CN104552243B - 一种可控机构式变胞轮式移动焊接机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可控机构式变胞轮式移动焊接机器人，包括一个带并联闭环子链的变胞执行机构子链、一个串联的执行机构主链和一个移动平台。所述串联的执行机构主链可控制末端执行器所在平面的平面运动，机身和移动平台的运动可实现动平台的空间运动。所述带并联闭环子链的变胞执行机构子链通过一个闭环子链与串联的执行机构主链实现变胞运动。本发明通过变胞合成运动实现控制，既有可控、可调、输出柔性性能，又有多功能阶段变化、多拓扑结构变化和多自由度变化的特征，末端执行器运动惯量小，动力学性能好，可靠性高，机构具有移动和操作功能，能作用于更多的场合。
Description
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人领域，具体涉及一种可控机构式变胞轮式移动焊接机器人。【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 变胞机构是近年来学者提出的重要概念，是可变自由度或可变构件数目的新型机构，这类机构除了具有类似可展式机构的高度可缩和可展性外，还可改变拓扑图并导致变自由度，具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化等特征，可以根据功能需求或环境等的变化，适应不同任务，灵活应用于不同场合。
[0004] 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M0T0MAN-K10并没有解决工业机器人存在的问题。
[0005] 本技术方案对称机构式的闭环子链的并联机器人的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尚，且机构式变胞焊接机器人能有效而快捷的对末端机构进彳丁控制，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，适合的场合和工作状态更多；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】
[0006] 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可控机构式变胞轮式移动焊接机器人。
[0007] 为达到上述目的，本发明一种可控机构式变胞轮式移动焊接机器人所采用的技术方案是:一种可控机构式变胞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、第一液压杆、第二液压杆、第一支架、第二支架、以及末端执行器；由移动平台、机身、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一液压杆、第二液压杆、第一支架及第二支架构成带并联闭环子链的变胞执行机构子链，由移动平台、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆及末端执行器构成串联执行机构子链；机身沿其长度方向依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部及第四连接部，其中，第一连接部位于机身的底部，第四连接部位于机身的顶部；机身的第一连接部通过第一转动副连接在移动平台上，机身的第二连接部通过第一固定副与第一支架一端相连，机身的第三连部通过第二固定副与第二支架一端相连，机身的第四连接部通过第三固定副与第三支架一端相连；第一连杆上端通过第二转动副与第一支架另一端相连，第一连杆下端通过第三转动副与第二连杆下端相连，第二连杆上端通过第四转动副与第三连杆一端相连；第一液压杆一端通过第五转动副连接在第三连杆中部位置，第一液压杆另一端通过第一移动副与第二液压杆一端相连，第二液压杆另一端通过第六转动副与第二支架另一端相连；第四连杆一端通过第七转动副与第三支架另一端相连，第四连接杆另一端通过第八转动副第五连杆一端相连，第三连杆相对连接第二连杆的另一端通过第九转动副连接在第七转动副与第八转动副之间的第四连杆上；第五连杆相对连接第四连杆的另一端通过第十转动副与第六连杆一端相连，第六连杆另一端通过第十一转动副与第七连杆一端相连，第七连杆另一端通过第十二转动副与第八连杆一端相连，第八连杆另一端通过第十三转动副与末端执行器相连；其中，所述第五转动副与第八转动副，第四转动副与第十转动副在机构运动过程中结合进行变胞运动，所述第一转动副垂直于移动平台，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、第八转动副和第九转动副、第十转动副旋转轴线相互平行。
[0008] 进一步地，第一转动副上安装有驱动电机。
[0009] 进一步地，移动平台通过安装在其底部的车轮移动。
[0010] 本发明具有以下有益效果:
[0011] 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；
[0012] 2.本发明的机器人在工作过程中，可实现机构自由度的转变，为自由度变胞机构，具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化特征，使机器人灵活完成作业任务；
[0013] 3.本发明通过设置并联闭环子链，提高了机器人机构的刚度，并且闭环子链机构式的设计大大提高机器人的工作空间，并且能使机构更好的保持平衡；
[0014] 4.本发明的机器人通过各连杆构成的微调装置与传统的带有局部闭链的机器人相比，本发明的重心集中在微调装置上，从而使得机器人平衡性好，可以承受更大的力和力矩；
[0015] 5.本发明的机器人具有三种拓扑形态，使机构可完成更多的动作和适应更多复杂环境。
[0016] 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】
[0017] 图1为本发明的结构示意图；
[0018] 图2为本发明移动平台的结构示意图；
[0019] 图3为本发明机身的结构示意图；
[0020] 图4为本发明第七连杆的结构示意图；
[0021] 图5为本发明第九连杆的示意图；
[0022] 图6为本发明的第一变胞结构示意图；
[0023] 图7为本发明的第二变胞结构示意图；
[0024] 图8为本发明的第一变胞形态拓扑图；
[0025] 图9为本发明的第二变胞形态拓扑图；
[0026] 图10为本发明的第三变胞形态拓扑图。
[0027] 具体实施方式的附图标号说明:
[0028] 移动平台1 机身2 第一连杆7
[0029] 第二连杆9 第三连杆12 第四连杆18
[0030] 第五连杆22 第六连杆24 第七连杆26
[0031] 第八连杆28 第一液压杆13 第二液压杆15
[0032] 第一支架4 第二支架5 第三支架3
[0033] 第一移动副14 第一转动副34 第二转动副6
[0034] 第三转动副8 第四转动副10 第五转动副11
[0035] 第六转动副16 第七转动副17 第八转动副20
[0036] 第九转动副19 第十转动副23 第十一转动副25
[0037] 第十二转动副27第十三转动副29第一固定副33
[0038] 第二固定副32 第三固定副31 末端执行器30
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图和具体实施例对本发明一种可控机构式变胞轮式移动焊接机器人作进一步说明。
[0040] 请参阅图1至图10，为本发明一种可控机构式变胞轮式移动焊接机器人，包括移动平台1、机身2、第一连杆7、第二连杆9、第三连杆12、第四连杆18、第五连杆22、第六连杆24、第七连杆26、第八连杆28、第一液压杆13、第二液压杆15、第一支架4、第二支架5、以及末端执行器30 ；
[0041] 由移动平台1、机身2、第一连杆7、第二连杆9、第三连杆12、第一液压杆13、第二液压杆15、第一支架4及第二支架5构成带并联闭环子链的变胞执行机构子链，由移动平台1、第四连杆18、第五连杆22、第六连杆24、第七连杆26、第八连杆28及末端执行器30构成串联执彳丁机构子链；
[0042] 移动平台1通过安装在其底部的车轮移动；
[0043] 机身2沿其长度方向依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部及第四连接部，其中，第一连接部位于机身2的底部，第四连接部位于机身2的顶部；
[0044] 机身2的第一连接部通过第一转动副34连接在移动平台1上，机身2的第二连接部通过第一固定副33与第一支架4 一端相连，机身2的第三连部通过第二固定副32与第二支架5 —端相连，机身2的第四连接部通过第三固定副31与第三支架3 —端相连；第一转动副34上安装有驱动电机，该驱动电机用以驱动机身2运动；
[0045] 第一连杆7上端通过第二转动副6与第一支架4另一端相连，第一连杆7下端通过第三转动副8与第二连杆9下端相连，第二连杆9上端通过第四转动副10与第三连杆12一端相连；
[0046] 第一液压杆13 —端通过第五转动副11连接在第三连杆12中部位置，第一液压杆
13另一端通过第一移动副14与第二液压杆15 —端相连，第二液压杆15另一端通过第六转动副16与第二支架5另一端相连；
[0047] 第四连杆18 —端通过第七转动副17与第三支架3另一端相连，第四连接杆另一端通过第八转动副20第五连杆22 —端相连，第三连杆12相对连接第二连杆9的另一端通过第九转动副19连接在第七转动副17与第八转动副20之间的第四连杆18上；
[0048] 第五连杆22相对连接第四连杆18的另一端通过第十转动副23与第六连杆24 —端相连，第六连杆24另一端通过第十一转动副25与第七连杆26 —端相连，第七连杆26另一端通过第十二转动副27与第八连杆28 —端相连，第八连杆28另一端通过第十三转动副29与末端执行器30相连；
[0049] 其中，所述第五转动副11与第八转动副20，第四转动副10与第十转动副23在机构运动过程中结合进行变胞运动，所述第一转动副34垂直于移动平台1，第二转动副6、第三转动副8、第四转动副10、第五转动副11、第六转动副16、第七转动副17、第八转动副20和第九转动副19、第十转动副23旋转轴线相互平行。
[0050] 工作时，机身2通过第一转动副34驱动，使机身2和串联主链、变胞支链在所在平面内的运动可实现末端执行器30的空间运动。
[0051] 综上所述，本发明具有以下有益效果:
[0052] 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；
[0053] 2.本发明的机器人在工作过程中，可实现机构自由度的转变，为自由度变胞机构，具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化特征，使机器人灵活完成作业任务；
[0054] 3.本发明通过设置并联闭环子链，提高了机器人机构的刚度，并且闭环子链机构式的设计大大提高机器人的工作空间，并且能使机构更好的保持平衡；
[0055] 4.本发明的机器人通过各连杆构成的微调装置与传统的带有局部闭链的机器人相比，本发明的重心集中在微调装置上，从而使得机器人平衡性好，可以承受更大的力和力矩；
[0056] 5.本发明的机器人具有三种拓扑形态，使机构可完成更多的动作和适应更多复杂环境。
[0057] 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 (3)
1.一种可控机构式变胞轮式移动焊接机器人，包括移动平台、机身、一个带并联闭环子链的变胞执行机构子链、一个串联执行机构主链及末端执行器，其特征在于:所述带并联闭环子链的变胞执行机构子链由所述移动平台、所述机身、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一液压杆、第二液压杆、第一支架及第二支架构成，所述串联执行机构主链由所述移动平台、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆及末端执行器构成； 机身沿其长度方向依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部及第四连接部，其中，第一连接部位于机身的底部，第四连接部位于机身的顶部； 机身的第一连接部通过第一转动副连接在移动平台上，机身的第二连接部通过第一固定副与第一支架一端相连，机身的第三连部通过第二固定副与第二支架一端相连，机身的第四连接部通过第三固定副与第三支架一端相连； 第一连杆上端通过第二转动副与第一支架另一端相连，第一连杆下端通过第三转动副与第二连杆下端相连，第二连杆上端通过第四转动副与第三连杆一端相连； 第一液压杆一端通过第五转动副连接在第三连杆中部位置，第一液压杆另一端通过第一移动副与第二液压杆一端相连，第二液压杆另一端通过第六转动副与第二支架另一端相连； 第四连杆一端通过第七转动副与第三支架另一端相连，第四连接杆另一端通过第八转动副第五连杆一端相连，第三连杆相对连接第二连杆的另一端通过第九转动副连接在第七转动副与第八转动副之间的第四连杆上； 第五连杆相对连接第四连杆的另一端通过第十转动副与第六连杆一端相连，第六连杆另一端通过第十一转动副与第七连杆一端相连，第七连杆另一端通过第十二转动副与第八连杆一端相连，第八连杆另一端通过第十三转动副与末端执行器相连； 其中，所述第五转动副与第八转动副，第四转动副与第十转动副在机构运动过程中结合进行变胞运动，所述第一转动副垂直于移动平台，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、第八转动副和第九转动副、第十转动副旋转轴线相互平行。
2.如权利要求1所述的一种可控机构式变胞轮式移动焊接机器人，其特征在于:第一转动副上安装有驱动电机。
3.如权利要求1所述的一种可控机构式变胞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。
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