28、第四连杆18组成。第四主动杆28一端通过第四转动副30连接到机架2上，另一端通过第四胡克铰25与第四连杆18连接。第四连杆18另一端通过第四球面副17与动平台13连接。所述第四主动杆28由第四伺服电机37驱动。

对照图1、6，所述带闭环子链的中心支链由第五主动杆29、第五连杆21、第六连杆5、第七连杆19组成，第五主动杆29一端通过第五转动副32与机架2连接，另一端通过第六转动副27与第五连杆21连接，第五连杆21另一端通过第八转动副9与第六连杆5、第七连杆19连接，第六连杆5另一端通过第七转动副4与机架2连接，第七连杆19另一端通过第五球面副14与动平台13连接。所述第五主动杆29由第五伺服电机38驱动。

对照图8、9，所述动平台13有法兰盘15，动平台13通过第一球面副12、第二球面副11、第三球面副16、第四球面副17、第五球面副14分别与第一可控调整支链、第二可控调整支链、第三可控调整支链、第四可控调整支链、带闭环子链的中心支链连接。所述法兰盘15上安装钻枪、喷涂装置、焊枪等各种末端执行器。

对照图7，所述机架2上安装有第一伺服电机34、第二伺服电机35、第三伺服电机36、第四伺服电机37、第五伺服电机38，各伺服电机平行布置。机架2安装在回转平台1上，实现整个机器人机构在工作空间内灵活多变的钻孔工作要求。

对照图10，所述空间并联可控机构式钻孔机器人机构的第一伺服电机34、第二伺服电机35、第三伺服电机36、第四伺服电机37、第五伺服电机38联合驱动，并配合回转平台1的转动，完成正前方低位钻孔任务。

对照图11，所述空间并联可控机构式钻孔机器人机构的第一伺服电机34、第二伺服电机35、第三伺服电机36、第四伺服电机37、第五伺服电机38联合驱动，并配合回转平台1的转动，完成右上方高位钻孔任务。

对照图12，所述空间并联可控机构式钻孔机器人机构的第一可控调整支链、第二可控调整支链、第三可控调整支链、第四可控调整支链的配合，完成动平台的姿态调整工作。

对照图13，所述空间并联可控机构式钻孔机器人机构的第一伺服电机34、第二伺服电机35、第三伺服电机36、第四伺服电机37、第五伺服电机38联合驱动，并配合回转平台1的转动，完成正前方远处钻孔任务。

Claims (1)

1.一种并联可控机构式钻孔机器人机构，基特征在于，该机构包括可控调整支链、带闭环子链的中心支链、回转平台、动平台和机架，其结构和连接方式为：

第一可控调整支链由第一主动杆、第一连杆组成，第一主动杆一端通过第一转动副连接到机架上，另一端通过第一胡克铰与第一连杆连接，第一连杆另一端通过第一球面副与动平台连接，所述第一主动杆由第一伺服电机驱动，

第二可控调整支链由第二主动杆、第二连杆组成，第二主动杆一端通过第二转动副连接到机架上，另一端通过第二胡克铰与第二连杆连接，第二连杆另一端通过第二球面副与动平台连接，所述第二主动杆由第二伺服电机驱动，

第三可控调整支链由第三主动杆、第三连杆组成，第三主动杆一端通过第三转动副连接到机架上，另一端通过第三胡克铰与第三连杆连接，第三连杆另一端通过第三球面副与动平台连接，所述第三主动杆由第三伺服电机驱动，

第四可控调整支链由第四主动杆、第四连杆组成，第四主动杆一端通过第四转动副连接到机架上，另一端通过第四胡克铰与第四连杆连接，第四连杆另一端通过第四球面副与动平台连接，所述第四主动杆由第四伺服电机驱动，

所述带闭环子链的中心支链由第五主动杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆组成，第五主动杆一端通过第五转动副与机架连接，另一端通过第六转动副与第五连杆连接，第五连杆另一端通过第八转动副与第六连杆、第七连杆连接，第六连杆另一端通过第七转动副与机架连接，第七连杆另一端通过第五球面副与动平台连接，所述第五主动杆由第五伺服电机驱动，

所述动平台有法兰盘，动平台通过第一球面副、第二球面副、第三球面副、第四球面副、第五球面副分别与第一可控调整支链、第二可控调整支链、第三可控调整支链、第四可控调整支链、带闭环子链的中心支链连接，

所述机架上安装有第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、第五伺服电机。

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