CN113977552B - 一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大型零部件加工技术领域，具体涉及一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，包括串联装置、3‑RRR球面并联装置和Delta并联装置，3‑RRR球面并联装置和Delta并联装置之间通过串联装置连接，串联装置包括串联杆、第一铰接机构和第二铰接机构，所述串联杆的一端通过第一铰接机构与3‑RRR球面并联装置的静平台连接，所述串联杆的另一端通过第二铰接机构与Delta并联装置的移动副连接。本发明采用了3‑RRR球面并联装置和Delta并联装置串联的方式，可在六个自由度上自由运动，相比于大多数单个多自由度的并联机构，有着较大的运动空间。
Description
技术领域
本发明涉及大型零部件加工技术领域，具体涉及一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人。
背景技术
目前，大型零部件的加工大多采用两种方法，一种是使用大型龙门架进行加工，另一种是串联机构配合AVG小车进行加工。对于第一种方法而言，需要较大的占地面积，并且需要多次装夹、定位和拆卸；对于第二种方法而言，串联机械臂机器人相比于大型机床灵活度更高，占地面积更小，但串联型的机械手臂刚度较小，不能承受较大的静载荷和动载荷。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，拥有六个自由度的运动空间且运动范围大。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，其特征在于：包括串联装置、3-RRR球面并联装置和Delta并联装置，3-RRR球面并联装置和Delta并联装置之间通过串联装置连接，串联装置包括串联杆、第一铰接机构和第二铰接机构，所述串联杆的一端通过第一铰接机构与3-RRR球面并联装置的静平台连接，所述串联杆的另一端通过第二铰接机构与Delta并联装置的移动副连接。
进一步的，第一铰接机构包括第一鱼眼杆端关节轴承和第一鱼眼支座，第一鱼眼杆端关节轴承通过销柱与第一鱼眼支座连接，第一鱼眼杆端关节轴承通过螺纹安装在串联杆的一端，第一鱼眼支座安装在静平台。
进一步的，第二铰接机构包括第二鱼眼杆端关节轴承和第二鱼眼支座，第二鱼眼杆端关节轴承通过螺纹安装在串联杆的另一端，第二鱼眼支座安装在Delta并联装置的移动副。
进一步的，3-RRR球面并联装置包括静平台、RRR运动上支链、RRR运动下支链、动平台和涡轮蜗杆减速电机，涡轮蜗杆减速电机安装在静平台，RRR运动上支链的一端转动安装在动平台，RRR运动上支链的另一端和RRR运动下支链的一端通过转动副连接，RRR运动下支链的另一端与涡轮蜗杆减速电机的输出轴连接。
进一步的，RRR运动上支链和RRR运动下支链包括两段连接段和一段过渡段，按照连接段、过渡段、连接段的顺序一体成型，两连接段互相垂直。
进一步的，Delta并联装置包括固定机构和3组滚珠丝杆机构，所有的滚珠丝杆机构均安装于固定机构，且相对于固定机构的中心轴圆周均匀分布；每个滚球丝杆机构中的移动副通过相应的第二铰接机构与相应的串联杆的一端连接。
进一步的，固定机构包括两组固定件，每组有3个固定件，两组固定件分别安装在滚珠丝杆机构两端，固定件通过螺栓与滚珠丝杆机构固定连接。
进一步的，滚珠丝杆机构包括滚珠丝杆底座、丝杆、丝杆电机和移动副，移动副安装在丝杆，丝杆安装在滚珠丝杆底座，丝杆电机通过丝杆电机支座安装在滚珠丝杆底座底部，丝杆电机与丝杆电连接。
进一步的，Delta并联装置底部安装有吸附装置，吸附装置包括三组吸附机构，吸附机构包括吸附上部件、吸附下部件和吸附底座，吸附底座安装在Delta并联装置底部，吸附上部件的一端与吸附底座连接，吸附上部件的另一端与吸附下部件的一端连接，吸附下部件的另一端开设有真空装置安装孔。
进一步的，吸附底座安装有增高部件，增高部件通过螺栓安装在Delta并联装置底部。
总的说来，本发明具有如下优点：(1)本发明通过串联装置将3-RRR球面并联装置和Delta并联装置串联起来，实现了在六个自由度上的自由运动，相比于常见的单个多自由度的并联机构，有着更大的运动范围。
(2)通过将3-RRR球面并联装置和Delta并联装置串联的方式比常规多自由度并联机构有更大的刚度和更高的承载力。
(3)吸附装置中吸附上部件和吸附下部件可以旋转，通过在真空装置安装孔安装真空吸盘等装置，可以使吸附装置吸附在零部件的表面，实现大型零部件的原位加工，相比于大型机床，加工大型零部件时不需要装夹、定位和拆装等加工步骤，加工效率更高，灵活性好。
(4)3-RRR球面并联装置在三个转动方向上可以达到80°左右的转动范围，可以机加工表面倾斜度较大的复杂物体，适用性好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明3-RRR球面并联机构的结构示意图。
图3是本发明RRR运动支链的结构示意图。
图4是本发明上支链的结构示意图。
图5是本发明移动副和第一转动副的结构示意图。
图6是本发明Delta并联机构的结构示意图。
图7是本发明滚珠丝杆机构的结构示意图。
图8是本发明吸附机构主视图。
图9是本发明吸附机构结构示意图。
其中：1为3-RRR球面并联装置，1-1为RRR运动上支链，1-1-1为连接段，1-1-2为过渡段，1-1-3为转动副，1-2为RRR运动下支链，1-3为静平台，1-4为动平台，1-5为涡轮蜗杆减速电机，1-5-1为第一涡轮蜗杆减速电机，1-5-2为第二涡轮蜗杆减速电机，1-5-3为第三涡轮蜗杆减速电机，1-6为移动副，2为Delta并联装置，2-1为固定机构，2-1-1为固定件，2-2为滚珠丝杆机构，2-2-1为滚珠丝杆底座，2-2-2为丝杆，2-2-3为丝杆电机，2-2-4为丝杆电机支座，2-3为移动副，3为吸附机构，3-1为吸附下部件，3-2为吸附上部件，3-3为吸附底座，3-4为增高构件，3-5为真空装置安装孔，4为串联装置，4-1为串联杆，4-2为第一铰接机构，4-2-1为第一鱼眼杆端关节轴承，4-2-2为第一鱼眼支座，4-3为第二铰接机构，4-3-1为第二鱼眼杆端关节轴承，4-3-2为第二鱼眼支座。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，包括串联装置4、3-RRR球面并联装置1和Delta并联装置2，3-RRR球面并联装置1和Delta并联装置2之间通过串联装置4连接，串联装置4包括串联杆4-1、第一铰接机构4-2和第二铰接机构4-3，所述串联杆4-1的一端通过第一铰接机构4-2与3-RRR球面并联装置1的静平台1-3连接，所述串联杆4-1的另一端通过第二铰接机构4-2与Delta并联装置2的移动副2-3连接。
如图2-4所示，3-RRR球面并联装置1还包括RRR运动上支链1-1、RRR运动下支链1-2、动平台1-4和涡轮蜗杆减速电机1-5，涡轮蜗杆减速电机1-5安装在静平台1-3，RRR运动上支链1-1的一端转动安装在动平台1-4，RRR运动上支链1-1的另一端和RRR运动下支链1-2的一端通过转动副1-6连接，RRR运动下支链1-2的另一端与涡轮蜗杆减速电机1-5的输出轴连接。在本实施例中，RRR运动上支链1-1和RRR运动下支链1-2形状相同，均包括两段连接段1-1-1和一段过渡段1-1-2，按照连接段1-1-1、过渡段1-1-2、连接段1-1-1的顺序一体成型，两连接段1-1-1互相垂直，RRR运动上支链1-1相比RRR运动下支链1-2尺寸略小，过渡段1-1-2和连接段1-1-1的夹角以及二者的形状和尺寸是通过力学仿真得到的，具有刚度好和承载力高的优点。
如5所示，第一铰接机构4-2和第二铰接机构4-3结构相同，第一铰接机构4-2包括第一鱼眼杆端关节轴承4-2-1和第一鱼眼支座4-2-2，第一鱼眼杆端关节轴承4-2-1通过销柱与第一鱼眼支座4-2-2连接，第一鱼眼杆端关节轴承4-2-1通过螺纹安装在串联杆4-1的一端，第一鱼眼支座4-2-2安装在静平台1-3，第二铰接机构4-3包括第二鱼眼杆端关节轴承4-3-1和第二鱼眼支座4-3-2，第二鱼眼杆端关节轴承4-3-1通过螺纹安装在串联杆4-1的另一端，第二鱼眼支座4-3-2安装在Delta并联装置2的移动副。在本实施例中，鱼眼杆端关节轴承可以相对鱼眼支座发生一定的扭动，拥有在三个自由度上一定转动范围的功能，可以使串联杆4-1产生一定的转动空间，因此可以带动3-RRR球面并联装置1移动。
如图6-7所示，Delta并联装置2包括固定机构2-1和三组滚珠丝杆机构2-2，移动副安装在滚珠丝杆机构2-2，固定机构2-1与滚珠丝杆机构2-2固定连接，固定机构2-1包括两组，每组包括三个固定件2-1-1，两组固定件2-1-1分别安装在滚珠丝杆机构2-2两端，固定件2-1-1通过螺栓与滚珠丝杆机构2-2固定连接，滚珠丝杆机构2-2相对于固定机构2-1的中心轴圆周均匀分布，滚珠丝杆机构2-2包括滚珠丝杆底座2-2-1、丝杆2-2-2、丝杆电机2-2-3和移动副2-3，移动副2-3套装在丝杆2-2-2，丝杆2-2-2安装在滚珠丝杆底座2-2-1，丝杆电机2-2-3通过丝杆电机支座2-2-4安装在滚珠丝杆底座2-2-1底部，丝杆电机2-2-3与丝杆2-2-2通过联轴器电连接，丝杆电机2-2-3可以带动丝杆2-2-2转动，套装在丝杆2-2-2上的移动副2-3即可沿着丝杆2-2-2上下移动。
如图8-9所示，Delta并联装置2底部安装有吸附装置，吸附装置包括三组吸附机构3-1，吸附机构3-1包括吸附上部件3-2、吸附下部件3-1和吸附底座3-3，吸附底座3-3安装在Delta并联装置2底部，吸附上部件3-2的一端与吸附底座3-3连接，吸附上部件3-2的另一端与吸附下部件3-1的一端连接，吸附下部件3-1的另一端开设有真空装置安装孔3-5，在本实施例中，吸附底座3-3安装有增高构件，增高构件3-4通过螺栓安装在Delta并联装置2底部，增高构件3-4可以增加装置下方的工作空间，扩大动平台1-4的运动范围，使之更好的适应不同的工作环境，真空装置安装孔3-5开设在吸附下部件3-1的末端，可以安装真空吸盘等真空装置，使吸附机构3-1吸附在零件表面，吸附下部件3-1可绕自身轴线转动，吸附上部件3-2铰接在吸附底座3-3上，可相对吸附底座3-3转动，使吸附机构3-1可以吸附在具有复杂表面的待加工零件上。
本发明的工作原理为：3-RRR球面并联机构的动平台和静平台通过3个独立的运动支链连接，动平台若要从空间的某一点移动到另一点，首先要两个空间点的位置求解出来得到矩阵，然后转化成相应的编程语言做成程序，程序控制三个涡轮蜗杆减速电机带动运动支链转动，使动平台移动至相应位置，同理，Delta并联机构通过三个独立的串联装置与静平台连接，静平台若要从空间的某一点移动到另一点，首先要两个空间点的位置求解出来得到矩阵，然后转化成相应的编程语言做成程序，程序控制三个丝杆电机带动丝杆转动，使移动副、第一铰接机构和第二铰接机构产生运动，从而驱动静平台移动至相应位置，
在使用本发明时，吸附机构上的真空装置安装孔可以安装真空吸盘等装置，使吸附机构吸附在待加工件的表面，从而使本发明固定在待加工件上，吸附下部件可绕自身轴线转动，吸附上部件可以绕端点转动，实现对各种加工表面的贴合，适应不同的加工环境，Delta并联装置可以使3-RRR球面并联装置上的动平台在三个平移方向上运动，3-RRR球面并联装置的RRR运动上支链和RRR运动下支链可以带动动平台在三个转动方向上转动，从而实现动平台拥有六个自由度的运动空间。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，其特征在于：包括串联装置、3-RRR球面并联装置和Delta并联装置，3-RRR球面并联装置和Delta并联装置之间通过串联装置连接，串联装置包括串联杆、第一铰接机构和第二铰接机构，所述串联杆的一端通过第一铰接机构与3-RRR球面并联装置的静平台连接，所述串联杆的另一端通过第二铰接机构与Delta并联装置的移动副连接；
Delta并联装置底部安装有吸附装置，吸附装置包括三组吸附机构，吸附机构包括吸附上部件、吸附下部件和吸附底座，吸附底座安装在Delta并联装置底部，吸附上部件的一端与吸附底座连接，吸附上部件的另一端与吸附下部件的一端连接，吸附下部件的另一端安装有真空吸盘；吸附下部件可绕自身轴线转动，吸附上部件铰接在吸附底座。
2.根据权利要求1所述的一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，其特征在于：第一铰接机构包括第一鱼眼杆端关节轴承和第一鱼眼支座，第一鱼眼杆端关节轴承通过销柱与第一鱼眼支座连接，第一鱼眼杆端关节轴承通过螺纹安装在串联杆的一端，第一鱼眼支座安装在静平台。
3.根据权利要求1所述的一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，其特征在于：第二铰接机构包括第二鱼眼杆端关节轴承和第二鱼眼支座，第二鱼眼杆端关节轴承通过螺纹安装在串联杆的另一端，第二鱼眼支座安装在Delta并联装置的移动副。
4.根据权利要求1所述的一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，其特征在于：3-RRR球面并联装置包括静平台、RRR运动上支链、RRR运动下支链、动平台和涡轮蜗杆减速电机，涡轮蜗杆减速电机安装在静平台，RRR运动上支链的一端转动安装在动平台，RRR运动上支链的另一端和RRR运动下支链的一端通过转动副连接，RRR运动下支链的另一端与涡轮蜗杆减速电机的输出轴连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，其特征在于：RRR运动上支链和RRR运动下支链形状相同，均包括两段连接段和一段过渡段，按照连接段、过渡段、连接段的顺序依次连接，两连接段互相垂直。
6.根据权利要求1所述的一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，其特征在于：Delta并联装置包括固定机构和3组滚珠丝杆机构，所有的滚珠丝杆机构均安装于固定机构，且相对于固定机构的中心轴圆周均匀分布；每个滚球丝杆机构中的移动副通过相应的第二铰接机构与相应的串联杆的一端连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，其特征在于：固定机构包括两组固定件，每组有3个固定件，两组固定件分别安装在滚珠丝杆机构两端，固定件通过螺栓与滚珠丝杆机构固定连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，其特征在于：滚珠丝杆机构包括滚珠丝杆底座、丝杆、丝杆电机和移动副，移动副安装在丝杆，丝杆安装在滚珠丝杆底座，丝杆电机通过丝杆电机支座安装在滚珠丝杆底座底部，丝杆电机与丝杆电连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于混联机构的吸附式原位加工机器人，其特征在于：吸附底座安装有增高部件，增高部件通过螺栓安装在Delta并联装置底部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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