CN113459124B - 一种用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，包括框架以及设置在框架内的末端执行机构，末端执行机构包括移动平台及转动平台，移动平台与转动平台之间设有雕刻电机，移动平台通过第一绳索与第一卷绳机构相连，转动平台通过第二绳索与第二卷绳机构相连，第一绳索的收放可驱使末端执行机构在框架内实现X、Y、Z轴方向的移动，第二绳索的收放可驱使末端执行机构在框架内实现X、Y轴方向的转动，末端执行机构的上方设有串联平台，串联平台通过伸缩杆与末端执行机构相连，串联平台用于驱动伸缩杆机构的移动。由上述技术方案可知，本发明具有工作范围大、定位精度高、累积误差小、惯性小、刚度强、结构简单的优点。

Description

一种用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人。

背景技术

目前，被广泛使用的雕刻机大部分都是串联机构，相比于并联机构，串联机构的末端误差会更大，精度低。特别是对于一些曲面角度相对复杂的雕刻，串联机构雕刻机的缺点就会被放大，需要不断更改加工产品的位置角度，从而会很大程度上降低加工效率。目前市面上的五轴加工雕刻机大部分都是采用串联桁架结构，导致累计误差变大，转动惯量大，从而影响到雕刻精度。并联机构具有精度高、工作空间大，定位精度高的优点。绳索牵引并联机构不仅具有上述优点，而且结构更加简单，成本相对较低。

中国专利文献号“CN204547521U”提出了一种混联式结构雕刻机。虽然使用了并联加工头和串联桁架的混联结构，具有精度高，刚度大，承载能力强的特点，但使用的是并联连杆机构，并联连杆机构最大的缺点就是工作空间小，导致雕刻的位置角度受限。

中国专利文献号“CN201659821U”提出了一种索驱动并联雕刻机。虽然使用了索驱动并联结构，能实现多位姿的雕刻，相对于机械桁架的活动范围更加大，但雕刻动平台的转动范围不够大，对于一些雕刻角度相对复杂的产品来说，此机构还不能满足雕刻的需要。而且由于雕刻时的冲击很大，此机构没有缓冲装置，刚度较差。

中国专利文献号“CN205523284U”提出了一种基于并联机械的精工雕刻机，使用了典型的刚性杆并联机构，通过皮带带动刚性杆的移动。整体结构相对复杂，相对于绳索驱动的并联机构，占用的空间更大，而且工作空间更小。

综上所述，目前市场上还没有一种用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，且能同时解决串联雕刻机末端积累误差过大，定位精度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，该机器人既保证了雕刻机的整体刚度，又解决了雕刻机末端误差大、定位精度低的问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括框架以及设置在框架内的末端执行机构，所述的末端执行机构包括上下方向水平布置的移动平台及转动平台，所述的移动平台与转动平台之间设有雕刻电机，且雕刻电机的输出轴贯穿转动平台后与雕刻头相连，所述的雕刻头指向位于末端执行机构下方的工件，所述的工件通过工件夹紧机构实现夹持固定，所述的工件夹紧机构对工件的夹持位置可调整；所述的移动平台通过第一绳索与第一卷绳机构相连，所述的转动平台通过第二绳索与第二卷绳机构相连，第一绳索的收放可驱使末端执行机构在框架内实现X、Y、Z轴方向的移动，第二绳索的收放可驱使末端执行机构在框架内实现X、Y轴方向的转动，所述末端执行机构的上方设有沿X轴方向布置的第一丝杠滑块机构以及沿Y轴方向布置的第二丝杠滑块机构，所述的第一丝杠滑块机构与第二丝杠滑块机构通过连接板相连形成串联平台，所述的末端执行机构通过伸缩杆机构与串联平台相连，所述的串联平台用于驱动伸缩杆机构的移动。

所述的框架整体呈方形，由上框体、下框体以及连接上框体、下框体的立柱组成，所述的串联平台固定在上框体上，所述的下框体上固定有底板，所述底板的上方固定有用于放置工件的雕刻台，底板与雕刻台之间留有间隙。

所述的移动平台为方形结构，所述的转动平台为等边三角形结构，所述的雕刻电机通过电机固定框与转动平台相固定，所述的电机固定框与移动平台之间设有连接两者的磁流变阻尼器，磁流变阻尼器的固定端与移动平台的底面铰接相连，磁流变阻尼器的活塞杆端通过球头轴承与电机固定框连接。

所述的伸缩杆机构包括上下方向依次平行设置的第一固定座、滑动座与第二固定座，所述第一固定座的顶部通过十字万向节与连接块相连，所述第二固定座的底部与移动平台的上表面固连，所述的第一固定座、滑动座、第二固定座之间设有连接三者的滑动杆，所述滑动杆的两端分别与第一固定座及第二固定座固连，所述的滑动杆通过第一滑动直线轴承与滑动座形成滑动配合，所述的第一固定座与滑动座之间的滑动杆上套设有弹簧，所述的弹簧始终处于压缩状态，所述弹簧的两端分别与第一弹簧套筒及第二弹簧套筒相连，所述的第一弹簧套筒及第二弹簧套筒分别套设在滑动杆上，且第一弹簧套筒与第一固定座固连，第二弹簧套筒与滑动座固连，所述的滑动杆对称设置两根。

所述的滑动座与第二固定座之间设有连接两者的伸缩轴，所述伸缩轴的一端与滑动座固连，所述伸缩轴的另一端贯穿第二固定座后与移动平台固连，所述的第二固定座上设有与伸缩轴形成滑动配合的第二滑动直线轴承。

所述的连接板整体呈倒U型，包括沿X轴方向设置的水平板以及垂直于水平板两端的第一立板、第二立板，所述的连接板跨设在上框体上且在上框体上可沿Y轴方向滑动；

所述的第一丝杠滑块机构包括沿X轴方向设置的第一丝杠，第一丝杠上设有与其相配合的第一丝杠滑块，所述的第一丝杠位于上框体的下方，且第一丝杠的一端与固定在第一立板上的第一丝杠电机相连，第一丝杠的另一端与固定在第二立板上的第二丝杠支撑座相连，所述的第一丝杠滑块与伸缩杆机构之间设有连接两者的连接块；

所述的第二丝杠滑块机构包括沿Y轴方向设置的第二丝杠，第二丝杠上设有与其相配合的第二丝杠滑块，所述第二丝杠的一端与固定在上框体上的第二丝杠电机相连，第二丝杠的另一端与固定在上框体上的第二丝杠支撑座相连，所述的第二丝杠滑块固定在水平板的上板面，所述水平板的下板面设有沿水平板长度方向设置的滑轨，与滑轨相配合的滑块通过减震器与第一丝杠滑块相连。

所述的第一卷绳机构包括第一卷绳电机、第一卷筒、连接第一卷筒滚轴与第一卷绳电机的第一联轴器，所述的第一卷绳电机通过第一电机底座安装在底板上，所述的第一卷筒通过第一卷筒支撑立板安装在底板上；

所述第一绳索的一端固定在第一卷筒上，第一绳索的另一端依次绕经第一导向滑轮、第二导向滑轮后与移动平台连接，所述的移动平台与第二导向滑轮之间的第一绳索上设有拉力传感器，所述的第一导向滑轮与第二导向滑轮之间的第一绳索呈竖直方向，所述的第一导向滑轮设置在底板上，所述的第二导向滑轮设置在上框体上，且第一导向滑轮与第二导向滑轮均为竖直方向布置的导向滑轮，所述的第一卷绳机构与第一绳索均分别设置四组，四组第一绳索的一端分别连接在移动平台的四角处。

所述的第二卷绳机构包括第二卷绳电机、第二卷筒、连接第二卷筒滚轴与第二卷绳电机的第二联轴器，所述的第二卷绳电机通过第二电机底座安装在底板上，所述的第二卷筒通过第二卷筒支撑立板安装在底板上；

所述第二绳索的一端固定在第二卷筒上，第二绳索的另一端绕经第三导向滑轮后经雕刻台上的通孔穿出，再依次绕经第四导向滑轮、第五导向滑轮后与转动平台相连，所述的第三导向滑轮固定在底板上，所述的第四导向滑轮固定在框架的横梁上，所述的第五导向滑轮固定在移动平台上，所述的第三导向滑轮为水平方向布置的导向滑轮，所述的第四导向滑轮与第五导向滑轮为竖直方向布置的导向滑轮，所述的第二卷绳机构与第二绳索分别设置三组，三组第二绳索的一端分别连接在转动平台的三角处，三组第四导向滑轮在框架横梁上呈120°间隔布置，三组第五导向滑轮在移动平台上呈120°间隔布置。

所述的工件夹紧机构包括沿Y轴方向对称设置且结构相同的第一滑块连接板及第二滑块连接板，所述第一滑块连接板上板面的两端分别设有压板，两块所述的压板形成对工件相对应两边的夹持，所述第一滑块连接板的下板面通过第三丝杠滑块机构与底板相连，所述的第三丝杠滑块机构包括第三丝杠、与第三丝杠相配合的第三滑块，所述第三丝杠的一端与设置在底板上的第三丝杠电机相连，第三丝杠的另一端与设置在底板上的第三丝杠支撑座相连，所述的第三滑块固定在第一滑块连接板的中间位置。

所述的底板上沿X轴方向对称设有两组第一滑轨，两组第一滑轨对称设置在第三丝杠的两侧，第一滑块连接板下板面的两端分别通过第一滑块与第一滑轨相配合连接，第一滑块的上方固定有气缸，气缸的活塞杆呈竖直方向布置，且气缸的活塞杆端连接有直线电机，所述直线电机的输出端与丝杠同轴连接，丝杠上套设有与丝杠相配合的套筒，所述的丝杠沿Y轴方向设置，且压板连接在丝杠远离直线电机的一端。

由上述技术方案可知，本发明通过四组第一绳索的收放配合来实现雕刻电机X、Y、Z轴方向的移动自由度，通过三组第二绳索的收放配合来实现雕刻电机X、Y轴方向的转动自由度，从而实现对待加工材料的五轴雕刻，通过串联平台驱动伸缩杆机构的移动，在保证雕刻电机位姿变换更灵活的基础上，还保证了末端执行机构的刚度，具有工作范围大、定位精度高、累积误差小、惯性小、刚度强、结构简单的优点。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明串联平台的结构示意图。

图3是本发明第一卷绳机构、第二卷绳机构、工件夹紧机构的结构示意图。

图4是图3的A部放大图。

图5是图3的俯视图。

图6是本发明末端执行机构的结构示意图。

图7是本发明末端执行机构与伸缩杆机构的连接示意图。

图8是本发明伸缩杆机构的结构示意图。

图9是本发明第一卷绳机构的结构示意图。

上述附图中的标记为：框架1、上框体11、下框体12、立柱13、底板14、雕刻台15、通孔151、末端执行机构2、移动平台21、转动平台22、雕刻电机23、电机固定框24、磁流变阻尼器25、球头轴承26、工件3、第一绳索4、第一卷绳机构41、第一卷绳电机411、第一卷筒412、第一联轴器413、第一电机底座414、第一卷筒支撑立板415、第一导向滑轮42、第二导向滑轮43、拉力传感器44、第二绳索5、第二卷绳机构51、第二卷绳电机511、第二卷筒512、第三导向滑轮52、第四导向滑轮53、第五导向滑轮54、第一丝杠滑块机构61、第一丝杠611、第一丝杠滑块612、第一丝杠电机613、第二丝杠支撑座614、第二丝杠滑块机构62、第二丝杠621、第二丝杠滑块622、第二丝杠电机623、第二丝杠支撑座624、连接板63、水平板631、第一立板632、第二立板633、滑轨634、滑块635、减震器636、伸缩杆机构7、第一固定座71、十字万向节711、滑动座72、第二固定座73、滑动杆74、弹簧75、第一弹簧套筒751、第二弹簧套筒752、伸缩轴76、工件夹紧机构8、第一滑块连接板81、第二滑块连接板82、压板83、第三丝杠滑块机构84、第三丝杠841、第三滑块842、第三丝杠电机843、第三丝杠支撑座844相连、第一滑轨85、第一滑块86、气缸87、直线电机88、丝杠89、套筒891、连接块9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的一种用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，包括框架1以及设置在框架1内的末端执行机构2，末端执行机构2包括上下方向水平布置的移动平台21及转动平台22，移动平台21与转动平台22之间设有雕刻电机23，且雕刻电机23的输出轴贯穿转动平台22后与雕刻头相连，雕刻头指向位于末端执行机构2下方的工件3，工件3通过工件夹紧机构8实现夹持固定，工件夹紧机构8对工件3的夹持位置可调整；移动平台21通过第一绳索4与第一卷绳机构41相连，转动平台22通过第二绳索5与第二卷绳机构51相连，第一绳索4的收放可驱使末端执行机构2在框架1内实现X、Y、Z轴方向的移动，第二绳索5的收放可驱使末端执行机构2在框架1内实现X、Y轴方向的转动，末端执行机构2的上方设有沿X轴方向布置的第一丝杠滑块机构61以及沿Y轴方向布置的第二丝杠滑块机构62，第一丝杠滑块机构61与第二丝杠滑块机构62通过连接板63相连形成串联平台，末端执行机构2通过伸缩杆机构7与串联平台相连，串联平台用于驱动伸缩杆机构7的移动。

进一步的，框架1整体呈方形，由上框体11、下框体12以及连接上框体11、下框体12的立柱13组成，串联平台固定在上框体11上，下框体12上固定有底板14，底板14的上方固定有用于放置工件3的雕刻台15，底板14与雕刻台15之间留有间隙。优选的，框架1由12根X型铝型材连接而成，每两根相邻的铝型材用L型连接板通过螺钉紧定连接。底板14与雕刻台15均固定在框架1上，底14位于雕刻台15的下方。

进一步的，如图6所示，移动平台21为方形结构，转动平台22为等边三角形结构，雕刻电机23通过电机固定框24与转动平台22相固定，电机固定框24与移动平台21之间设有连接两者的磁流变阻尼器25，磁流变阻尼器25的固定端与移动平台21的底面铰接相连，磁流变阻尼器25的活塞杆端通过球头轴承26与电机固定框24连接。

进一步的，如图7、图8所示，伸缩杆机构7包括上下方向依次平行设置的第一固定座71、滑动座72与第二固定座73，第一固定座71的顶部通过十字万向节711与连接块9相连，第二固定座73的底部与移动平台21的上表面固连，第一固定座71、滑动座72、第二固定座73之间设有连接三者的滑动杆74，滑动杆74的两端分别与第一固定座71及第二固定座73固连，滑动杆74通过第一滑动直线轴承与滑动座72形成滑动配合，第一固定座71与滑动座72之间的滑动杆上套设有弹簧75，弹簧75始终处于压缩状态，弹簧75的两端分别与第一弹簧套筒751及第二弹簧套筒752相连，第一弹簧套筒751及第二弹簧套筒752分别套设在滑动杆74上，且第一弹簧套筒751与第一固定座71固连，第二弹簧套筒752与滑动座72固连，滑动杆74对称设置两根。

进一步的，滑动座72与第二固定座73之间设有连接两者的伸缩轴76，伸缩轴76的一端与滑动座72固连，伸缩轴76的另一端贯穿第二固定座73后与移动平台21固连，第二固定座73上设有与伸缩轴76形成滑动配合的第二滑动直线轴承。

由于伸缩轴76一端固定在末端执行机构2的移动平台21上，当末端执行机构2沿Z轴方向移动时，带动伸缩轴76沿Z轴方向在滑动杆74上移动，由于伸缩轴76另一端与第二固定座72固定，伸缩轴76的移动带动第二固定座72移动，从而拉伸弹簧75。弹簧75始终处于压缩状态，起到增加刚度缓冲减震的作用。

进一步的，如图2所示，连接板63整体呈倒U型，包括沿X轴方向设置的水平板631以及垂直于水平板631两端的第一立板632、第二立板633，连接板63跨设在上框体11上且在上框体11上可沿Y轴方向滑动，即水平板63的下板面上设有与构成上框体11的X型铝型材相配合的滑动块。

第一丝杠滑块机构61包括沿X轴方向设置的第一丝杠611，第一丝杠611上设有与其相配合的第一丝杠滑块612，第一丝杠611位于上框体11的下方，且第一丝杠611的一端与固定在第一立板632上的第一丝杠电机613相连，第一丝杠611的另一端与固定在第二立板633上的第二丝杠支撑座614相连，第一丝杠滑块612与伸缩杆机构7之间设有连接两者的连接块9。

第二丝杠滑块机构62包括沿Y轴方向设置的第二丝杠621，第二丝杠621上设有与其相配合的第二丝杠滑块622，第二丝杠621的一端与固定在上框体11上的第二丝杠电机623相连，第二丝杠621的另一端与固定在上框体11上的第二丝杠支撑座624相连，第二丝杠滑块622固定在水平板631的上板面，水平板631的下板面设有沿水平板631长度方向设置的滑轨634，与滑轨634相配合的滑块635通过减震器636与第一丝杠滑块612相连。

末端执行机构2是采用柔索进行驱动的，要保证柔索并联驱动平台的刚度，就要在末端执行机构2上方设置刚性杆或者其他装置以增加整体结构的刚度。本发明采用刚性伸缩杆机构7的方式，既起到增加刚度的作用，又起到缓冲减震的作用，串联平台的作用就是用来调整伸缩杆机构7的位置，通过控制第一丝杠电机613和第二丝杠电机623，保证伸缩杆机构7始终处于末端执行机构2的正上方并垂直于末端执行机构的移动平台21。

进一步的，如图9所示，第一卷绳机构41包括第一卷绳电机411、第一卷筒412、连接第一卷筒滚轴与第一卷绳电机411的第一联轴器413，第一卷绳电机411通过第一电机底座414安装在底板14上，第一卷筒412通过第一卷筒支撑立板415安装在底板14上；第一绳索4的一端固定在第一卷筒412上，第一绳索4的另一端依次绕经第一导向滑轮42、第二导向滑轮43后与移动平台21连接，移动平台21与第二导向滑轮43之间的第一绳索4上设有拉力传感器44，第一导向滑轮42与第二导向滑轮43之间的第一绳索4呈竖直方向，第一导向滑轮42设置在底板14上，第二导向滑轮43设置在上框体11上，且第一导向滑轮42与第二导向滑轮43均为竖直方向布置的导向滑轮，第一卷绳机构41与第一绳索4均分别设置四组，四组第一绳索4的一端分别连接在移动平台21的四角处。

进一步的，第二卷绳机构51包括第二卷绳电机511、第二卷筒512、连接第二卷筒滚轴与第二卷绳电机511的第二联轴器，第二卷绳电机511通过第二电机底座安装在底板14上，第二卷筒512通过第二卷筒支撑立板安装在底板14上；第二绳索5的一端固定在第二卷筒512上，第二绳索5的另一端绕经第三导向滑轮52后经雕刻台15上的通孔151穿出，再依次绕经第四导向滑轮53、第五导向滑轮54后与转动平台22相连，第三导向滑轮52固定在底板14上，第四导向滑轮53固定在框架的横梁上，第五导向滑轮54固定在移动平台21上，第三导向滑轮52为水平方向布置的导向滑轮，第四导向滑轮53与第五导向滑轮54为竖直方向布置的导向滑轮，第二卷绳机构51与第二绳索5分别设置三组，三组第二绳索5的一端分别连接在转动平台22的三角处，三组第四导向滑轮53在框架横梁上呈120°间隔布置，三组第五导向滑轮54在移动平台21上呈120°间隔布置。

进一步的，如图3、图4、图5所示，工件夹紧机构8包括沿Y轴方向对称设置且结构相同的第一滑块连接板81及第二滑块连接板82。第一滑块连接板81上板面的两端分别设有压板83，两块压板83形成对工件3相对应两边的夹持，第一滑块连接板81的下板面通过第三丝杠滑块机构84与底板14相连，第三丝杠滑块机构84包括第三丝杠841、与第三丝杠841相配合的第三滑块842，第三丝杠841的一端与设置在底板14上的第三丝杠电机843相连，第三丝杠841的另一端与设置在底板14上的第三丝杠支撑座844相连，第三滑块842固定在第一滑块连接板81的中间位置。底板14上沿X轴方向对称设有两组第一滑轨85，两组第一滑轨85对称设置在第三丝杠841的两侧，第一滑块连接板81下板面的两端分别通过第一滑块86与第一滑轨85相配合连接，第一滑块86的上方固定有气缸87，气缸87的活塞杆呈竖直方向布置，且气缸87的活塞杆端连接有直线电机88，直线电机88的输出端与丝杠89同轴连接，丝杠89上套设有与丝杠89相配合的套筒891，丝杠89沿Y轴方向设置，且压板83连接在丝杠89远离直线电机88的一端。上述以第一滑块连接板81为例进行说明，第二滑块连接板82的结构与之相同，在此不再赘述。

工件夹紧机构8对工件3进行固定夹持，通过控制气缸87可以调节夹持的高度，通过控制直线电机88可以调节夹持的宽度，通过第三丝杠电机843可以调节对工件的最佳夹持位置。

本发明的工作原理及工作过程如下：

五轴雕刻的实现过程：第一卷绳电机411是第一卷绳机构41的动力源，第一卷绳电机411的正、反转可以控制第一绳索4的收放，四组第一绳索4通过收放配合可以带动移动平台21移动，从而使末端执行机构2在框架1内整体移动，使雕刻电机23在空间范围内实现X轴、Y轴、Z轴方向的移动。与第一绳索4相连的拉力传感器44能实时监控第一绳索4所承受的拉力，同时，拉力传感器44和伸缩杆机构7上的弹簧75共同保证第一绳索4始终处于张紧状态。同理，第二卷绳电机511是第二卷绳机构41的动力源，第二卷绳电机511的正、反转可以控制第二绳索5的收放，三组第二绳索5通过收放配合可以使末端执行机构2的转动平台22转动，转动平台22的转动可以带动雕刻电机23在空间范围内实现X轴、Y轴方向转动。

第一丝杠电机613和第二丝杠电机623是伸缩杆机构7移动的动力源，通过控制第二丝杠电机623来驱动第一丝杠611的移动，通过控制第一丝杠电机613来驱动第一丝杠滑块612的移动，从而实现通过控制第二丝杠电机623和第一丝杠电机613来控制伸缩杆机构7的移动，伸缩杆机构7始终处于竖直状态，即伸缩杆机构7始终跟随末端执行机构2的位移变化，当末端执行机构2沿Z轴方向移动时，串联平台不需要驱动伸缩杆机构7移动，伸缩杆机构7跟随末端执行机构2沿Z轴伸长一定的长度即可。当末端执行机构2沿X轴方向移动时，串联平台的第一丝杠电机613驱动第一丝杠滑块612移动，从而带动伸缩杆机构7沿X轴方向移动，移动的距离和末端执行机构2移动的距离一致，从而保证伸缩杆机构7在末端执行机构2的正上方并垂直于末端执行机构2的移动平台21。末端执行机构2上的磁流变阻尼器25在实现空间任意位姿定位时可以任意伸长，在进行雕刻时，为磁流变阻尼器25接入电源，使磁流变阻尼器25输出的阻尼力增大，从而实现雕刻时的缓冲减震，伸缩杆机构7上的弹簧75也可以对雕刻时的冲击力进行缓冲，伸缩杆机构7上方的减震器636跟随着第一丝杠滑块61移动，再次起到减震作用。

本发明的有益效果在于：1）本发明针对圆雕雕刻，采用第一绳索和第二绳索并联的方式来控制末端执行机构的空间定位，使得末端执行机构的位姿变换更加灵活；2）本发明可实现五轴雕刻，末端执行机构通过四组第一绳索的收放配合可实现雕刻电机X、Y、Z轴方向的三个平移自由度，通过三组第二绳索的收放配合可实现雕刻电机X、Y轴方向的两个旋转自由度，从而在空间内可实现多位姿的雕刻；3）本发明的第一绳索和第二绳索采用并联方式，第一丝杠滑块机构和第二丝杠滑块机构采用串联方式，通过串联、并联同时作用的方式来保证末端执行机构具有足够的刚度；4）本发明既具有柔索并联机构工作范围大、定位精度高、累积误差小、惯性小、结构简单的优点，又通过使用串联驱动机构保证了雕刻加工时的刚度；5）本发明的工件夹紧机构对工件的夹持位置可进行调节，可针对圆雕所用的不同的材料形状合理选择夹持位置，从而保证对工件的夹持位置为最佳位置。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，其特征在于：包括框架（1）以及设置在框架（1）内的末端执行机构（2），所述的末端执行机构（2）包括上下方向水平布置的移动平台（21）及转动平台（22），所述的移动平台（21）与转动平台（22）之间设有雕刻电机（23），且雕刻电机（23）的输出轴贯穿转动平台（22）后与雕刻头相连，所述的雕刻头指向位于末端执行机构（2）下方的工件（3），所述的工件（3）通过工件夹紧机构（8）实现夹持固定，所述的工件夹紧机构（8）对工件（3）的夹持位置可调整；所述的移动平台（21）通过第一绳索（4）与第一卷绳机构（41）相连，所述的转动平台（22）通过第二绳索（5）与第二卷绳机构（51）相连，第一绳索（4）的收放可驱使末端执行机构（2）在框架（1）内实现X、Y、Z轴方向的移动，第二绳索（5）的收放可驱使末端执行机构（2）在框架（1）内实现X、Y轴方向的转动，所述末端执行机构（2）的上方设有沿X轴方向布置的第一丝杠滑块机构（61）以及沿Y轴方向布置的第二丝杠滑块机构（62），所述的第一丝杠滑块机构（61）与第二丝杠滑块机构（62）通过连接板（63）相连形成串联平台，所述的末端执行机构（2）通过伸缩杆机构（7）与串联平台相连，所述的串联平台用于驱动伸缩杆机构（7）的移动。

2.根据权利要求1所述的用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，其特征在于：所述的框架（1）整体呈方形，由上框体（11）、下框体（12）以及连接上框体（11）、下框体（12）的立柱（13）组成，所述的串联平台固定在上框体（11）上，所述的下框体（12）上固定有底板（14），所述底板（14）的上方固定有用于放置工件（3）的雕刻台（15），底板（14）与雕刻台（15）之间留有间隙。

3.根据权利要求1所述的用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，其特征在于：所述的移动平台（21）为方形结构，所述的转动平台（22）为等边三角形结构，所述的雕刻电机（23）通过电机固定框（24）与转动平台（22）相固定，所述的电机固定框（24）与移动平台（21）之间设有连接两者的磁流变阻尼器（25），磁流变阻尼器（25）的固定端与移动平台（21）的底面铰接相连，磁流变阻尼器（25）的活塞杆端通过球头轴承（26）与电机固定框（24）连接。

4.根据权利要求1所述的用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，其特征在于：所述的伸缩杆机构（7）包括上下方向依次平行设置的第一固定座（71）、滑动座（72）与第二固定座（73），所述第一固定座（71）的顶部通过十字万向节（711）与连接块（9）相连，所述第二固定座（73）的底部与移动平台（21）的上表面固连，所述的第一固定座（71）、滑动座（72）、第二固定座（73）之间设有连接三者的滑动杆（74），所述滑动杆（74）的两端分别与第一固定座（71）及第二固定座（73）固连，所述的滑动杆（74）通过第一滑动直线轴承与滑动座（72）形成滑动配合，所述的第一固定座（71）与滑动座（72）之间的滑动杆上套设有弹簧（75），所述的弹簧（75）始终处于压缩状态，所述弹簧（75）的两端分别与第一弹簧套筒（751）及第二弹簧套筒（752）相连，所述的第一弹簧套筒（751）及第二弹簧套筒（752）分别套设在滑动杆（74）上，且第一弹簧套筒（751）与第一固定座（71）固连，第二弹簧套筒（752）与滑动座（72）固连，所述的滑动杆（74）对称设置两根。

5.根据权利要求4所述的用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，其特征在于：所述的滑动座（72）与第二固定座（73）之间设有连接两者的伸缩轴（76），所述伸缩轴（76）的一端与滑动座（72）固连，所述伸缩轴（76）的另一端贯穿第二固定座（73）后与移动平台（21）固连，所述的第二固定座（73）上设有与伸缩轴（76）形成滑动配合的第二滑动直线轴承。

6.根据权利要求2所述的用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，其特征在于：所述的连接板（63）整体呈倒U型，包括沿X轴方向设置的水平板（631）以及垂直于水平板（631）两端的第一立板（632）、第二立板（633），所述的连接板（63）跨设在上框体（11）上且在上框体（11）上可沿Y轴方向滑动；

所述的第一丝杠滑块机构（61）包括沿X轴方向设置的第一丝杠（611），第一丝杠（611）上设有与其相配合的第一丝杠滑块（612），所述的第一丝杠（611）位于上框体（11）的下方，且第一丝杠（611）的一端与固定在第一立板（632）上的第一丝杠电机（613）相连，第一丝杠（611）的另一端与固定在第二立板（633）上的第二丝杠支撑座（614）相连，所述的第一丝杠滑块（612）与伸缩杆机构（7）之间设有连接两者的连接块（9）；

所述的第二丝杠滑块机构（62）包括沿Y轴方向设置的第二丝杠（621），第二丝杠（621）上设有与其相配合的第二丝杠滑块（622），所述第二丝杠（621）的一端与固定在上框体（11）上的第二丝杠电机（623）相连，第二丝杠（621）的另一端与固定在上框体（11）上的第二丝杠支撑座（624）相连，所述的第二丝杠滑块（622）固定在水平板（631）的上板面，所述水平板（631）的下板面设有沿水平板（631）长度方向设置的滑轨（634），与滑轨（634）相配合的滑块（635）通过减震器（636）与第一丝杠滑块（612）相连。

7.根据权利要求2所述的用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，其特征在于：所述的第一卷绳机构（41）包括第一卷绳电机（411）、第一卷筒（412）、连接第一卷筒滚轴与第一卷绳电机（411）的第一联轴器（413），所述的第一卷绳电机（411）通过第一电机底座（414）安装在底板（14）上，所述的第一卷筒（412）通过第一卷筒支撑立板（415）安装在底板（14）上；

所述第一绳索（4）的一端固定在第一卷筒（412）上，第一绳索（4）的另一端依次绕经第一导向滑轮（42）、第二导向滑轮（43）后与移动平台（21）连接，所述的移动平台（21）与第二导向滑轮（43）之间的第一绳索（4）上设有拉力传感器（44），所述的第一导向滑轮（42）与第二导向滑轮（43）之间的第一绳索（4）呈竖直方向，所述的第一导向滑轮（42）设置在底板（14）上，所述的第二导向滑轮（43）设置在上框体（11）上，且第一导向滑轮（42）与第二导向滑轮（43）均为竖直方向布置的导向滑轮，所述的第一卷绳机构（41）与第一绳索（4）均分别设置四组，四组第一绳索（4）的一端分别连接在移动平台（21）的四角处。

8.根据权利要求2所述的用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，其特征在于：所述的第二卷绳机构（51）包括第二卷绳电机（511）、第二卷筒（512）、连接第二卷筒滚轴与第二卷绳电机（511）的第二联轴器，所述的第二卷绳电机（511）通过第二电机底座安装在底板（14）上，所述的第二卷筒（512）通过第二卷筒支撑立板安装在底板（14）上；

所述第二绳索（5）的一端固定在第二卷筒（512）上，第二绳索（5）的另一端绕经第三导向滑轮（52）后经雕刻台（15）上的通孔（151）穿出，再依次绕经第四导向滑轮（53）、第五导向滑轮（54）后与转动平台（22）相连，所述的第三导向滑轮（52）固定在底板（14）上，所述的第四导向滑轮（53）固定在框架的横梁上，所述的第五导向滑轮（54）固定在移动平台（21）上，所述的第三导向滑轮（52）为水平方向布置的导向滑轮，所述的第四导向滑轮（53）与第五导向滑轮（54）为竖直方向布置的导向滑轮，所述的第二卷绳机构（51）与第二绳索（5）分别设置三组，三组第二绳索（5）的一端分别连接在转动平台（22）的三角处，三组第四导向滑轮（53）在框架横梁上呈120°间隔布置，三组第五导向滑轮（54）在移动平台（21）上呈120°间隔布置。

9.根据权利要求2所述的用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，其特征在于：所述的工件夹紧机构（8）包括沿Y轴方向对称设置且结构相同的第一滑块连接板（81）及第二滑块连接板（82），所述第一滑块连接板（81）上板面的两端分别设有压板（83），两块所述的压板（83）形成对工件（3）相对应两边的夹持，所述第一滑块连接板（81）的下板面通过第三丝杠滑块机构（84）与底板（14）相连，所述的第三丝杠滑块机构（84）包括第三丝杠（841）、与第三丝杠（841）相配合的第三滑块（842），所述第三丝杠（841）的一端与设置在底板（14）上的第三丝杠电机（843）相连，第三丝杠（841）的另一端与设置在底板（14）上的第三丝杠支撑座（844）相连，所述的第三滑块（842）固定在第一滑块连接板（81）的中间位置。

10.根据权利要求9所述的用于大型圆雕的柔索牵引式五轴雕刻机器人，其特征在于：所述的底板（14）上沿X轴方向对称设有两组第一滑轨（85），两组第一滑轨（85）对称设置在第三丝杠（841）的两侧，第一滑块连接板（81）下板面的两端分别通过第一滑块（86）与第一滑轨（85）相配合连接，第一滑块（86）的上方固定有气缸（87），气缸（87）的活塞杆呈竖直方向布置，且气缸（87）的活塞杆端连接有直线电机（88），所述直线电机（88）的输出端与丝杠（89）同轴连接，丝杠（89）上套设有与丝杠（89）相配合的套筒（891），所述的丝杠（89）沿Y轴方向设置，且压板（83）连接在丝杠（89）远离直线电机（88）的一端。

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