CN104526680A - 一种多自由度轮式移动焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多自由度轮式移动焊接机器人，包括多个并联机构闭环执行机构子链、一个串联的执行机构主链和一个可移动平台。所述的机构闭环子链可控制主链连杆在四杆机构闭环子链所在平面内运动，多个并联连杆子链、机身和可移动平台的运动可实现动平台的空间运动。本发明通过四个闭环子链和机身的合成运动实现控制，通过多个连杆、机身和可移动平台的连接，从而实现末端执行器的空间运动，末端执行器运动惯量小，动力学性能好，可靠性高，机构具有结构紧凑，控制简单的优点，可以同时实现移动和操作功能，能作用于更多的场合，具有广阔的市场发展潜力。

Description

一种多自由度轮式移动焊接机器人

【技术领域】

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种多自由度轮式移动焊接机器人。

【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。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。

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。

并联机器人和传统的串联机器人相比较，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多自由度轮式移动焊接机器人。

为达到上述目的，本发明一种多自由度轮式移动焊接机器人所采用的技术方案是：一种多自由度轮式移动焊接机器人，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、第九连杆、第十连杆、第十一连杆、第十二连杆、第十三连杆、第十四连杆、第十五连杆、末端执行器；第八连杆沿长度方向从左到右依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部、第四连接部以及位于第二连接部下方的第五连接部；机身下端通过第一转动副连接在移动平台上，机身上端通过第二转动副与第一连杆一端相连，机身上端的立杆通过第三转动副与第八连杆的第五连接部相连，且立杆设有贯穿相对侧面的纵向长槽；第一连杆另一端通过第四转动副与第二连杆下端相连，第二连杆上端通过第五转动副与第八连杆的第一连接部相连，在第四转动副与第五转动副之间的第二连杆上通过第六转动副与第三连杆一端连接；第三连杆穿过机身立杆的纵向长槽，其相对第二连杆的另一端通过第七转动副与第四连杆下端相连，第四连杆上端通过第八转动副与第八连杆的第三连接部相连；第五连杆中部通过第九转动副与第八连杆的第二连接部相连，第六连杆中部通过第十转动副与第八连杆的第四连接部相连，第七连杆在第八连杆一侧其一端通过第十一转动副与第五连杆一端和第十连杆上端相连，第七连杆另一端通过第十二转动副与第六连杆一端相连，第九连杆在第八连杆相对第七连杆另一侧其一端通过第十三转动副与第五连杆另一端相连，第九连杆另一端通过第十四转动副与第六连杆另一端相连；第十连杆下端通过第十五转动副第十一连杆一端相连，第十一连接杆中部通过第十六转动副连接在第四连杆上，第十一连杆另一端通过第十七转动副与第十二连杆下端相连，第十二连杆上端通过所述第十三转动副与第五连接杆相连；第六连杆中部侧向延伸设置有连接部，该连接部与第十三连杆一端形成刚性连接；第十四连杆一端通过第十八转动副与第十三连杆另一端相连，第十四连杆另一端通过第十九转动副与第十五连杆一端相连接，第十五连杆另一端通过第二十转动副与末端执行器相连；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、第九转动副、第十转动副、第十一转动副、第十二转动副、第十三转动副、第十四转动副、第十五转动副、第十六转动副和第十七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、第十八转动副、第十九转动副、第二十转动副分别安装有驱动电机。

进一步地，第五连杆两端在第九转动副处相交形成大于90度的夹角；第六连杆两端在第十转动副处相交形成大于90度的夹角；第十一连杆两端在第十六转动副处相交形成大于90度的夹角。

进一步地，第八连杆的第五连接部部分进入机身立杆的纵向长槽内。

进一步地，所述第十三连杆为中空圆柱体，并套设在第六连杆的连接部及第十四连杆外。

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.本发明的两个并联闭环子链，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、第十八转动副、第十九转动副、第二十转动副上，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.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；

5.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为本发明的结构示意图；

图2为本发明移动平台的结构示意图；

图3为本发明机身的结构示意图；

图4为本发明第二连杆的结构示意图；

图5为本发明第五连杆的结构示意图；

图6为本发明第八连杆的结构示意图；

图7为本发明第九连杆的结构示意图；

图8为本发明第十连杆的结构示意图；

图9为本发明第十四连杆的结构示意图；

图10为本发明第十五连杆的结构示意图；

图11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5         第三连杆24        第四连杆20

第五连杆11        第六连杆16        第七连杆13

第八连杆18        第九连杆14        第十连杆39

第十一连杆22      第十二连杆38      第十三连杆25

第十四连杆26      第十五连杆28      第一转动副31

第二转动副32      第三转动副8       第四转动副4

第五转动副9       第六转动副6       第七转动副23

第八转动副19      第九转动副33      第十转动副35

第十一转动副10    第十二转动副15    第十三转动副12

第十四转动副17    第十五转动副7     第十六转动副34

第十七转动副21    第十八转动副37    第十九转动副27

第二十转动副29    连接部36          末端执行器30

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明一种多自由度轮式移动焊接机器人作进一步说明。

请参阅图1至图11，为本发明一种多自由度轮式移动焊接机器人，包括移动平台1、机身2、第一连杆3、第二连杆5、第三连杆24、第四连杆20、第五连杆11、第六连杆16、第七连杆13、第八连杆18、第九连杆14、第十连杆39、第十一连杆22、第十二连杆38、第十三连杆25、第十四连杆26、第十五连杆28、末端执行器30；

移动平台1通过安装在其底部的车轮移动；

第八连杆18沿长度方向从左到右依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部、第四连接部以及位于第二连接部下方的第五连接部；

机身2下端通过第一转动副31连接在移动平台1上，机身2上端通过第二转动副32与第一连杆3一端相连，机身2上端的立杆通过第三转动副8与第八连杆18的第五连接部相连，且立杆设有贯穿相对侧面的纵向长槽，第八连杆18的第五连接部部分进入机身2立杆的纵向长槽内；

第一连杆3另一端通过第四转动副4与第二连杆5下端相连，第二连杆5上端通过第五转动副9与第八连杆18的第一连接部相连，在第四转动副4与第五转动副9之间的第二连杆5上通过第六转动副6与第三连杆24一端连接；

第三连杆24穿过机身2立杆的纵向长槽，其相对第二连杆5的另一端通过第七转动副23与第四连杆20下端相连，第四连杆20上端通过第八转动副19与第八连杆18的第三连接部相连；

第五连杆11中部通过第九转动副33与第八连杆18的第二连接部相连，第六连杆16中部通过第十转动副35与第八连杆18的第四连接部相连，第七连杆13在第八连杆18一侧其一端通过第十一转动副10与第五连杆11一端和第十连杆39上端相连，第七连杆13另一端通过第十二转动副15与第六连杆16一端相连，第九连杆14在第八连杆18相对第七连杆13另一侧其一端通过第十三转动副12与第五连杆11另一端相连，第九连杆14另一端通过第十四转动副17与第六连杆16另一端相连；

第十连杆39下端通过第十五转动副7第十一连杆22一端相连，第十一连接杆中部通过第十六转动副34连接在第四连杆20上，第十一连杆22另一端通过第十七转动副21与第十二连杆38下端相连，第十二连杆38上端通过所述第十三转动副12与第五连接杆相连；

第六连杆16中部侧向延伸设置有连接部36，该连接部36与第十三连杆25一端形成刚性连接；

第十四连杆26一端通过第十八转动副37与第十三连杆25另一端相连，第十四连杆26另一端通过第十九转动副27与第十五连杆28一端相连接，第十五连杆28另一端通过第二十转动副29与末端执行器30相连；

所述第十三连杆25为中空圆柱体，并套设在第六连杆16的连接部及第十四连杆26外；

其中，第一转动副31、第二转动副32、第十八转动副37、第十九转动副27、第二十转动副29分别安装有驱动电机；第五连杆11两端在第九转动副33处相交形成大于90度的夹角；第六连杆16两端在第十转动副35处相交形成大于90度的夹角；第十一连杆22两端在第十六转动副34处相交形成大于90度的夹角；所述第一转动副31垂直于可移动平台1，第二转动副32、第三转动副8、第四转动副4、第五转动副9、第六转动副6、第七转动副23、第八转动副19、第九转动副33、第十转动副35、第十一转动副10、第十二转动副15、第十三转动副12、第十四转动副17、第十五转动副7、第十六转动副34和第十七转动副21旋转轴线相互平行。

工作时，机身2通过第一转动副31驱动，第一连杆3通过第二转动副32驱动，第十四连杆26通过第十八转动副37驱动，第十五连杆28通过第十九转动副27驱动，末端执行器30通过第二十转动副29驱动，使机身2和第一连杆3在所在平面内的运动可实现末端执行器30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.本发明的两个并联闭环子链，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、第十八转动副、第十九转动副、第二十转动副上，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.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；

5.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)

1.一种多自由度轮式移动焊接机器人，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、第九连杆、第十连杆、第十一连杆、第十二连杆、第十三连杆、第十四连杆、第十五连杆、末端执行器；

第八连杆沿长度方向从左到右依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部、第四连接部以及位于第二连接部下方的第五连接部；

机身下端通过第一转动副连接在移动平台上，机身上端通过第二转动副与第一连杆一端相连，机身上端的立杆通过第三转动副与第八连杆的第五连接部相连，且立杆设有贯穿相对侧面的纵向长槽；

第一连杆另一端通过第四转动副与第二连杆下端相连，第二连杆上端通过第五转动副与第八连杆的第一连接部相连，在第四转动副与第五转动副之间的第二连杆上通过第六转动副与第三连杆一端连接；

第三连杆穿过机身立杆的纵向长槽，其相对第二连杆的另一端通过第七转动副与第四连杆下端相连，第四连杆上端通过第八转动副与第八连杆的第三连接部相连；

第五连杆中部通过第九转动副与第八连杆的第二连接部相连，第六连杆中部通过第十转动副与第八连杆的第四连接部相连，第七连杆在第八连杆一侧其一端通过第十一转动副与第五连杆一端和第十连杆上端相连，第七连杆另一端通过第十二转动副与第六连杆一端相连，第九连杆在第八连杆相对第七连杆另一侧其一端通过第十三转动副与第五连杆另一端相连，第九连杆另一端通过第十四转动副与第六连杆另一端相连；

第十连杆下端通过第十五转动副第十一连杆一端相连，第十一连接杆中部通过第十六转动副连接在第四连杆上，第十一连杆另一端通过第十七转动副与第十二连杆下端相连，第十二连杆上端通过所述第十三转动副与第五连接杆相连；

第六连杆中部侧向延伸设置有连接部，该连接部与第十三连杆一端形成刚性连接；

第十四连杆一端通过第十八转动副与第十三连杆另一端相连，第十四连杆另一端通过第十九转动副与第十五连杆一端相连接，第十五连杆另一端通过第二十转动副与末端执行器相连；

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、第九转动副、第十转动副、第十一转动副、第十二转动副、第十三转动副、第十四转动副、第十五转动副、第十六转动副和第十七转动副旋转轴线相互平行。

2.如权利要求1所述的一种多自由度轮式移动焊接机器人，其特征在于：第一转动副、第二转动副、第十八转动副、第十九转动副、第二十转动副分别安装有驱动电机。

3.如权利要求1所述的一种多自由度轮式移动焊接机器人，其特征在于：第五连杆两端在第九转动副处相交形成大于90度的夹角；第六连杆两端在第十转动副处相交形成大于90度的夹角；第十一连杆两端在第十六转动副处相交形成大于90度的夹角。

4.如权利要求1所述的一种多自由度轮式移动焊接机器人，其特征在于：第八连杆的第五连接部部分进入机身立杆的纵向长槽内。

5.如权利要求1所述的一种多自由度轮式移动焊接机器人，其特征在于：所述第十三连杆为中空圆柱体，并套设在第六连杆的连接部及第十四连杆外。

6.如权利要求1所述的一种多自由度轮式移动焊接机器人，其特征在于：移动平台通过安装在其底部的车轮移动。