CN104552244A - 一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人，包括并联的三个可控微调四杆机构闭环子链、一个串联的执行机构子链和一个可移动平台。所述四杆闭环子链可控制第一连杆所在四杆机构闭环子链所在平面内运动，可移动平台、并联连杆和机身的运动可实现动平台的空间运动。本发明通过三个闭环子链和机身的合成运动实现控制，实现末端执行器的空间运动，动力学性能好，可靠性高，通过移动平台实现移动功能，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，同时具有移动和操作功能，由连杆进行控制，机器人的工作空间大，能作用于更多的场合。

Description

一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人

【技术领域】

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人。

【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并联可控机构式多自由度移动焊接机器人。

为达到上述目的，本发明一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人所采用的技术方案是：一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人，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、末端执行器；第三连杆从左到右依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部、以及位于第二连接部下方的第四连接部；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三连杆的第四连接部相连；第一连杆另一端通过第四转动副与第二连杆的下端相连，第二连杆的上端通过第五转动副与第三连杆的第三连接部相连；第四连杆中部通过第六转动副与第三连杆的第二连接部相连，第五连杆中部通过第七转动副与第三连杆的第一连接部相连，第六连杆在第三连杆一侧其一端通过第八转动副与第四连杆一端相连，第六连杆另一端通过第九转动副与第五连杆一端相连，第七连杆在第三连杆相对第六连杆另一侧其一端通过第十转动副与第四连杆另一端相连，第七连杆另一端通过第十一转动副与第五连杆另一端相连；第五连杆中部侧向延伸设置有连接部，该连接部与第八连杆一端形成刚性连接；第九连杆一端通过第十二转动副与第八连杆另一端相连，第九连杆另一端通过第十三转动副与第十连杆一端相连接，第十连杆另一端通过第十四转动副与末端执行器相连；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、第九转动副、第十转动副和第十一转动副旋转轴线相互平行。

进一步地，在每个连杆相连的关节处分别安装有驱动电机。

进一步地，第四连杆两端在第六转动副处相交形成大于90度的夹角；第五连杆两端在第七转动副处相交形成大于90度的夹角。

进一步地，所述第八连杆为中空圆柱体，并套设在第三连杆的连接部及第九连杆外。

进一步地，移动平台通过安装在其底部的车轮移动。

进一步地，各连杆制成厚度较薄的轻杆。

进一步地，第二连杆与机身的立杆相互平行。

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.本发明的机器人在机身与末端执行器之间利用一个带铰链的连杆来连接末端执行器，从而可以使末端执行器灵活度更高，工作空间增大了，且各连杆做成轻杆，可以使整个机构动力性能更好，易于控制，可以使末端执行器在小范围内转动360度周角，使机构能适用于更多场合；

3.本发明通过两个并联闭环子链，提高了机器人机构的刚度，并且并联闭环子链机构式的设计大大提高机器人的工作空间，能避免机器人的死点位置，由各连杆构成微调装置能使机器人的作用范围更大，并且能使机构更好的保持平衡

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；

5.本发明的机器人将杆件做成轻杆，从而使得机器人运动惯量小，动力学性能好；

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为本发明第三连杆的结构示意图；

图5为本发明第四连杆的结构示意图；

图6为本发明第五连杆的结构示意图；

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为本发明部分机构连接示意图；

图10为本发明的工作示意图。

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    第九连杆11    第十连杆12

第一转动副14  第二转动副15  第三转动副16

第四转动副17    第五转动副18    第六转动副19

第七转动副22    第八转动副20    第九转动副23

第十转动副21    第十一转动副24  连接部25

第十二转动副26  第十三转动副27  第十四转动副28

末端执行器13

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人作进一步说明。

请参阅图1至图10，为本发明一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人，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、第九连杆11、第十连杆12、末端执行器；

移动平台1通过安装在其底部的车轮移动，各连杆制成厚度较薄的轻杆。

第三连杆5从左到右依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部、以及位于第二连接部下方的第四连接部；

机身2下端通过第一转动副14连接在移动平台1上，机身2上端通过第二转动副15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16与第三连杆5的第四连接部相连；

第一连杆3另一端通过第四转动副17与第二连杆4的下端相连，第二连杆4的上端通过第五转动副18与第三连杆5的第三连接部相连，且第二连杆4与机身2的立杆相互平行；

第四连杆6中部通过第六转动副19与第三连杆5的第二连接部相连，第五连杆7中部通过第七转动副22与第三连杆5的第一连接部相连，第六连杆8在第三连杆5一侧其一端通过第八转动副20与第四连杆6一端相连，第六连杆8另一端通过第九转动副23与第五连杆7一端相连，第七连杆9在第三连杆5相对第六连杆8另一侧其一端通过第十转动副21与第四连杆6另一端相连，第七连杆9另一端通过第十一转动副24与第五连杆7另一端相连；

第四连杆6两端在第六转动副19处相交形成大于90度的夹角；第五连杆7两端在第七转动副22处相交形成大于90度的夹角。

第五连杆7中部侧向延伸设置有连接部25，该连接部25与第八连杆10一端形成刚性连接；

第九连杆11一端通过第十二转动副26与第八连杆10另一端相连，第九连杆11另一端通过第十三转动副27与第十连杆12一端相连接，第十连杆12另一端通过第十四转动副28与末端执行器相连；所述第八连杆10为中空圆柱体，并套设在第三连杆5的连接部及第九连杆11外；

第一转动副14垂直于移动平台1，第二转动副15、第三转动副16、第四转动副17、第五转动副18、第六转动副19、第七转动副22、第八转动副20、第九转动副23、第十转动副21和第十一转动副24旋转轴线相互平行。

其中，在每个连杆相连的关节处分别安装有驱动电机，即在第一转动副14至第十四转动副28上均安装有所述驱动电机，用以驱动与对应的转动副相连的连杆运动，从而间接驱动末端执行器运动。

工作时，机身2通过第一转动副14驱动，第一连杆3通过第二转动副15驱动，第二连杆4通过第四转动副17驱动，第三连杆5通过第三转动副16和第五转动副18驱动，第四连杆6通过第六转动副19驱动，第五连杆7通过第七转动副22驱动，第六连杆8通过第八转动副20和第九转动副23驱动，第七连杆9通过第十转动副21和第十一转动副24驱动，第九连杆11通过第十二转动副26驱动，第十连杆12通过第十三转动副27驱动，末端执行器通过第十四转动副28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.本发明的机器人在机身与末端执行器之间利用一个带铰链的连杆来连接末端执行器，从而可以使末端执行器灵活度更高，工作空间增大了，且各连杆做成轻杆，可以使整个机构动力性能更好，易于控制，可以使末端执行器在小范围内转动360度周角，使机构能适用于更多场合；

3.本发明通过两个并联闭环子链，提高了机器人机构的刚度，并且并联闭环子链机构式的设计大大提高机器人的工作空间，能避免机器人的死点位置，由各连杆构成微调装置能使机器人的作用范围更大，并且能使机构更好的保持平衡

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；

5.本发明的机器人将杆件做成轻杆，从而使得机器人运动惯量小，动力学性能好；

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 (7)

1.一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人，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、末端执行器；

第三连杆从左到右依次设置有第一连接部、第二连接部、第三连接部、以及位于第二连接部下方的第四连接部；

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三连杆的第四连接部相连；

第一连杆另一端通过第四转动副与第二连杆的下端相连，第二连杆的上端通过第五转动副与第三连杆的第三连接部相连；

第四连杆中部通过第六转动副与第三连杆的第二连接部相连，第五连杆中部通过第七转动副与第三连杆的第一连接部相连，第六连杆在第三连杆一侧其一端通过第八转动副与第四连杆一端相连，第六连杆另一端通过第九转动副与第五连杆一端相连，第七连杆在第三连杆相对第六连杆另一侧其一端通过第十转动副与第四连杆另一端相连，第七连杆另一端通过第十一转动副与第五连杆另一端相连；

第五连杆中部侧向延伸设置有连接部，该连接部与第八连杆一端形成刚性连接；

第九连杆一端通过第十二转动副与第八连杆另一端相连，第九连杆另一端通过第十三转动副与第十连杆一端相连接，第十连杆另一端通过第十四转动副与末端执行器相连；

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、第九转动副、第十转动副和第十一转动副旋转轴线相互平行。

2.如权利要求1所述的一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人，其特征在于：在每个连杆相连的关节处分别安装有驱动电机。

3.如权利要求1所述的一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人，其特征在于：第四连杆两端在第六转动副处相交形成大于90度的夹角；第五连杆两端在第七转动副处相交形成大于90度的夹角。

4.如权利要求1所述的一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人，其特征在于：所述第八连杆为中空圆柱体，并套设在第三连杆的连接部及第九连杆外。

5.如权利要求1所述的一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人，其特征在于：移动平台通过安装在其底部的车轮移动。

6.如权利要求1所述的一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人，其特征在于：各连杆制成厚度较薄的轻杆。

7.如权利要求1所述的一种并联可控机构式多自由度移动焊接机器人，其特征在于：第二连杆与机身的立杆相互平行。