CN115741638A - 一种六支链五自由度并联加工机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六支链五自由度并联加工机器人，并联加工机器人包括作为装配基础的静平台、作为位姿调节的支链组、作为输出装配的动平台，动平台中设置作为输出单元的电主轴，支链组包括无约束支链组和第六支链，第六支链通过第三移动副与静平台相连，第三移动副的运动方向与静平台平行。本发明具有六条并联支链，整机刚度大；无约束支链单独连接输出装配能够实现输出装配在空间中六自由度的变化，且输出装配与第六支链使用第二虎克铰连接，使得输出装配灵活性好；第六支链中第三移动副与静平台平行连接，第六支链沿静平台滑动，能够实现输出装配具有大工作空间；本发明兼具整机刚度大、灵活性好、工作空间大、成本低的优势。

Description

一种六支链五自由度并联加工机器人

技术领域

本发明属于加工机器人技术领域，具体涉及一种六支链五自由度并联加工机器人。

背景技术

目前，加工机器人在制造业发挥着重要作用，特别是高技术领域的关键设备中具有空间自由曲面特征的核心部件、复杂结构件的制造中，并联机器人具有举足轻重的作用。先进制造业对复杂曲面以及大动态负载类构件，例如：钢结构件以及航天构件等的加工需求日益广泛，所以设计研发一款高性能具有五轴加工能力的机器人是重点行业发展的必然趋势。

目前，大部分五自由度加工机器人主要存在以下不足：

其一、机构灵活性不够，如中国专利CN113319828A公开的五自由度并联加工机器人结构，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，难以满足复杂曲面的高效加工。

其二、机构工作空间小，如中国专利CN102490187A公开的五自由度并联加工机器人结构，由于机构布置形式的特点，限制其末端执行机构的工作范围，难以满足大型结构件的高效加工。

其三、采用电机成本大，如中国专利CN103753235B公开的五自由度并联加工机器人结构，由于驱动副为中空无刷电机，机器人制作成本较大。

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，亟需发明一种具有高刚度、高精度、灵活性好、大工作空间、成本较低的五自由度并联加工机器人，并提出面向高技术装备中复杂曲面结构件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，其目的是提供一种六支链五自由度并联加工机器人。

本发明的技术方案是：一种六支链五自由度并联加工机器人，并联加工机器人包括作为装配基础的静平台、作为位姿调节的支链组、作为输出装配的动平台，动平台中设置作为输出单元的电主轴，支链组包括无约束支链组和第六支链，所述第六支链通过第三移动副与静平台相连，所述第三移动副的运动方向与静平台平行。

更进一步的，所述动平台包括第一层动平台、第二层动平台、第三层动平台，第一层动平台、第二层动平台、第三层动平台相固定。

更进一步的，所述第六支链中设置有转动副，所述转动副中转轴轴向与第三移动副的移动方向平行。

更进一步的，所述第六支链中设置有第二移动副，所述第二移动副的一端与转动副相连，所述转动副的另一端与第二虎克铰相连。

更进一步的，所述第二虎克铰与动平台中第三层动平台活动铰接。

更进一步的，所述无约束支链组包括上层支链和中层支链，上层支链、中层支链、第六支链顶部顶部与动平台为多层活动连接。

更进一步的，所述上层支链的一端与第一层动平台的外壁关节连接，上层支链的另一端与静平台关节连接。

更进一步的，所述中层支链与第二层动平台的外壁关节连接，中层支链的另一端与静平台关节连接。

更进一步的，所述关节连接为球铰连接或虎克铰连接。

更进一步的，所述上层支链、中层支链中均设置有第一移动副，所述第一移动副驱动自身沿长度方向的伸缩。

本发明的有益效果如下：

本发明由六条支链聚集而成，无约束支链的支链结构与能够实现五自由度并联加工机器人的平面安装，且成本更低；第六支链为约束支链，在第六支链的约束下，通过控制五条无约束支链伸缩运动，实现动平台的五自由度运动。

本发明具有六条并联支链，整机刚度大；无约束支链单独连接输出装配能够实现输出装配在空间中六自由度的变化，且输出装配与第六支链使用第二虎克铰连接，使得输出装配灵活性好；第六支链中第三移动副与静平台平行连接，第六支链沿静平台滑动，能够实现输出装配具有大工作空间；因此本发明中的五自由度并联加工机器人兼具整机刚度大、灵活性好、工作空间大、成本低的优势。

附图说明

图1是本发明中五自由度并联机器人的结构示意图

图2是本发明中第一支链的结构示意图；

图3是本发明中第一支链的另一种结构示意图；

图4是本发明中第六支链的结构示意图；

图5是本发明中五自由度并联机器人实施例二的结构示意图；

图6是本发明中五自由度并联机器人实施例三的结构示意图；

其中：

1静平台 2 电主轴

3动平台 4 球铰

5转动副

31 第一层动平台 32 第二层动平台

33 第三层动平台

L1 第一支链 L2 第二支链

L3 第三支链 L4 第四支链

L5 第五支链 L6 第六支链

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，一种六支链五自由度并联加工机器人，并联加工机器人包括作为装配基础的静平台1、作为位姿调节的支链组、作为输出装配的动平台3，动平台3中设置作为输出单元的电主轴2，支链组包括无约束支链组和第六支链L6，所述第六支链L6通过第三移动副P3与静平台1相连，所述第三移动副的运动方向与静平台平行。

所述动平台3包括第一层动平台31、第二层动平台32、第三层动平台33，第一层动平台31、第二层动平台32、第三层动平台33相固定。

所述第六支链中设置有转动副5，所述转动副5中转轴轴向与第三移动副P3的移动方向平行。

所述第六支链L6中设置有第二移动副P2，所述第二移动副P2的一端与转动副5相连，所述转动副5的另一端与第二虎克铰U2相连。

所述第二虎克铰U2与动平台3中第三层动平台33活动铰接。

所述无约束支链组包括上层支链和中层支链，上层支链、中层支链、第六支链顶部顶部与动平台3为多层活动连接。

所述上层支链的一端与第一层动平台31的外壁关节连接，上层支链的另一端与静平台1关节连接。

所述中层支链与第二层动平台32的外壁关节连接，中层支链的另一端与静平台1关节连接。

所述关节连接为球铰连接或虎克铰连接。

所述上层支链、中层支链中均设置有第一移动副P1，所述第一移动副P1驱动自身沿长度方向的伸缩。

具体的，所述第六支链L6对动平台3的下端进行调整，所述无约束支链组对动平台3的外壁进行关节支撑，第六支链L6、无约束支链组组合对动平台3进行位姿调节。

具体的，电主轴2与动平台3固定，从而实现第六支链L6、无约束支链组组合对电主轴2进行位姿调节。

本发明中的加工输出可以但不限于电主轴2。

具体的，所述第一层动平台31、第二层动平台32、第三层动平台33为分体固定或者一体成型。

具体的，所述第一层动平台31、第二层动平台32外壁处形成与上层支链、中层支链对应的装配孔。

具体的，所述上层支链为三根，两根上层支链在静平台1上的安装位沿着第三移动副左右对称，另一根上层支链在静平台1上的安装位在第三移动副的延长线上。

具体的，无约束支链组包括第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5。

具体的，第三移动副P3的滑动基础设置在静平台1上。

实施例一

如图1至图4所示，一种六支链五自由度并联加工机器人包括以下部件：静平台1、电主轴2、动平台3、第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5、第六支链L6。

如图1至图3所示，第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5和第六支链L6两端分别连接静平台1和动平台3。动平台3由第一层动平台31、第二层动平台32以及第三层动平台33组成，且相邻层之间固定连接，电主轴2固定安装在动平台3中，共同构成了五自由度并联加工机器人。

具体的，第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5均包括以下结构：第一移动副P1、球铰4、第一虎克铰U1，第一移动副P1布置在球铰4和第一虎克铰U1中间。

具体的，第六支链L6包括第二移动副P2、第三移动副P3、第二虎克铰U2和转动副5；第二移动副P2设置在第二虎克铰U2和转动副5之间，第三移动副P3设置在第二移动副P2和静平台1之间。

具体的，六条支链包括五条无约束支链即第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5，无约束支链的一端通过第一虎克铰U1或球铰4与静平台1连接，无约束支链另一端通过球铰4或第一虎克铰U1与动平台3连接，球铰4与第一虎克铰U1之间设置第一移动副P1；第六支链L6为约束支链，约束支链一端通过第三移动副P3与静平台1连接，约束支链另一端通过第二虎克铰U2与动平台3连接。

具体的，无约束支链分为上层支链和中层支链，上层支链包括第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3，上层支链每条支链的具体结构如图2中所示。中层支链包括第四支链L4、第五支链L5。中层支链每条支链的具体结构如图3中所示。上层支链的上部连接关节在靠近电主轴2头部一端的第一层动平台31周向间隔布置，上层支链的下部关节与静平台1周向向上伸出的三个突起一一对应相连；即上层支链构成三角状布设连接。中层支链的上部关节在第二层动平台32周向间隔布置，中层支链的下部关节在静平台1下层沿周向间隔布置。第六支链L6中第二虎克铰U2与动第三层平台33连接。

具体的，静平台1外壁处形成外延的支撑台，第三移动副P3的滑动基础与其中一个支撑台相对，另外两个支撑台沿着滑动基础对称。

具体的，第四支链L4、第五支链L5的下关节位置沿着第三移动副P3的滑动基础对称。

具体的，无约束支链由电机独立驱动。即第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5中包含的第一移动副P1通过电机独立驱动完成伸缩运动，第一移动副P1两端连接的球铰4和第一虎克铰U1配合其完成动平台3的预定位姿；第六支链L6中包含的第二移动副P2和第三移动副P3随动平台3的运动完成滑动运动，第二移动副P2两端的第二虎克铰U2和的转动副5亦配合使其满足动平台3的预定位姿下的第六支链L6中运动副的几何关系；从而实现动平台3实现五自由度运动。

第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3中第一移动副P1的套筒结构中空，且保证组成第一移动副P1的伸缩杆与地面始终保持一定的距离。

实施例二

如图5所示，一种六支链五自由度并联加工机器人与实施例一的运动形式相同，各运动副、支链等组成形式相同。

本实施例中五条无约束支链即第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5分为上层支链和中层支链，上层支链包括第一支链L1、第二支链L2，上层支链中每条支链结构如图2中所示。中层支链包括第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5，中层支链中每条支链结构如图3中所示。

第一支链L1、第二支链L2的上部连接关节在靠近电主轴2头部的第一层动平台31周向间隔布置，第一支链L1、第二支链L2的下部连接关节与静平台1周向向上伸出的两个突起一一对应相连，即第一支链L1、第二支链L2三角形状。第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5的上部连接关节在第二层动平台32周向间隔布置，第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5的下部关节在静平台1端面间隔布置，即第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5中的相邻支链成三角形状，第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5的下部关节也为三角形形状。第六支链L6中第二虎克铰U2与第三层动平台33连接，第六支链L6的移动基础与第五支链L5的下部关节相对，第三支链L3、第四支链L4的下部关节沿着移动基础对称，第一支链L1、第二支链L2的下部关节沿着移动基础对称。

第一支链L1、第二支链L2中第一移动副P1的套筒结构中空，组成第一移动副P1的伸缩杆与地面始终保持一定的距离，避免发生碰撞干涉。

实施例三

如图6所示，本实施例中一种六支链五自由度并联加工机器人与实施例一的运动形式相同，各运动副、支链等组成相同。

本实施例中五条无约束支链即第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5结构完全相同，无约束支链结构均为图3所示结构。无约束支链中的第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3、第四支链L4分为两组A组和B组，A组支链由第一支链L1、第二支链L2组成，B组支链由第三支链L3、第四支链L4组成；第一支链L1、第二支链L2的上部连接关节在第一层动平台31外壁处临近布置成组，第三支链L3、第四支链L4的上部连接关节在第一层动平台31外壁处临近布置成组，所示第五支链L5的上部连接关节在第一层动平台31外壁处独立布设成组，三组连接关节之间成三角形状；第一支链L1、第二支链L2、第三支链L3、第四支链L4、第五支链L5的下部连接关节在静平台1上同一层间隔布置，相邻支链成三角形状状；第六支链L6顶部与第三层动平台33连接，第六支链L6的移动基础通过无约束支链下关节组成图形的中心。

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)

1.一种六支链五自由度并联加工机器人，其特征在于：并联加工机器人包括作为装配基础的静平台（1）、作为位姿调节的支链组、作为输出装配的动平台（3），动平台（3）中设置作为输出单元的电主轴（2），支链组包括无约束支链组和第六支链，所述第六支链通过第三移动副与静平台（1）相连，所述第三移动副的运动方向与静平台（1）平行。

2.根据权利要求1所述的一种六支链五自由度并联加工机器人，其特征在于：所述动平台（3）包括第一层动平台（31）、第二层动平台（32）、第三层动平台（33），第一层动平台（31）、第二层动平台（32）、第三层动平台（33）相固定。

3.根据权利要求2所述的一种六支链五自由度并联加工机器人，其特征在于：所述第六支链中设置有转动副（5），所述转动副（5）中转轴轴向与第三移动副的移动方向平行。

4.根据权利要求3所述的一种六支链五自由度并联加工机器人，其特征在于：所述第六支链中设置有第二移动副，所述第二移动副的一端与转动副（5）相连，所述转动副（5）的另一端与第二虎克铰相连。

5.根据权利要求4所述的一种六支链五自由度并联加工机器人，其特征在于：所述第二虎克铰与动平台（3）中第三层动平台（33）活动铰接。

6.根据权利要求2所述的一种六支链五自由度并联加工机器人，其特征在于：所述无约束支链组包括上层支链和中层支链，上层支链、中层支链、第六支链顶部与动平台（3）为多层活动连接。

7.根据权利要求6所述的一种六支链五自由度并联加工机器人，其特征在于：所述上层支链的一端与第一层动平台（31）的外壁关节连接，上层支链的另一端与静平台（1）关节连接。

8.根据权利要求7所述的一种六支链五自由度并联加工机器人，其特征在于：所述中层支链与第二层动平台（32）的外壁关节连接，中层支链的另一端与静平台（1）关节连接。

9.根据权利要求8所述的一种六支链五自由度并联加工机器人，其特征在于：所述关节连接为球铰连接或虎克铰连接。

10.根据权利要求8所述的一种六支链五自由度并联加工机器人，其特征在于：所述上层支链、中层支链中均设置有第一移动副，所述第一移动副驱动自身沿长度方向的伸缩。

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