CN107538468A - 五自由度冗余驱动并联抛光机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，具体公开一种五自由度冗余驱动并联抛光机器人，包括定平台及动平台，定平台与动平台通过六个驱动分支及约束分支相连；每个驱动分支包括驱动电机、主动杆、从动杆、一个二自由度关节及三自由度关节；驱动电机固定设置于定平台上，主动杆与驱动电机连接，并通过二自由度关节与从动杆连接；从动杆通过三自由度关节与动平台连接，驱动分支通过驱动电机驱动主动杆转动；约束分支的第一约束杆通过二自由度关节与定平台下表面的中心连接，并与第二约束杆轴向活动连接，第二约束杆通过二自由度关节与动平台连接。本发明的五自由度冗余驱动并联抛光机器人达到了有效提高机构刚度及抛光加工表面质量的技术效果。

Description

五自由度冗余驱动并联抛光机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种五自由度冗余驱动并联抛光机器人。

背景技术

并联机构是指由两个或者两个以上分支组成，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的结构。并联机器人相对于串联机器人具有机构刚度大、承载能力强、末端质量轻、惯性小、位置误差不累积等特点。

现有的关节式力控制抛光机器人，由于采用串联结构使其刚度较差，并联力控制抛光机器人可有效提高机构刚度，有助于提高抛光加工的表面质量，冗余驱动使得机器人在其整个工作空间内有效的避免其奇异点。

发明内容

本发明旨在克服现有关节式力控制抛光机器人刚度性差、加工抛光质量差的技术的缺陷，提供一种五自由度冗余驱动并联抛光机器人，包括定平台及动平台，所述定平台与所述动平台通过六个结构相同的RUS驱动分支及一个约束分支相连；

每个所述驱动分支包括驱动电机、主动杆、从动杆、第一二自由度关节及三自由度关节；

所述驱动电机固定设置于所述定平台上，所述主动杆一端与所述驱动电机连接，另一端通过所述第一二自由度关节分别与所述从动杆一端连接；所述从动杆的另一端分别通过所述三自由度关节与所述动平台连接，所述驱动分支通过所述驱动电机驱动所述主动杆转动；

所述约束分支包括第二二自由度关节、第三二自由度关节、第一约束杆和第二约束杆；所述第一约束杆的一端通过所述第二二自由度关节与所述定平台下表面的中心连接，所述第一约束杆的另一端与所述第二约束杆的一端轴向活动连接，所述第二约束杆的另一端通过第三二自由度关节与所述动平台上表面的中心连接，且所述第一约束杆和所述第二约束杆可沿轴向相对移动。

一些实施例中，所述第一二自由度关节包括第一轴承、摆杆轴、第一小轴、第二轴承；所述主动杆的与所述第一轴承连接，所述第一小轴通过所述第二轴承与所述从动杆接头相连，所述第一二自由度关节可绕摆杆轴及第一小轴转动。

一些实施例中，所述第一二自由度关节、所述第二二自由度关节及所述第三二自由度关节结构相同。

一些实施例中，所述三自由度关节包括第三轴承、第二小轴、连接副、大轴、第四轴承；从动杆的接头与所述连接副之间通过所述第二小轴、所述第三轴承、所述大轴及所述第四轴承相连，同时所述连接副通过所述第四轴承与所述动平台相连，实现关节的三自由度转动。

一些实施例中，所述六个结构相同的RUS驱动分支的一端分别等间隔的连接在以所述定平台上表面中心为圆心的圆周上，另一端分别等间隔的连接在以所述动平台上表面中心为圆心的圆周上。

一些实施例中，所述五自由度冗余驱动并联抛光机器人还包括抛光盘及六维力传感器；所述六维力传感器设置于所述动平台与所述抛光盘之间，用于实现曲面抛光的力控制。

一些实施例中，所述五自由度冗余驱动并联抛光机器人还包括砂轮驱动电机，所述砂轮驱动电机用于驱动所述抛光盘进行抛光工作。

此外，本发明还提供一种抛光机器人的抛光方法，采用上述的五自由度冗余驱动并联抛光机器人进行抛光。

本发明的有益效果在于：本发明的五自由度冗余驱动并联抛光机器人，利用并联结构提高整体结构的刚度，利用动平台连接的六维力传感器实现力控制抛光，从而达到了提高加工表面的质量，冗余驱动可以避免并联机器人的奇异，有效的增加工作空间的技术效果。

更加地，动平台连接有六维力传感器，可以实现抛光的力控制，从而进一步提高抛光表面的质量。

附图说明

图1示出了本发明五自由度冗余驱动并联抛光机器人整体结构示意图；

图2示出了本发明五自由度冗余驱动并联抛光机器人中二自由度关节一个实施例的具体结构；

图3为本发明五自由度冗余驱动并联抛光机器人中三自由度关节一个实施例的具体结构。

附图标记说明：

1驱动电机 2主动杆

3第一二自由度关节 4从动杆

4从动杆 5第二二自由度关节

6第一约束杆 7第二约束杆

8三自由度关节 9第三二自由度关节

10砂轮驱动电机 11六维力传感器

12抛光盘 13定平台

14动平台 15第一小轴

16第二轴承 17第一接头

18第一轴承 19摆杆轴

20第二接头 21第三轴承

22第四轴承 23第二小轴

24大轴 25连接副

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。3

本发明的主要构思为：通过设计一种具有冗余驱动的五自由度的并联抛光机器人，其约束支链将并联机构沿竖直轴的转动约束，实现了冗余驱动，冗余驱动机器人可以避免奇异，有效的增加机器人的工作空间。并联抛光机器人可以实现复杂曲面的抛光加工，末端连接有六维力传感器可以实现力控制抛光，进一步提高抛光表面的质量。

请参考图1，示出了本发明五自由度冗余驱动并联抛光机器人整体结构示意图。为6-RUS-1-UPU构型的并联抛光机器人，包括定平台13及动平台14，定平台13与动平台14通过六个结构完全相同的RUS驱动分支及一个约束分支相连。

每个驱动分支包括驱动电机1、主动杆2、从动杆4、第一二自由度关节3及三自由度关节8。驱动电机1固定设置于定平台13上，主动杆2一端与驱动电机1连接，另一端通过第一二自由度关节3与从动杆4的一端连接；从动杆4的另一端通过三自由度关节8与动平台14连接。驱动分支通过驱动电机1驱动主动杆2转动。

约束分支包括第二二自由度关节5、第三二自由度关节9、第一约束杆和第二约束杆7。第一约束杆6与第二约束杆7轴向连接。具体地，第一约束杆6的一端通过第二二自由度关节5与定平台13下表面的中心连接，第一约束杆6的另一端与第二约束杆7的一端轴向活动连接，第二约束杆7的另一端通过第三二自由度关节9与动平台14上表面的中心连接，且第一约束杆6和第二约束杆7可沿轴向相对移动。由于驱动分支并不约束空间自由度，而约束分支可以限制整个机器人的空间自由度。仅由六个驱动分支组成的并联抛光机器人有六个自由度，对于抛光机器人而言，由于抛光盘12本身要转动，因此并联机器人沿约束分支轴向的转动对抛光加工来讲并无必要，因此引入一个约束分支，约束抛光机器人沿约束分支轴向的转动，从而形成抛光机器人有五个自由度同时存在六个驱动构成冗余驱动。约束分支即约束了不必要的自由度，更进一步提高了机器人的刚度，同时冗余驱动可有效避免机器人工作空间内的奇异点，有效增大了机器人的工作空间。

本实施例中，六个驱动分支的同一端分别连接在以定平台13上表面中心为圆心的圆周上，另一端分别连接在以所述动平台14上表面中心为圆心的圆周上，六个驱动分支的在圆周上的设置为两两一组的非对称布置形式。工作时，定平台13固定不动，驱动电机1驱动每个驱动分支进行五自由度的转动，从而带动动平台14也相应地进行五自由度转动。

本实施例中，五自由度冗余驱动并联抛光机器人还包括控制器、砂轮驱动电机10、抛光盘12及六维力传感器11。抛光盘12与动平台14连接，砂轮驱动电机10和六维力传感器11设置于动平台14与抛光盘12之间，六维力传感器11用于测量抛光力的大小，并发送给控制器，砂轮驱动电机10根据控制器的发送的控制力大小驱动抛光盘12进行抛光工作。本发明的五自由度冗余驱动并联抛光机器人可实现复杂曲面的力控制抛光。

请参阅图2，为本发明五自由度冗余驱动并联抛光机器人中二自由度关节一个实施例的具体结构。

具体地，驱动分支通过驱动电机1驱动主动杆2转动，主动杆2与从动杆4之间连接有第一二自由度关节3，第一二自由度关节3包括轴承(包括第一轴承18和第二轴承16)、摆杆轴19、第一小轴15。主动杆2通过第一轴承18与摆杆轴19相连，第一小轴15通过第二轴承16与从动杆4的第一接头17相连，使得此二自由度关节可绕摆杆轴19及第一小轴15转动。约束分支上的两自由度关节结构与驱动分支上的二自由度关节结构相同。

请参阅图3，为本发明五自由度冗余驱动并联抛光机器人中三自由度关节8一个实施例的具体结构。从动杆4与动平台14之间连接有一个三自由度关节8，其具体结构如图3所示，三自由度关节8包括第三轴承21、第二小轴23、连接副25、第二接头20、第四轴承22。从动杆4的第二接头20与连接副25之间通过第二小轴23、第三轴承21、大轴20及第四轴承22相连，同时连接副25通过第四轴承与动平台14相连，实现关节的三自由度转动。

采用本发明的五自由度冗余驱动的并联抛光机器人可以实现对加工件的高质量抛光。

本发明具有五自由度冗余驱动的并联抛光机器人，通过约束分支将并联机构沿竖直轴的转动约束，实现冗余驱动，避免奇异，有效的增加机器人的工作空间。同时并联抛光机器人可以实现复杂曲面的抛光加工，末端连接有六维力传感器可以实现力控制抛光，进一步提高抛光表面的质量。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种五自由度冗余驱动并联抛光机器人，包括定平台及动平台，其特征在于：所述定平台与所述动平台通过六个结构相同的驱动分支及一个约束分支相连；

每个所述驱动分支包括驱动电机、主动杆、从动杆、第一二自由度关节及三自由度关节；

所述驱动电机固定设置于所述定平台上，所述主动杆一端与所述驱动电机连接，另一端通过所述第一二自由度关节与所述从动杆一端连接；所述从动杆的另一端分别通过所述三自由度关节与所述动平台连接，所述驱动分支通过所述驱动电机驱动所述主动杆转动；

所述约束分支包括第二二自由度关节、第三二自由度关节、第一约束杆和第二约束杆；所述第一约束杆的一端通过所述第二二自由度关节与所述定平台下表面的中心连接，所述第一约束杆的另一端与所述第二约束杆的一端轴向活动连接，所述第二约束杆的另一端通过第三二自由度关节与所述动平台上表面的中心连接，且所述第一约束杆和所述第二约束杆可沿轴向相对移动。

2.如权利要求1所述的五自由度冗余驱动并联抛光机器人，其特征在于，所述第一二自由度关节包括第一轴承、摆杆轴、第一小轴、第二轴承；

所述主动杆的与所述第一轴承连接，所述第一小轴通过所述第二轴承与所述从动杆接头相连，所述第一二自由度关节可绕摆杆轴及第一小轴转动。

3.如权利要求2所述的五自由度冗余驱动并联抛光机器人，其特征在于，所述第一二自由度关节、所述第二二自由度关节及所述第三二自由度关节结构相同。

4.如权利要求1所述的五自由度冗余驱动并联抛光机器人，其特征在于，所述三自由度关节包括第三轴承、第二小轴、连接副、大轴、第四轴承；

从动杆的接头与所述连接副之间通过所述第二小轴、所述第三轴承、所述大轴及所述第四轴承相连，同时所述连接副通过所述第四轴承与所述动平台相连，实现关节的三自由度转动。

5.如权利要求1所述的五自由度冗余驱动并联抛光机器人，其特征在于，所述六个结构相同的驱动分支的一端分别等间隔的连接在以所述定平台上表面中心为圆心的圆周上，另一端分别等间隔的连接在以所述动平台上表面中心为圆心的圆周上。

6.如权利要求1所述的五自由度冗余驱动并联抛光机器人，其特征在于，所述五自由度冗余驱动并联抛光机器人还包括抛光盘及六维力传感器；所述六维力传感器设置于所述动平台与所述抛光盘之间，用于实现曲面抛光的力控制。

7.如权利要求6所述的五自由度冗余驱动并联抛光机器人，其特征在于，所述五自由度冗余驱动并联抛光机器人还包括砂轮驱动电机，所述砂轮驱动电机用于驱动所述抛光盘进行抛光工作。

8.一种抛光机器人的抛光方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项权利要求所述的五自由度冗余驱动并联抛光机器人进行抛光。