CN110253539A - 一种全周三自由度并联机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及特种机器人技术领域的一种全周三自由度并联机构，包括静平台、动平台、搅拌摩擦焊头、柔性驱动链，静平台固定设置，搅拌摩擦焊头安装在动平台上，动平台通过柔性驱动链与静平台连接；柔性驱动链包括：一对直线驱动组件，直线驱动组件上端通过万向节与静平台活动连接，直线驱动组件下端与动平台转动连接；纵向活动的活动连杆组件，活动连杆组件下端通过万向节与动平台活动连接，活动连杆组件上端与静平台转动连接；以及安装在静平台上的回转驱动组件，回转驱动组件的动力输出端与活动连杆组件上端传动连接。克服现有搅拌摩擦焊装备的缺陷，以满足搅拌摩擦焊装备的性能需要。

Description

一种全周三自由度并联机构

技术领域

本发明涉及特种机器人技术领域，具体来说，是一种并联机器人。

背景技术

搅拌摩擦焊作为一种先进的焊接方法，在压焊过程中能够形成致密的、力学性能优异的焊缝，被广泛应用于轻金属(铝合金、钛合金等)结构材料的焊接制造中。但压焊过程需要施加较大的顶锻压力和驱动力矩，具备优异的刚度性能和重载承受力是搅拌摩擦焊装备的重要特性。而现有的串联关节式搅拌摩擦焊接机器人往往因为负载能力较差限制了其在搅拌摩擦焊中的应用；另外，在焊接过程中每一节机械臂都会承受较大弯矩，且末端定位误差会也会通过多节机械臂的柔性变形被不断放大，因此，精度不高；且为具有足够的刚度，该类机器人往往体积较大，较为笨重；另一种搅拌摩擦焊机一般由机床改进而成，该类焊机只适应于平面焊缝的连接，生产效率较低。

机构作为搅拌摩擦焊装备的骨架，是其实现优异性能的根本，因此，设计出一种刚度较高，承载能力较大，运行精度高，且能够实现空间复杂曲面焊缝的跟踪的机构是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种全周三自由度并联机构，克服现有搅拌摩擦焊装备的缺陷，以满足搅拌摩擦焊装备的性能需要。

本发明的目的是这样实现的：一种全周三自由度并联机构，包括静平台、动平台、搅拌摩擦焊头、柔性驱动链，所述静平台固定设置，所述搅拌摩擦焊头安装在动平台上，所述动平台通过柔性驱动链与静平台连接；

所述柔性驱动链包括：

一对直线驱动组件，所述直线驱动组件上端通过万向节与静平台活动连接，所述直线驱动组件下端与动平台转动连接；

纵向活动的活动连杆组件，所述活动连杆组件下端通过万向节与动平台活动连接，所述活动连杆组件上端与静平台转动连接；以及

安装在静平台上的回转驱动组件，所述回转驱动组件的动力输出端与活动连杆组件上端传动连接。

进一步地，所述静平台上转动连接有回转驱动轴，所述回转驱动轴的轴线水平设置，所述活动连杆组件上端固定套装在回转驱动轴上，所述回转驱动轴与回转驱动组件的动力输出端传动连接。

进一步地，以俯视视角为准安装在静平台上的两个万向节和回转驱动轴的位置布局呈现为等腰三角形。

进一步地，以俯视视角为准安装在动平台上的一个万向节和两个直线驱动组件转动连接点的位置布局呈现为等腰三角形。

进一步地，所述活动连杆组件由主动杆和从动杆组成，所述主动杆上端固定套装在回转驱动轴上，所述主动杆下端转动连接从动杆上端，所述从动杆下端通过万向节与动平台活动连接。

进一步地，所述回转驱动组件设置为电机或回转液压缸。

进一步地，所述搅拌摩擦焊头安装在动平台的几何中心位置。

进一步地，所述直线驱动组件设置为直线电机或直线液压缸或滚珠丝杠驱动器。

本发明的有益效果在于：

1)在搅拌摩擦焊接的应用场合下，由三条运动支链和动静平台构成的封闭并联机构刚度更大，承载能力更强，负载能力和机器人质量比相对于串联型机器人更具优势；

2)该机构的动平台在空间上有两个转动自由度及一个平移自由度，使得搅拌摩擦焊头能够适应较为复杂的空间曲面焊缝，具有良好的灵活性及姿态调整能力；

3)该机构每条运动支链仅有一个驱动部分，因此驱动关节累积的误差小，可以保证较高的运行精度，更能适应工业制造中搅拌摩擦焊的焊接需求；

4)该并联机构可以避免在工作空间内的运动奇异现象，运动性能稳定。

附图说明

图1是本发明的立体示意图。

图2是本发明的俯视图。

图中，1静平台，2动平台，3搅拌摩擦焊头，4直线驱动组件，5活动连杆组件，5a主动杆，5b从动杆，6回转驱动轴，7回转驱动组件，8万向节。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。如图1所示设定三坐标系，Z轴为竖直方向，X轴和Y轴为水平方向上相互垂直的两个轴。

如图1所示，一种全周三自由度并联机构，包括静平台1、动平台2、搅拌摩擦焊头3、柔性驱动链，静平台1固定设置，搅拌摩擦焊头3安装在动平台2的几何中心位置，动平台2通过柔性驱动链与静平台1连接。

上述柔性驱动链包括：

一对直线驱动组件4，直线驱动组件4上端通过万向节8与静平台1活动连接，直线驱动组件4下端与动平台2转动连接；

纵向活动的活动连杆组件5，活动连杆组件5下端通过万向节8与动平台2活动连接，活动连杆组件5上端与静平台1转动连接；以及

安装在静平台1上的回转驱动组件7，回转驱动组件7的动力输出端与活动连杆组件5上端传动连接。

上述静平台1上转动连接有回转驱动轴6，回转驱动轴6的轴线水平设置，活动连杆组件5上端固定套装在回转驱动轴6上，回转驱动轴6与回转驱动组件7的动力输出端传动连接。

为了便于阐述，在本实施例中，将柔性驱动链分为运动支链一、运动支链二、运动支链三，将一对直线驱动组件4分别定义为运动支链一、运动支链二，将活动连杆组件5、回转驱动组件7组合而成的部分定义为运动支链三。

具体地，运动支链一和运动支链二的设置限制了动平台2沿X方向的移动和绕Z轴的转动，运动支链三的设置限制了动平台2沿Y方向的移动和绕Z轴的转动，因此动平台2仅存绕XY轴的转动和沿Z轴移动的三个自由度，相对于一般的六自由度机器人，在满足焊接需要的条件下更便于控制。

上述搅拌摩擦焊头3能够适应较为复杂的空间曲面焊缝，具有良好的灵活性及姿态调整能力。这样所形成的并联机构具有两个转动和一个移动的自由度特征，且这三个自由度的性质和数量不会随着动平台2位置的改变而发生变化，因此称之为全周自由度。

上述活动连杆组件5由主动杆5a和从动杆5b组成，主动杆5a上端固定套装在回转驱动轴6上，主动杆5a下端转动连接从动杆5b上端，从动杆5b下端通过万向节8与动平台2活动连接。

上述回转驱动组件7设置为电机或回转液压缸。

上述直线驱动组件4设置为直线电机或直线液压缸或滚珠丝杠驱动器。驱动方式的选择取决于工作载荷的大小。

如图2所示，以俯视视角为准安装在静平台1上的两个万向节8和回转驱动轴6的位置布局呈现为等腰三角形；以俯视视角为准安装在动平台2上的一个万向节8和两个直线驱动组件4转动连接点的位置布局也呈现为等腰三角形(包含但不限于等腰直角三角形的布局情况)，有效避免了该机构在工作空间内发生运动奇异的现象。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全周三自由度并联机构，其特征在于：包括静平台(1)、动平台(2)、搅拌摩擦焊头(3)、柔性驱动链，所述静平台(1)固定设置，所述搅拌摩擦焊头(3)安装在动平台(2)上，所述动平台(2)通过柔性驱动链与静平台(1)连接；

所述柔性驱动链包括：

一对直线驱动组件(4)，所述直线驱动组件(4)上端通过万向节(8)与静平台(1)活动连接，所述直线驱动组件(4)下端与动平台(2)转动连接；

纵向活动的活动连杆组件(5)，所述活动连杆组件(5)下端通过万向节(8)与动平台(2)活动连接，所述活动连杆组件(5)上端与静平台(1)转动连接；以及

安装在静平台(1)上的回转驱动组件(7)，所述回转驱动组件(7)的动力输出端与活动连杆组件(5)上端传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种全周三自由度并联机构，其特征在于：所述静平台(1)上转动连接有回转驱动轴(6)，所述回转驱动轴(6)的轴线水平设置，所述活动连杆组件(5)上端固定套装在回转驱动轴(6)上，所述回转驱动轴(6)与回转驱动组件(7)的动力输出端传动连接。

3.根据权利要求1所述的一种全周三自由度并联机构，其特征在于：以俯视视角为准安装在静平台(1)上的两个万向节(8)和回转驱动轴(6)的位置布局呈现为等腰三角形。

4.根据权利要求3所述的一种全周三自由度并联机构，其特征在于：以俯视视角为准安装在动平台(2)上的一个万向节(8)和两个直线驱动组件(4)转动连接点的位置布局呈现为等腰三角形。

5.根据权利要求2所述的一种全周三自由度并联机构，其特征在于：所述活动连杆组件(5)由主动杆(5a)和从动杆(5b)组成，所述主动杆(5a)上端固定套装在回转驱动轴(6)上，所述主动杆(5a)下端转动连接从动杆(5b)上端，所述从动杆(5b)下端通过万向节(8)与动平台(2)活动连接。

6.根据权利要求2所述的一种全周三自由度并联机构，其特征在于：所述回转驱动组件(7)设置为电机或回转液压缸。

7.根据权利要求1所述的一种全周三自由度并联机构，其特征在于：所述搅拌摩擦焊头(3)安装在动平台(2)的几何中心位置。

8.根据权利要求1所述的一种全周三自由度并联机构，其特征在于：所述直线驱动组件(4)设置为直线电机或直线液压缸或滚珠丝杠驱动器。