CN104476051A - 一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人，包括移动平台，机身，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆及第五连杆构成的两个并联闭环子链，机身、第一连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆及末端执行器构成的一个串联执行机构子链。所述并联闭环子链可控制第一连杆在并联闭环子链的所在平面内运动，第一连杆、机身和可移动平台的运动可实现动平台的空间运动。本发明含有对称机构式的闭环子链，其性能比一般的并联机构更加优越，具有工作空间大、刚度高、承载能力强、惯量小和末端执行器精度高等优点，并通过移动平台使机器人拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，在代替人从事危险、恶劣环境下作业和人所不及的环境作业方面，有更大的机动性、灵活性，能作用于更多的场合。

Description

一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人

【技术领域】

本发明涉及机器人领域，尤指一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人。

【背景技术】

移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。

传统的串联机器人具有结构简单、成本低、工作空间大等优点，相对而言串联机器人刚度低，不能应用于高速，大承载的场合。

并联机器人和串联机器人相比较，具有无累积误差、精度较高、结构紧凑、承载能力大、刚度高且末端执行器惯性小等特点，驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好。但是并联机器人的明显缺点是工作空间小和结构复杂，工程上现有的带有局部闭链的操作机如MOTOMAN-K10并没有解决工业机器人存在的问题。

本技术方案的机器人设有对称结构的闭环子链故性能比一般的并联机构更加优越，具有工作空间大、刚度高、承载能力强、惯量小和末端执行器精度高等优点，能应用在焊接、喷涂、搬运、装卸、装配、码垛等复杂作业中，有效的的提高劳动效率，在产品质量和稳定性方面有很大提高；采用圆柱坐标型和关节坐标型的机械手能有效而快捷的对末端机构进行控制，并且这种机构结构刚度好、机械传动精度高、工作空间大、机械传动损耗小、无累积误差能输出较大的动力，具有有良好的控制功能；此含并联闭环子链的机器人采用间接驱动方式，还能有效的减小驱动关节所需要的力矩。

【发明内容】

针对背景技术所述面临的种种问题，本发明的目的在于提供一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人。

为达到上述目的，本发明一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人所采用的技术方案是：一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人，包括移动平台、机身、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、末端执行器；第一连杆具有第一连接端、与第一连接端相对的第二连接端、以及位于第一连接端下方的第三连接端；机身下端通过第一转动副连接在移动平台上，上端通过第二转动副与第一连杆的第三连接端相连；第二连杆中部通过第三转动副与第一连杆的第一连接端相连，第三连杆中部通过第四转动副与第一连杆的第二连接端相连接；第四连杆一端在第一连杆一侧通过第五转动副与第二连杆一端相连，另一端通过第六转动副与第三连杆一端相连；第五连杆一端在第一连杆相对第四连杆另一侧通过第七转动副与第二连杆另一端相连，另一端通过第八转动副与第三连杆另一端相连；第三连杆中部侧向延伸设置有连接部，该连接部与第六连杆一端形成刚性连接；第七连杆一端通过第九转动副与第六连杆另一端相连，另一端通过第十转动副与第八连杆一端相连接；第八连杆另一端通过第十一转动副与末端执行器相连；第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆及第五连杆构成两个并联闭环子链，机身、第一连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆及末端执行器构成一个串联的执行机构子链，所述第一转动副垂直于可移动平台，第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副、第八转动副旋转轴线相互平行。

进一步地，第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第九转动副、第十转动副及第十一转动副上分别安装有驱动电机。

进一步地，第二连杆两端在第三转动副处相交形成大于90度的夹角；第三连杆两端在第四转动副处相交形成大于90度的夹角。

进一步地，机身包括圆形座体及连接在圆形座体上的两支架，所述第一连杆的第三连接端位于两支架之间。

进一步地，所述第六连杆为中空圆柱体，并套设在第三连杆的连接部及第七连杆外。

进一步地，移动平台通过安装在其底部的车轮移动。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过设置移动平台，使机器人拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，在代替人从事危险、恶劣环境下作业和人所不及的环境作业方面，有更大的机动性、灵活性，能作用于更多的场合；

2.本发明由第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆及第五连杆组成两个并联闭环子链，提高了机器人机构的刚度，并且并联闭环子链的设计大大提高了机器人的工作空间，可以避免机器人的死点位置，并且可以使机器材人更好的保持平衡，可以使机器人机构承受更大的力和力矩；

3.与传统机器人将电机安装在每个连杆与连杆之间的关节处相比，本发明的电机安装在第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第九转动副、第十转动副及第十一转动副上，从而降低了整个机构的重心，还可以安装功率较大的电机在机器人上，使末端执行器可以适应在焊接、喷涂、搬运、装卸、装配、码垛等复杂作业中；

4.本发明通过电机驱动闭环子链运动，从而间接驱动第六连杆，使末端执行器的活动度和活动空间更大，能减小能动力矩；

5.在相同功率下，本发明机构的工作效率优于同类型的机器人机构；

6.本发明通过各连杆构成的子链控制末端执行器，能使精度更高。

为便于贵审查委员能对本发明的目的、形状、构造、特征及其功效皆能有进一步的认识与了解，并结合实施例作详细说明。

【附图说明】

图1为本发明第一结构示意图；

图2为本发明可移动平台结构示意图；

图3为本发明机身结构示意图；

图4为本发明第一连杆示意图；

图5为本发明第二连杆示意图；

图6为本发明第三连杆示意图；

图7为本发明第七连杆示意图；

图8为本发明第八连杆示意图；

图9为本发明工作示意图。

具体实施方式的附图标号说明：

移动平台1                 机身2                     第一连杆3

第二连杆4                 第三连杆5                 第四连杆6

第五连杆7                 第六连杆8                 第七连杆9

第八连杆10                末端执行器11              第一转动副17

第二转动副18              第三转动副19              第四转动副20

连接部21                  第五转动副13              第六转动副14

第七转动副12              第八转动副15              第九转动副22

第十转动副16              第十一转动副23

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人作进一步说明。

请参阅图1至图9，为本发明一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人，其包括移动平台1、机身2、第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第四连杆6、第五连杆7、第六连杆8、第七连杆、第八连杆10、末端执行器11。

移动平台1通过安装在其底部的车轮移动。

第一连杆3具有第一连接端、与第一连接端相对的第二连接端、以及位于第一连接端下方的第三连接端。

机身2包括圆形座体及连接在圆形座体上的两支架。机身2下端的圆形座体通过第一转动副17连接在移动平台1上，上端通过第二转动副18与第一连杆3的第三连接端相连，且第三连接端位于两支架之间。

第二连杆4两端的相交线形成大于90度的夹角；第三连杆5两端的相交线形成大于90度的夹角。

第二连杆4中部通过第三转动副19与第一连杆3的第一连接端相连，第三连杆5中部通过第四转动副20与第一连杆3的第二连接端相连接。

第四连杆6一端在第一连杆3一侧通过第五转动副13与第二连杆4一端相连，另一端通过第六转动副14与第三连杆5一端相连；第五连杆7一端在第一连杆3相对第四连杆6另一侧通过第七转动副12与第二连杆4另一端相连，另一端通过第八转动副15与第三连杆5另一端相连。

第三连杆5中部侧向延伸设置有连接部21，该连接部21与第六连杆8一端形成刚性连接。

第七连杆一端通过第九转动副22与第六连杆8另一端相连，另一端通过第十转动副16与第八连杆10一端相连接。

第八连杆10另一端通过第十一转动副23与末端执行器11相连。

其中，第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第四连杆6及第五连杆7构成两个并联闭环子链，机身2、第一连杆3、第六连杆8、第七连杆9、第八连杆10及末端执行器11构成一个串联的执行机构子链，所述第一转动副17垂直于可移动平台1，第二转动副18、第三转动副19、第四转动副20、第五转动副13、第六转动副14、第七转动副12、第八转动副15旋转轴线相互平行。

第一转动副17、第二转动副18、第三转动副19、第四转动副20、第九转动副22、第十转动副16及第十一转动副23上分别安装有驱动电机，第一转动副17上的驱动电机用以驱动机身2运动，第二转动副18上的驱动电机用以驱动第一连杆3运动，第三转动副19上的驱动电机用以驱动第二连杆4运动，第四转动副20上的驱动电机用以驱动第三连杆5运动，第九转动副22上的驱动电机用以驱动第七连杆9运动，第十转动副16上的驱动电机用以驱动第八连杆10运动，第十一转动副23上的驱动电机用以驱动末端执行器11运动。

工作时，机身2通过第一转动副17驱动，第一连杆3通过第二转动副18驱动，第二连杆4通过第三转动副19驱动，第三连杆5通过第四转动副20驱动，第七连杆通过第九转动副22驱动，第八连杆10通过第十转动副16驱动，末端执行器11通过第十一转动副23驱动，使移动平台1、机身2和第一连杆3在所在平面内的运动可实现末端执行器11的空间运动。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过设置移动平台，使机器人拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，在代替人从事危险、恶劣环境下作业和人所不及的环境作业方面，有更大的机动性、灵活性，能作用于更多的场合；

2.本发明由第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆及第五连杆组成两个并联闭环子链，提高了机器人机构的刚度，并且并联闭环子链的设计大大提高了机器人的工作空间，可以避免机器人的死点位置，并且可以使机器材人更好的保持平衡，可以使机器人机构承受更大的力和力矩；

3.与传统机器人将电机安装在每个连杆与连杆之间的关节处相比，本发明的电机安装在第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第九转动副、第十转动副及第十一转动副上，从而降低了整个机构的重心，还可以安装功率较大的电机在机器人上，使末端执行器可以适应在焊接、喷涂、搬运、装卸、装配、码垛等复杂作业中；

4.本发明通过电机驱动闭环子链运动，从而间接驱动第六连杆，使末端执行器的活动度和活动空间更大，能减小能动力矩；

5.在相同功率下，本发明机构的工作效率优于同类型的机器人机构；

6.本发明通过各连杆构成的子链控制末端执行器，能使精度更高。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (6)

1.一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人，其特征在于：包括移动平台、机身、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、末端执行器；

第一连杆具有第一连接端、与第一连接端相对的第二连接端、以及位于第一连接端下方的第三连接端；机身下端通过第一转动副连接在移动平台上，上端通过第二转动副与第一连杆的第三连接端相连；第二连杆中部通过第三转动副与第一连杆的第一连接端相连，第三连杆中部通过第四转动副与第一连杆的第二连接端相连接；第四连杆一端在第一连杆一侧通过第五转动副与第二连杆一端相连，另一端通过第六转动副与第三连杆一端相连；第五连杆一端在第一连杆相对第四连杆另一侧通过第七转动副与第二连杆另一端相连，另一端通过第八转动副与第三连杆另一端相连；第三连杆中部侧向延伸设置有连接部，该连接部与第六连杆一端形成刚性连接；第七连杆一端通过第九转动副与第六连杆另一端相连，另一端通过第十转动副与第八连杆一端相连接；第八连杆另一端通过第十一转动副与末端执行器相连；

第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆及第五连杆构成两个并联闭环子链，机身、第一连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆及末端执行器构成一个串联的执行机构子链，所述第一转动副垂直于可移动平台，第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副、第八转动副旋转轴线相互平行。

2.如权利要求1所述的一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人，其特征在于：第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第九转动副、第十转动副及第十一转动副上分别安装有驱动电机。

3.如权利要求1所述的一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人，其特征在于：第二连杆两端在第三转动副处相交形成大于90度的夹角；第三连杆两端在第四转动副处相交形成大于90度的夹角。

4.如权利要求1所述的一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人，其特征在于：机身包括圆形座体及连接在圆形座体上的两支架，所述第一连杆的第三连接端位于两支架之间。

5.如权利要求1所述的一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人，其特征在于：所述第六连杆为中空圆柱体，并套设在第三连杆的连接部及第七连杆外。

6.如权利要求1所述的一种空间可控的含并联闭环子链的多连杆移动焊接机器人，其特征在于：移动平台通过安装在其底部的车轮移动。