CN115771136A - 一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，并联加工机器人包括作为支撑基础的静平台、作为位姿调节的动平台，动平台中设置有完成执行动作的加工输出单元，静平台、动平台之间设置有无约束支链组和约束支链，约束支链包括第一虎克铰，第一虎克铰与静平台活动相连，约束支链在第一虎克铰的铰接轴上转动。本发明中采用支撑臂与约束支链中的第一虎克铰活动相连，使第三移动副能够随着第一虎克铰转动，通过第二虎克铰实现与动平台的背部相连，约束支链与两条无约束之间进行动作组合，实现五自由度加工，通过静平台实现与移动装置的安装，本发明刚度大、具有较大的工作空间能够用于复杂的构件加工。

Description

一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人

技术领域

本发明属于加工机器人技术领域，具体涉及一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人。

背景技术

目前，加工机器人在制造业发挥着重要作用，特别在重大先进装备及核心部件、高性能材料以及高技术制造工艺等方面，并联机器人有着举足轻重的地位。伴随着国家重大工程的开展，高端装备产业对其核心零部件的效率和质量的要求更高，为满足高端装备核心零部件高刚度和大工作空间的加工，设计一款具有五轴联动加工能力的机器人是一种有效解决途径。

目前，部分五自由度加工机器人存在刚度大但工作空间小的问题，如中国专利CN113319827A公开的五自由度并联加工机器人结构，虽然其刚度优势明显，但由于机构布置形式的特点，限制其末端执行机构的摆动范围，难以满足大型结构件的高效加工。

为解决上述五自由度并联加工机器人存在的不足，更好地满足对大型复杂零部件的加工需求，亟需发明一种同时具有高刚度、大工作空间的五自由度并联加工机器人，并提出面向重大高端装备高效高质量加工的解决方案。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人。

本发明的技术方案是：一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，并联加工机器人包括作为支撑基础的静平台、作为位姿调节的动平台，所述动平台中设置有完成执行动作的加工输出单元，所述静平台、动平台之间设置有无约束支链组，所述静平台、动平台之间还设置有进行约束的约束支链，所述约束支链包括第一虎克铰，所述第一虎克铰与静平台活动相连，所述约束支链在第一虎克铰的铰接轴上转动。

更进一步的，所述第一虎克铰与第三移动副相连，所述第三移动副为伸缩移动副。

更进一步的，所述第三移动副的活动端与第二虎克铰相连。

更进一步的，所述第二虎克铰的一端与动平台相连。

更进一步的，所述静平台中设置有与第一虎克铰相装配的安装位。

更进一步的，所述无约束支链组包括第一支链、第二支链，所述第一支链、第二支链在静平台对称面的两侧对称布设。

更进一步的，所述第一支链、第二支链的一端与动平台通过活动关节相连。

更进一步的，所述第一支链、第二支链均包括球铰、第二移动副、转动副、第一移动副。

更进一步的，所述第一支链、第二支链的活动关节与第一虎克铰的铰接位呈三角形布设。

更进一步的，所述静平台中设置有装配位，所述装配位用于静平台的安装固定。

本发明的有益效果如下：

本发明中采用支撑臂与约束支链中的第一虎克铰活动相连，从而使第三移动副能够随着第一虎克铰转动，通过第二虎克铰实现与动平台的背部相连，约束支链与两条无约束之间进行动作组合，实现五自由度并联加工，通过静平台实现与移动装置的安装，本发明的五自由度并联机器人刚度大，且具有较大的工作空间能够用于复杂的构件加工。

附图说明

图1是本发明中实施例一的结构示意图；

图2是本发明中第一支链的结构示意图；

图3是本发明中第三支链的结构示意图；

图4是本发明中第一支链的又一结构示意图；

图5是本发明中实施例二的结构示意图；

图6是本发明中实施例三的结构示意图；

其中：

1 静平台 2 动平台

3 电主轴 4 球铰

5 转动副 6 平面移动装置

L1 第一支链 L2 第二支链

L3 第三支链

P1 第一移动副 P2 第二移动副

P3 第三移动副

U1 第一虎克铰 U2 第二虎克铰。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1至图6所示，一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，并联加工机器人包括作为支撑基础的静平台1、作为位姿调节的动平台2，所述动平台2中设置有完成执行动作的加工输出单元，所述静平台1、动平台2之间设置有无约束支链组，所述静平台1、动平台2之间还设置有进行约束的约束支链，所述约束支链包括第一虎克铰U1，所述第一虎克铰U1与静平台1活动相连，所述约束支链在第一虎克铰的铰接轴上转动。

所述第一虎克铰U1与第三移动副P3相连，所述第三移动副P3为伸缩移动副。

所述第三移动副P3的活动端与第二虎克铰U2相连。

所述第二虎克铰U2的一端与动平台2相连。

所述静平台1中设置有与第一虎克铰U1相装配的安装位。

所述无约束支链组包括第一支链L1、第二支链L2，所述第一支链L1、第二支链L2在静平台1对称面的两侧对称布设。

所述第一支链L1、第二支链L2的一端与动平台2通过活动关节相连。

所述第一支链L1、第二支链L2均包括球铰4、第二移动副P2、转动副5、第一移动副P1。

所述第一支链L1、第二支链L2的活动关节与第一虎克铰U1的铰接位呈三角形布设。

所述静平台1中设置有装配位，所述装配位用于静平台1的安装固定。

具体的，无约束支链组和约束支链结合对动平台2进行位姿调节，动平台2为加工输出单元提供安装支撑，同时加工输出单元随着动平台2进行位姿调节，实现五自由度运动。

具体的，所述加工输出单元可以但不限于电主轴3，电主轴3位加工提供动力输出。

具体的，静平台1的安装位为设置在静平台1上的两个平行的支撑臂，所述第一虎克铰U1设置在两个支撑臂之间。

具体的，静平台1的装配位为设置在底部或者背部的安装法兰，通过安装法兰能够将静平台1进行固定安装。

具体的，第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3均为驱动支链，且第一支链L1、第二支链L2的结构相同，第一支链L1、第二支链L2的一端均通过第一移动副P1与静平台相连。

具体的，第一移动副P1上的移动单元与转动副5相连，所述转动副5与第二移动副P2相连，所述第二移动副P2的另一端与球铰4相连，所述球铰4与动平台2的外壁相连。

作为一种结构变形，第一移动副P1上的移动单元与球铰4相连，球铰4的另一端与第二移动副P2相连，所述第二移动副P2的另一端与转动副5相连，所述转动副5与动平台2的外壁相连。

具体的，所述约束支链为第三支链L3，第三支链L3设置在静平台1的顶部，且第三支链L3在动作过程中不与静平台1发生碰撞。

具体的，所述第一支链L1、第二支链L2成三角形状，动平台2外壁处第一支链L1和第二支链L2的活动关节、第二虎克铰U2的铰接位呈三角形状，第一虎克铰U1的铰接位与两个第一移动副P1的铰接位成三角形状，上述两个三角形面积之比在一定的范围内。

具体的，第一支链L1、第二支链L2、第三移动副L3由丝杠或液压缸独立驱动，通过控制第一支链L1、第二支链L2、第三移动副L3的长度和位置，实现动平台2的五自由度运动。

具体的，静平台1能够与平明移动装置安装固定，安装后形成移动并联机构，移动并联机构中五自由度机器人上置，平面移动装备下置。

实施例一

如图1至图3所示，一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，包括静平台1、动平台2、电主轴3、第一支链L1、第二支链L2和第三支链L3。

如图1至图3所示，第一支链L1、第二支链L2和第三支链L3两端分别连接静平台1和动平台2，电主轴3固定安装在动平台2中央，共同构成五自由度并联加工机器人。

第一支链L1和第二支链L2均包括第一移动副P1、第二移动副P2、球铰4和转动副5。其中转动副5布置在第一移动副P1和第二移动副P2中间，球铰4布置在第二移动副P2处。

具体的，第三支链L3包括第三移动副P3、第一虎克铰U1和第二虎克铰U2。其中，第三移动副P3布置在第一虎克铰U1和第二虎克铰U2中间。

具体的，第一支链L1、第二支链L2的一端通过第一移动副P1与静平台1连接，另一端通过球铰4与动平台2连接，第一移动副P1与第二移动副P2之间设置转动副5，第三支链L3一端通过第一虎克铰U1与静平台1连接，另一端通过第二虎克铰U2与动平台连接。

具体的，两第一支链L1、第二支链L2的球铰4布置在动平台2两侧，第一支链L1、第二支链L2中的第一移动副P1关于静平台1对称面对称布置，两个第一移动副P1之间存在一定夹角，且静平台1上安装第一移动副P1的平面倾斜布置；第一支链L1、第二支链L2成三角形状。第三支链L3中第二虎克铰U2与动平台2一端的铰接点与两个球铰4成三角形状布置，第三支链L3中第一虎克铰U1与静平台1的铰接点与两个转动副5的铰接点成三角形状，上述两个三角形面积比为1:2至1:9。

具体的，第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3由电机或液压独立驱动。第一支链L1、第二支链L2包含的第一移动副P1通过电机或液压独立驱动完成转动副5和第一移动副P1铰接点平移运动，第二移动副P2通过电机或液压独立驱动完成伸缩运动，第二移动副P2两端连接的球铰4、转动副5配合其满足动平台2的预定位姿。不失一般性，第三支链L3包含的第三移动副P3通过电机或液压独立驱动完成伸缩运动，第三移动副P3两端的第一虎克铰U1、第二虎克铰U2配合其满足动平台2的预定位姿。在上述基础上，动平台2实现五自由度运动。

实施例二

如图4与图5所示，一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人与实施例1运动形式相同，各运动副、支链等组成形式完全相同。

不同之处在于：本实施例中第一支链L1、第二支链L2中球铰4在第一移动副P1与第二移动副P2中间布置，转动副5在第二移动副P2的另一侧设置。即第一支链L1、第二支链L2的一端通过第一移动副P1与静平台1连接，另一端通过转动副5与动平台2连接。

具体的，第一支链L1、第二支链L2的转动副5铰接在动平台2两侧，两个转动副5的铰接点与第三支链L3的铰接点形成三角形布置。第三支链L3另一端的铰接点与球铰4的铰接点成三角形布设，上述两个三角形面积比为1:2至1:9。

第一移动副P1和第二移动副P2由丝杠或液压缸独立驱动，进行移动或伸缩运动。球铰4和转动副5配合运动，使其满足动平台2的预定位姿下的相应运动。

实施例三

如图6所示，一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，包括静平台1，所述静平台1余平面移动装置6即AGV小车相连，形成一种五自由度机器人上置，平面移动装置6下置的移动并联形式。其中， AGV小车车轮由电机驱动。通过控制车轮的转动方向，调整AGV小车的位置；通过控制第一支链L1、第二支链L2的第一移动副P1相对于静平台1的位置，以及三条支链中第二移动副P2与第三移动副P3伸缩尺寸，进一步调整动平台2的位姿。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和有益效果，也已经示出和扫描本发明的几种具体实施方式，在不脱离本发明的远离和宗旨的情况下，对这些实施进行的任何变化、修改、替换和变型，皆属于本发明的权利要求范围。

Claims (10)

1.一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，其特征在于：并联加工机器人包括作为支撑基础的静平台（1）、作为位姿调节的动平台（2），所述动平台（2）中设置有完成执行动作的加工输出单元，所述静平台（1）、动平台（2）之间设置有无约束支链组，所述静平台（1）、动平台（2）之间还设置有进行约束的约束支链，所述约束支链包括第一虎克铰，所述第一虎克铰与静平台（1）活动相连，所述约束支链在第一虎克铰的铰接轴上转动。

2.根据权利要求1所述的一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，其特征在于：所述第一虎克铰与第三移动副相连，所述第三移动副为伸缩移动副。

3.根据权利要求2所述的一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，其特征在于：所述第三移动副的活动端与第二虎克铰相连。

4.根据权利要求3所述的一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，其特征在于：所述第二虎克铰的一端与动平台（2）相连。

5.根据权利要求1所述的一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，其特征在于：所述静平台（1）中设置有与第一虎克铰相装配的安装位。

6.根据权利要求5所述的一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，其特征在于：所述无约束支链组包括第一支链、第二支链，所述第一支链、第二支链在静平台（1）对称面的两侧对称布设。

7.根据权利要求6所述的一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，其特征在于：所述第一支链、第二支链的一端与动平台（2）通过活动关节相连。

8.根据权利要求6所述的一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，其特征在于：所述第一支链、第二支链均包括球铰（4）、第二移动副、转动副（5）、第一移动副。

9.根据权利要求6所述的一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，其特征在于：所述第一支链、第二支链的活动关节与第一虎克铰的铰接位呈三角形布设。

10.根据权利要求1所述的一种面向复杂构件加工的少支链五自由度并联机器人，其特征在于：所述静平台（1）中设置有装配位，所述装配位用于静平台（1）的安装固定。

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