CN110509285A - 一种大型回转类构件移动式加工机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型回转类构件移动式加工机器人，包括：并联加工模块，并联加工模块包括主轴和第一至第五支链，通过五个支链的直线驱动实现五自由度的转动；工件回转平台，工件回转平台用于装卡工件和实现工件的回转运动；模块移动导轨，模块移动导轨实现并联加工模块的移动。该加工机器人具有加工灵活、集成化高、加工效率高、占地面积小的优点，满足不便用于传统机床加工的大型回转类构件的加工需求。

Description

一种大型回转类构件移动式加工机器人

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体地，本发明特别涉及一种面向大型回转构件的加工装置。

背景技术

从某种意义上说，机械制造技术担负着支持最新科学发展和发明的重要使命，它正在成为经济发展和人民生活的主要技术支撑，成为加速高新技术发展和国防现代化的主要技术支撑。大型成套设备的开发成功使得各种重点工程的建设成为可能，应现代加工装备的需求，为提高劳动生产率、加工的灵活性、柔顺性和扩大应用范围，加工装备应至少具有五轴联动的加工能力，同时满足一次装卡五面加工的能力。应国家重大项目和工程的需求，大型回转类构件已被广泛应用于各项关键技术领域，如航空航天、船舶舰艇等，其高效高质量制造对国家安全至关重要。一方面，由于大型回转类构件的尺寸和质量均较大，往往超出目前现有的传统加工中心的加工能力，尤其在工作空间这方面，另一方面，开发对应的专用大型加工设备的成本极高，且利用率低，容易造成资源的浪费。

在现有的技术中，针对大型构件和复杂结构件的加工往往是通过高架式龙门加工中心，其移动部件质量大，能耗高。此外，造价也普遍偏昂贵，同时存在加工模式固定，加工柔性及加工效率较低等缺陷，传统的龙门式多轴数控机床已不能满足国家各项重大项和工程的需求。

相关技术中的加工装备多采用串联机构，其存在运动部件质量大、误差累积等问题。相对串联机构，并联机构是由两个或多个运动学支链构成的闭环并且能控制终端实现一定输出运动的机构，由于具有布局紧凑、刚度高、高动态性能以及可实现模块化等特点，模块化的并联机构是各项关键技术领域迫切需求的有效解决方案之一。虽然五自由度并联机构是少自由度并联机构中重要的一类，但具有实用价值的五自由度并联机构的成功应用案例很少。

发明内容

本发明是为解决目前传统机床由于工作空间的限制，在加工大型构件时无法胜任的问题。现提供一种面向大型回转类构件移动式加工机器人，可实现根据加工需求来快速配套与之对应尺寸的模块移动轨道，实现对任意尺寸的大型回转类构件的加工，并且具有集成化高、效率高、占地空间小，拆装运输方便等优点。

为达到上述目的，本发明的实施例提出了一种大型回转类构件移动式加工机器人，它包括一个工件回转平台300、若干个并联加工模块100和若干个模块移动导轨200，工件回转平台300，用于装卡工件并实现工件的回转运动，模块移动导轨200，设于工件回转平台300周围，其上设有连接架220，并联加工模块100，与连接架220固接，用于对工件表面进行加工；并联加工模块100能够在模块移动导轨200上进行移动，并联加工模块100配合工件回转平台300实现并联加工模块100相对于工件表面的周向运动；

在优选的实施方案中，模块移动导轨200还包括立式导轨210、卧式导轨240，立式导轨210与卧式导轨240连接，并沿卧式导轨240运动，连接架220与立式导轨210连接，并沿立式导轨210运动，并联加工模块100通过连接架220的带动在立式导轨210上进行运动；

在优选的实施方案中，模块移动导轨200还包括底板260、立式导轨丝杠230以及卧式导轨丝杠250，卧式导轨240安装于底板260上，卧式导轨丝杠250贯穿设置于卧式导轨240的中间位置，立式导轨丝杠230贯穿设置于立式导轨210的中间位置；

在优选的实施方案中，并联加工模块100包括机架110、第一至第五支链和主轴120，第一至第五支链进行直线运动并彼此配合实现五轴联动，第一支链I设置有第一电机121、第一连杆123、第一虎克铰122和第一球铰124，第一连杆123与第一电机121之间通过螺旋副连接，第二支链II设置第二电机131、第二连杆133、第二虎克铰132和第二转动关节134，第三支链III、第四支链IV和第五支链V与第一支链I结构相同且第一至第五支链的连杆结构由五个电机分别独立驱动；

在优选的实施方案中，模块移动导轨的立式导轨丝杠230和卧式导轨丝杠250均由电机驱动；

在优选的实施方案中，移动式加工机器人设置为多个，用以匹配不同的加工效率要求；

在优选的实施方案中，并联加工模块100与工件回转平台300相配合，能够实现一次装卡多面同时加工。

有益效果：

本发明一种大型回转类构件移动式加工机器人，具备加工大型回转类构件的能力，应现代加工装备的需求，为提高劳动生产率、加工的灵活性、柔顺性和扩大应用范围，机器人内部第一至第五支链的设置和配合能够实现五轴联动，满足一次装卡五面加工的能力，机架结构紧凑，经过拓扑优化，重量小，承载能力强，总的来说本发明具有占地空间小、集成化高、拆装方便、加工灵活、效率高的优点，可满足进行大型复杂结构件的加工需求。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。

图1是根据本发明实施例的一种大型回转类构件移动式加工机器人包含工件的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种大型回转类构件移动式加工机器人的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的一种大型回转类构件移动式加工机器人的并联加工模块100的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的一种大型回转类构件移动式加工机器人的并联加工模块100的机架110的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的一种大型回转类构件移动式加工机器人的支链、主轴120的结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的一种大型回转类构件移动式加工机器人的模块移动导轨的结构示意图；

图7是根据本发明再一个实施例的多机联合加工装置；

附图标记：

100、并联加工模块；110、机架；120、主轴；200、模块移动导轨；210、立式导轨；220、连接架；230、立式导轨丝杠；240、卧式导轨；250、卧式导轨丝杠；260、底板；300、工件回转平台；400、待加工大型回转类构件

第一支链I：121、第一电机；123、第一连杆；122、第一虎克铰；124、第一球铰；

第二支链II：131、第二电机；133、第二连杆；132、第二虎克铰；134、第二转动关节；

第三支链III；第四支链IV：第五支链V；

具体实施方式

具体实施方式参照图1至图7具体说明本实施方式，本实施方式的一种大型回转类构件移动式加工机器人，它包括一个工件回转平台300、若干个并联加工模块100和若干个模块移动导轨200，工件回转平台300，用于装卡工件并实现工件的回转运动，移动导轨200，设于工件回转平台300周围，其上设有连接架220，并联加工模块100，与连接架220固接，用于对工件表面进行加工；并联加工模块100能够在模块移动导轨200上进行移动，并联加工模块100配合工件回转平台300实现并联加工模块100相对于工件表面的周向运动。

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1：如图所示，它包括一个工件回转平台300、若干个并联加工模块100和若干个模块移动导轨200，工件回转平台300，用于装卡工件并实现工件的回转运动，模块移动导轨200，设于工件回转平台300周围，其上设有连接架220，并联加工模块100，与连接架220固接，用于对工件表面进行加工；并联加工模块100能够在模块移动导轨200上进行移动，并联加工模块100配合工件回转平台300实现并联加工模块100相对于工件表面的周向运动；模块移动导轨200还包括立式导轨210、卧式导轨240，立式导轨210与卧式导轨240连接，并沿卧式导轨240运动，连接架220与立式导轨210连接，并沿立式导轨210运动，并联加工模块100通过连接架220的带动在立式导轨210上进行运动；模块移动导轨200还包括底板260、立式导轨丝杠230以及卧式导轨丝杠250，卧式导轨240安装于底板260上，卧式导轨丝杠250贯穿设置于卧式导轨240的中间位置，立式导轨丝杠230贯穿设置于立式导轨210的中间位置；并联加工模块100包括机架110、第一至第五支链和主轴120，第一至第五支链进行直线运动并彼此配合实现五轴联动，第一支链I设置有第一电机121、第一连杆123、第一虎克铰122和第一球铰124，第一连杆123与第一电机121之间通过螺旋副连接，第二支链II设置第二电机131、第二连杆133、第二虎克铰132和第二转动关节134，第三支链III、第四支链IV和第五支链V与第一支链I结构相同且第一至第五支链的连杆结构由五个电机分别独立驱动；模块移动导轨的立式导轨丝杠230和卧式导轨丝杠250均由电机驱动，运行过程中先将工件装卡在工件回转平台300上，通过电机带动卧式导轨丝杠250来控制立式导轨210在卧式导轨240上的移动，通过电机带动立式导轨丝杠230来控制并联加工模块100在立式导轨210上的移动，配合工件回转平台300并利用模块移动导轨200完成多面同时加工的效果。

实施例2：如图所示，种大型回转类构件移动式加工机器人，它包括一个工件回转平台300、若干个并联加工模块100和若干个模块移动导轨200，工件回转平台300，用于装卡工件并实现工件的回转运动，模块移动导轨200，设于工件回转平台300周围，其上设有连接架220，并联加工模块100，与连接架220固接，用于对工件表面进行加工；并联加工模块100能够在模块移动导轨200上进行移动，并联加工模块100配合工件回转平台300实现并联加工模块100相对于工件表面的周向运动；模块移动导轨200还包括立式导轨210、卧式导轨240，立式导轨210与卧式导轨240连接，并沿卧式导轨240运动，连接架220与立式导轨210连接，并沿立式导轨210运动，并联加工模块100通过连接架220的带动在立式导轨210上进行运动，模块移动导轨200还包括底板260、立式导轨丝杠230以及卧式导轨丝杠250，卧式导轨240安装于底板260上，卧式导轨丝杠250贯穿设置于卧式导轨240的中间位置，立式导轨丝杠230贯穿设置于立式导轨210的中间位置，并联加工模块100包括机架110、第一至第五支链和主轴120，第一至第五支链进行直线运动并彼此配合实现五轴联动，第一支链I设置有第一电机121、第一连杆123、第一虎克铰122和第一球铰124，第一连杆123与第一电机121之间通过螺旋副连接，第二支链II设置第二电机131、第二连杆133、第二虎克铰132和第二转动关节134，第三支链III、第四支链IV和第五支链V与第一支链I结构相同且第一至第五支链的连杆结构由五个电机分别独立驱动，模块移动导轨的立式导轨丝杠230和卧式导轨丝杠250均由电机驱动，移动式加工机器人设置为多个，用以匹配不同的加工效率要求，并联加工模块100与工件回转平台300相配合，能够实现一次装卡多面同时加工。大型工件需要多自由度整体加工，因此可以在工件周边设置多个移动式加工机器人，对工件周向表面进行全覆盖式加工，且可根据具体的加工要求控制移动式机器人的数量进行调整，多个大型机器人并行加工模式可以大幅度提升工作效率。

实施例3：如图所示并联加工模块100装设有主轴120、第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV、第五支链V，其中，每个支链包括电机、连杆、连接关节。第一支链I、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆与机架110之间的虎克铰用三个旋转轴线相互垂直的转动关节代替。当第一支链I、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆与机架110之间设有三个转动副时、第一支链I、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆与主轴120之间的球铰用两个转动轴线垂直的转动副代替。当第一支链I、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆与主轴120之间设有两个转动副时，两个转动副的轴线所组成的平面分别与第一支链I、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆轴线垂直。

实施例4：如图所示，如图所示并联加工模块100装设有主轴120、第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV、第五支链V，其中，每个支链包括电机、连杆、连接关节。第一支链I、第二支链II、第三支链III、第四支链IV和第五支链V的连杆与机架110之间的虎克铰用两个旋转轴线相互垂直的转动关节代替。第一支链I、第三支链III、第四支链IV、第五支链V的连杆与主轴120之间的球铰用一个虎克铰加一个转动副的复合关节代替。

实施例5：如图所示，第一支链I包括第一电机121、第一连杆123、第一虎克铰122和第一球铰124。第一连杆123与第一电机121之间通过螺旋副连接，第一连杆123与机架110之间通过第一虎克铰122连接、第一连杆123与主轴120间通过一个与第一连杆123轴线垂直的第一球铰124连接。第二支链II包括第二电机131、第二连杆133、第二虎克铰132和第二转动关节134。第二连杆133分别与第二电机131以螺旋副连接，第二连杆133与机架110之间用第二虎克铰132连接、第二连杆133与主轴120间用第二转动关节134连接；第三支链III、第四支链IV和第五支链V与第一支链I结构相同，以实现五个连杆在电机驱动下直线运动。

实施例6：如图所示，包括一个工件回转平台300、若干个并联加工模块100和若干个模块移动导轨200，工件回转平台300，用于装卡工件并实现工件的回转运动，移动导轨200，设于工件回转平台300周围，其上设有连接架220，并联加工模块100，与连接架220固接，用于对工件表面进行加工；并联加工模块100能够在模块移动导轨200上进行移动，并联加工模块100配合工件回转平台300实现并联加工模块100相对于工件表面的周向运动，并联加工模块100包括机架110、第一至第五支链和主轴120，第一至第五支链进行直线运动并彼此配合实现五轴联动，第一支链I设置有第一电机121、第一连杆123、第一虎克铰122和第一球铰124，第一连杆123与第一电机121之间通过螺旋副连接，第二支链II设置第二电机131、第二连杆133、第二虎克铰132和第二转动关节134，第三支链III、第四支链IV和第五支链V与第一支链I结构相同且第一至第五支链的连杆结构由五个电机分别独立驱动，机架110的上部分是半拱球型的桁架式结构，这种桁架式的机架110，结构紧凑，经过拓扑优化，重量小，承载能力强。

实施例7：如图所示，模块移动导轨200还包括立式导轨210、卧式导轨240，立式导轨210与卧式导轨240连接，并沿卧式导轨240运动，连接架220与立式导轨210连接，并沿立式导轨210运动，并联加工模块100通过连接架220的带动在立式导轨210上进行运动，模块移动导轨200还包括底板260、立式导轨丝杠230以及卧式导轨丝杠250，卧式导轨240安装于底板260上，卧式导轨丝杠250贯穿设置于卧式导轨240的中间位置，立式导轨丝杠230贯穿设置于立式导轨210的中间位置，工件装卡在工件回转平台300上，工件回转平台300实现工件的回转运动，以完全实现大型回转类构件表面的加工。本实施例中，连接架220的形状与机架110的上部分的形状贴合，连接架220也为拓扑结构，提高了强度和稳定性，节省了材料，降低了成本。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“”、“”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，是固定连接，也是可拆卸连接，或成一体；是机械连接，也是电连接；是直接相连，也通过中间媒介间接相连，是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种大型回转类构件移动式加工机器人，其特征在于，它包括一个工件回转平台(300)、若干个并联加工模块(100)和若干个模块移动导轨(200)，

所述工件回转平台(300)，用于装卡工件并实现工件的回转运动；

所述模块移动导轨(200)，设于所述工件回转平台(300)周围，其上设有连接架(220)；

所述并联加工模块(100)，与所述连接架(220)固接，用于对工件表面进行加工；所述并联加工模块(100)能够在所述模块移动导轨(200)上进行移动；

所述并联加工模块(100)配合所述工件回转平台(300)实现并联加工模块(100)相对于工件表面的周向运动。

2.根据权利要求1所述的一种大型回转类构件移动式加工机器人，其特征在于，所述模块移动导轨(200)还包括立式导轨(210)、卧式导轨(240)；

所述立式导轨(210)与所述卧式导轨(240)连接，并沿所述卧式导轨(240)运动；

所述连接架(220)与所述立式导轨(210)连接，并沿所述立式导轨(210)运动；

所述并联加工模块(100)通过所述连接架(220)的带动在所述立式导轨(210)上进行运动。

3.根据权利要求2所述的一种大型回转类构件移动式加工机器人，其特征在于，所述模块移动导轨(200)还包括底板(260)、立式导轨丝杠(230)以及卧式导轨丝杠(250)，所述卧式导轨(240)安装于所述底板(260)上，所述卧式导轨丝杠(250)贯穿设置于所述卧式导轨(240)的中间位置，所述立式导轨丝杠(230)贯穿设置于所述立式导轨(210)的中间位置。

4.根据权利要求3所述的一种大型回转类构件移动式加工机器人，其特征在于，

所述并联加工模块(100)包括机架(110)、第一至第五支链和主轴(120)，所述第一至第五支链进行直线运动并彼此配合实现五轴联动；

所述第一支链I设置有第一电机(121)、第一连杆(123)、第一虎克铰(122)和第一球铰(124)，所述第一连杆(123)与第一电机(121)之间通过螺旋副连接；

所述第二支链II设置第二电机(131)、第二连杆(133)、第二虎克铰(132)和第二转动关节(134)，所述第三支链III、第四支链IV和第五支链V与所述第一支链I结构相同且第一至第五支链的连杆结构由五个电机分别独立驱动。

5.根据权利要求4所述的一种大型回转类构件移动式加工机器人，其特征在于，所述模块移动导轨的立式导轨丝杠(230)和卧式导轨丝杠(250)均由电机驱动。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种大型回转类构件移动式加工机器人，其特征在于，所述移动式加工机器人设置为若干个，用以匹配不同的加工效率要求。

7.根据权利要求6所述的一种大型回转类构件移动式加工机器人，其特征在于，所述并联加工模块(100)与所述工件回转平台(300)配合联动，能够实现一次装卡多面同时加工。