CN107962207B - 一种可移动式并联钻孔机器人 - Google Patents

一种可移动式并联钻孔机器人 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可移动式并联钻孔机器人，包括活动平台、设置在活动平台底部中心位置处的加工用钻头，通过连接支架均匀转动安置在活动平台边上的多组复合腿，所述的复合腿包括上端分别通过万向节单元连接所述连接支架、下端汇合连接同一支撑块的三个分支腿，其中的两个分支腿对称分布，且其下端通过第一球铰链连接所述支撑块，另一个分支腿的下端与所述支撑块固定连接，所述三个分支腿具有互不干涉的独立沿其轴向伸缩运动的功能，所述的支撑块的底部通过第二球铰链安装有定位在待加工工件上的固定件。与现有技术相比，本发明具有自行调整姿态、自行行走以及牢固吸附在工件表面的能力，适用于规制零件和大型复杂曲面零件的加工等。

Description

一种可移动式并联钻孔机器人
技术领域
本发明涉及机器人加工领域，尤其是涉及一种可移动式并联钻孔机器人。
背景技术
一直以来航空航天领域都是我国技术人员研究的热门，然而要想实现飞机制造的自动化和机械化，并不是一件容易的事情。据调查显示，飞机制造过程中，机身的铆接、钻孔以及大量的安装工作都需要人工来完成。在这些工艺还没有实现自动化的时候，就需要耗费大量人工和较长时间的生产周期。长时间的工作必然会造成制孔精度的下降、效率的降低。不仅仅是在航空航天领域需要这种大量的作业，其他大型曲轴零件、盘盖类零件均需要大量的钻孔作业。因此采用一个相对自动化的机器人来完成就显得非常必要。钻孔机器人不仅具有高精度、高质量的钻孔水平，而且还具有加工周期短，易于控制等优点。
并联机器人的形式多种多样，使用的环境也各不相同，发展至今，一直被广泛应用于军工、医疗、工业等领域，是当今社会不可或缺的的应用。它主要是由活动平台以及和平台相连的腿式结构组成。为了解决大型复杂类零件钻孔问题，本发明采用了吸盘来代替脚掌的设计，并对并联机器人进行了优化设计，使其更具有较强的普适性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可移动式并联钻孔机器人。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可移动式并联钻孔机器人，包括活动平台、设置在活动平台底部中心位置处的加工用钻头，通过连接支架均匀转动安置在活动平台边上的多组复合腿，所述的复合腿包括上端分别通过万向节单元连接所述连接支架、下端汇合连接同一支撑块的三个分支腿，其中的两个分支腿对称分布，且其下端通过第一球铰链连接所述支撑块，另一个分支腿的下端与所述支撑块固定连接，所述三个分支腿具有互不干涉的独立沿其轴向伸缩运动的功能，所述的支撑块的底部通过第二球铰链安装有定位在待加工工件上的固定件。
优选的，所述的连接支架包括两组连接杆和三角形连接架，所述的两组连接杆相互平行并转动设置在活动平台边上，在两组连接杆端部设有转轴通孔，所述两个转轴通孔的连线垂直于连接杆转动方向，所述的三角形连接架的顶边两侧加工有伸入所述转轴通孔的第一转轴，并使得三角形连接架可绕所述第一转轴转动，在三角形连接架的三个拐角位置分别通过所述万向节单元安装组成所述复合腿的三个分支腿。
更优选的，所述的万向节单元包括固定在三角形连接架上的安装架，在安装架上设有垂直于第一转轴的第二转轴，该第二转轴上垂直于其轴向设置有第三转轴，所述三个分支腿的上端套设在第三转轴上。
优选的，所述的三个分支腿的伸缩驱动部分采用包括丝杠电机、丝杠螺母和丝杠螺杆的滚珠丝杠组件。
优选的，所述的对称分布的两个分支腿的底端通过连接盖连接所述支撑块，所述连接盖采用对称结构，其上侧固定连接所述两个分支腿的底端，下侧开有贯通的圆形孔，所述圆形孔的中间对称位置加工成球面，并与转动安装在支撑块上的所述第一球铰链配合组成球面副。
更优选的，同一支撑块上分别对应一个分支腿连接的两个第一球铰链对称布置并位于同一轴线上。
优选的，所述的支撑块的底部通过安装端盖设置所述第二球铰链，该第二球铰链的底端连接所述固定件。
更优选的，所述的第二球铰链的底端与固定件之间通过移动副连接。
优选的，所述的活动平台采用正六边形结构，所述的复合腿对应活动平台边数设有六组，并呈60°间隔夹角全对称分布在活动平台的边上。
优选的，所述的固定件为吸盘。
本发明在工作时，通过吸盘吸附在工件表面上，然后通过对称分布的复合腿协同运动，互不干扰，共同完成移动、调整姿态、钻孔等工作。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明可以自行移动，不需要其他设备进行辅助运动；
(2)本发明可以利用吸盘自行吸附在要加工的工件表面；
(3)本发明不仅可以进行规制零件的加工，更可以进行大型复杂曲面的加工；
(4)本发明可以取代大量的人工作业，缩短加工周期；
(5)该机器人不仅具有高精度、高质量的钻孔水平，而且还具有刚度好，易于控制，自动调整姿态等优点。
附图说明
图1为本发明的钻孔机器人的结构示意图；
图2为本发明的复合腿的结构示意图；
图3为本发明的连接杆的结构示意图；
图4为本发明的支撑块的结构示意图；
图5为本发明的三角形连接架的结构示意图；
图6为本发明的连接盖的结构示意图；
图7为本发明的第一球铰链的结构示意图；
图8为本发明的第二球铰链的结构示意图；
图9为本发明的安装端盖的结构示意图；
图10为本发明的吸盘的结构示意图；
图中，1-活动平台，2-复合腿，3-固定件，4-钻头，5-工件，6-连接杆，7-三角形连接架，8-第一分支腿，9-第二分支腿，10-丝杠电机，11-丝杠螺母，12-丝杠螺杆，13-第二分支腿，14-第三分支腿，15-第一球铰链，16-第二球铰链，17-安装端盖，18-吸盘，19-连接盖，20-支撑块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种可移动式并联钻孔机器人，其结构如图1所示，包括活动平台1、设置在活动平台1底部中心位置处的加工用钻头4，通过连接支架均匀转动安置在活动平台1边上的多组复合腿2，如图2所示，复合腿2包括上端分别通过万向节单元连接连接支架、下端汇合连接同一支撑块20的三个分支腿，其中的两个分支腿对称分布，且其下端通过第一球铰链15连接支撑块20，另一个分支腿的下端与支撑块20固定连接，三个分支腿具有互不干涉的独立沿其轴向伸缩运动的功能，支撑块20的底部通过第二球铰链16安装有定位在待加工工件5上的固定件3，固定件3可优选采用吸盘18，其结构如图10所示。
作为本发明的一种优选的实施方式，如图3和图5所示，连接支架包括两组连接杆6和三角形连接架7，两组连接杆6相互平行并转动设置在活动平台1边上，在两组连接杆6端部设有转轴通孔，两个转轴通孔的连线垂直于连接杆6转动方向，三角形连接架7的顶边两侧加工有伸入转轴通孔的第一转轴，并使得三角形连接架7可绕第一转轴转动，在三角形连接架7的三个拐角位置分别通过万向节单元安装组成复合腿2的三个分支腿。
更优选的，万向节单元包括固定在三角形连接架7上的安装架，在安装架上设有垂直于第一转轴的第二转轴，该第二转轴上垂直于其轴向设置有第三转轴，三个分支腿的上端套设在第三转轴上，参见图2。
作为本发明的一种优选的实施方式，三个分支腿的伸缩驱动部分采用包括丝杠电机10、丝杠螺母11和丝杠螺杆12的滚珠丝杠组件，参见图2。
作为本发明的一种优选的实施方式，对称分布的两个分支腿的底端通过连接盖19连接支撑块20，连接盖19采用对称结构，其上侧固定连接两个分支腿的底端，下侧开有贯通的圆形孔，圆形孔的中间对称位置加工成球面，并与转动安装在支撑块20上的第一球铰链15配合组成球面副，参见图6。
更优选的，同一支撑块20上分别对应一个分支腿连接的两个第一球铰链15对称布置并位于同一轴线上，参见图2和图4。
作为本发明的一种优选的实施方式，支撑块20的底部通过安装端盖17设置第二球铰链16，该第二球铰链16的底端连接吸盘18，第二球铰链16和安装端盖17的结构分别如图8和图9所示。
更优选的，第二球铰链16的底端与吸盘18之间通过移动副连接，从而可附加实现线性移动等功能。
作为本发明的一种优选的实施方式，活动平台1采用正六边形结构，复合腿2对应活动平台1边数设有六组，并呈60°间隔夹角全对称分布在活动平台1的边上。
本发明在工作时，通过吸盘18吸附在工件5表面上，然后通过对称分布的复合腿2协同运动，互不干扰，共同完成移动、调整姿态、钻孔等工作。
实施例1
一种可移动式并联钻孔机器人，其结构参见图1，包括活动平台1、设置在活动平台1底部中心位置处的加工用钻头4，通过连接支架均匀转动安置在活动平台1边上的多组复合腿2，参见图2所示，复合腿2包括上端分别通过万向节单元连接连接支架、下端汇合连接同一支撑块20的三个分支腿，其中的两个分支腿(即第一分支腿8和第二分支腿139)对称分布，且其下端通过第一球铰链15连接支撑块20，另一个分支腿(即第三分支腿14，其与第一分支腿8和第二分支腿139优选采用不对称布置)的下端与支撑块20固定连接，三个分支腿具有互不干涉的独立沿其轴向伸缩运动的功能，支撑块20的底部通过第二球铰链16安装有定位在待加工工件5上的固定件3，固定件3可优选采用吸盘18，其结构如图10所示。本实施例在布置时，由于钻头4钻孔所用设备(即钻头4等)安装在活动平台1的下面，由于钻孔设备不是对称的布置，所以分布在活动平台1的中心位置的附近，这样有利于机器人整体重量的分配，从而提高整体的稳定性。
上述涉及的各部件(包括连接支架等)可优选采用下述具体结构：
参见图3和图5，连接支架包括两组连接杆6和三角形连接架7，两组连接杆6相互平行并转动设置在活动平台1边上，在两组连接杆6端部设有转轴通孔，两个转轴通孔的连线垂直于连接杆6转动方向，三角形连接架7的顶边两侧加工有伸入转轴通孔的第一转轴，并使得三角形连接架7可绕第一转轴转动，在三角形连接架7的三个拐角位置分别通过万向节单元安装组成复合腿2的三个分支腿，这样，通过连接杆6与三角形连接架7组成的转动副实现了单组复合腿2在水平和竖直方向上的定轴转动。
万向节单元包括固定在三角形连接架7上的安装架，在安装架上设有垂直于第一转轴的第二转轴，该第二转轴上垂直于其轴向设置有第三转轴，三个分支腿的上端套设在第三转轴上，参见图2。通过上述结构，每组复合腿2都具有6个自由度，3个主动自由度和3个被动自由度。由1-UP和2-UPS，并在末端添加一个S副组成。为保证各向同性，各部分零件都尽可能的采用了对称设计，包括分支腿的分布。
三个分支腿的伸缩驱动部分采用包括丝杠电机10、丝杠螺母11和丝杠螺杆12的滚珠丝杠组件，参见图2。
对称分布的两个分支腿的底端通过连接盖19连接支撑块20，连接盖19采用对称结构，其上侧固定连接两个分支腿的底端，下侧开有贯通的圆形孔，圆形孔的中间对称位置加工成球面，并与转动安装在支撑块20上的第一球铰链15配合组成球面副，参见图6。同一支撑块20上分别对应一个分支腿连接的两个第一球铰链15对称布置并位于同一轴线上，参见图2和图4。第一球铰链15的结构可参见图7所示，其采用中间设有球头的转轴结构，且两端分别转动布置在支撑块20的孔上。
支撑块20的底部通过安装端盖17设置第二球铰链16，该第二球铰链16的底端连接吸盘18，第二球铰链16和安装端盖17的结构分别如图8和图9所示。
第二球铰链16的底端与吸盘18之间通过移动副连接，从而可附加实现线性移动等功能。
为了减小加工难度和工作量，同时也较好的保持了各向同性，活动平台1采用正六边形结构，复合腿2对应活动平台1边数设有六组，并呈60°间隔夹角全对称分布在活动平台1的边上。
本实施例的机器人在工作时，通过吸盘18吸附在工件5表面上，然后通过对称分布的复合腿2协同运动，互不干扰，共同完成移动、调整姿态、钻孔等工作。
本实施例的移动式并联钻孔机器人不仅可以进行规制零件的加工，更可以进行大型复杂曲面的加工。如，飞机机身的钻孔加工，大型曲轴零件的加工等其他较为复杂的零件。本发明最大的优点是可以自行调整姿态、自行行走以及牢固吸附在工件5表面的能力。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可移动式并联钻孔机器人，其特征在于，包括活动平台（1）、设置在活动平台（1）底部中心位置处的加工用钻头（4），通过连接支架均匀转动安置在活动平台（1）边上的多组复合腿（2），所述的复合腿（2）包括上端分别通过万向节单元连接所述连接支架、下端汇合连接同一支撑块（20）的三个分支腿，其中的两个分支腿对称分布，且其下端通过第一球铰链（15）连接所述支撑块（20），另一个分支腿的下端与所述支撑块（20）固定连接，所述三个分支腿具有互不干涉的独立沿其轴向伸缩运动的功能，所述的支撑块（20）的底部通过第二球铰链（16）安装有用于定位在待加工工件（5）上的固定件（3）；
所述的连接支架包括两组连接杆（6）和三角形连接架（7），所述的两组连接杆（6）相互平行并转动设置在活动平台（1）边上，在两组连接杆（6）端部设有转轴通孔，所述两个转轴通孔的连线垂直于连接杆（6）转动方向，所述的三角形连接架（7）的顶边两侧加工有伸入所述转轴通孔的第一转轴，并使得三角形连接架（7）可绕所述第一转轴转动，在三角形连接架（7）的三个拐角位置分别通过所述万向节单元安装组成所述复合腿（2）的三个分支腿；
所述的万向节单元包括固定在三角形连接架（7）上的安装架，在安装架上设有垂直于第一转轴的第二转轴，该第二转轴上垂直于其轴向设置有第三转轴，所述三个分支腿的上端套设在第三转轴上；
所述的对称分布的两个分支腿的底端通过连接盖（19）连接所述支撑块（20），所述连接盖（19）采用对称结构，其上侧固定连接所述两个分支腿的底端，下侧开有贯通的圆形孔，所述圆形孔的中间对称位置加工成球面，并与转动安装在支撑块（20）上的所述第一球铰链（15）配合组成球面副；
同一支撑块（20）上分别对应一个分支腿连接的两个第一球铰链（15）对称布置并位于同一轴线上。
2.根据权利要求1所述的一种可移动式并联钻孔机器人，其特征在于，所述的三个分支腿的伸缩驱动部分采用包括丝杠电机（10）、丝杠螺母（11）和丝杠螺杆（12）的滚珠丝杠组件。
3.根据权利要求1所述的一种可移动式并联钻孔机器人，其特征在于，所述的支撑块（20）的底部安装有所述第二球铰链（16），该第二球铰链（16）的底端连接所述固定件（3）。
4.根据权利要求3所述的一种可移动式并联钻孔机器人，其特征在于，所述的第二球铰链（16）的底端与固定件（3）之间通过移动副连接。
5.根据权利要求1所述的一种可移动式并联钻孔机器人，其特征在于，所述的活动平台（1）采用正六边形结构，所述的复合腿（2）对应活动平台（1）边数设有六组，并呈60°间隔夹角全对称分布在活动平台（1）的边上。
6.根据权利要求1所述的一种可移动式并联钻孔机器人，其特征在于，所述的固定件（3）为吸盘（18）。
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