一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置，包括：全行程直线导轨，用于实现加工机器人装置的大行程移动；平面两自由度混联机械臂，用于控制平面内两自由度运动，其中，所述平面内两自由度运动由底座上的电机驱动；以及三自由度力控并联加工模块，用于控制一个移动自由度和两个转动自由度，并控制末端执行器上的作用力。该装置将三自由度力控并联加工模块安装在平面两自由度混联机械臂末端配合全行程直线导轨，可以增大机器人优质工作空间范围，在一次装卡过程中即可实现对大尺寸复杂曲面的加工作业，同时机器人装置具备五轴联动加工能力并能够对末端执行器上作用正压力进行控制保证最终加工质量。

【技术实现步骤摘要】
一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置
本专利技术涉及数控装置制造
，特别涉及一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置。
技术介绍
随着对结构轻量化设计的要求不断提高，航空航天、能源以及汽车行业的具有复杂曲面的大型结构件越来越常见，但是如何对大型复杂结构件进行一体化加工以保证其力学性能与型面精度仍是研究的重要方向。与此同时，化石燃料的大规模应用带来的环境污染问题，促使世界各国开始推进可再生能源的发展。风能作为可再生清洁能源的重要来源之一，由于其技术最为成熟、最具开发规模并且商业化发展前景最好，其合理开发与利用正在日益受到人们的重视。风电叶片作为风力发电机的重要组成部件，由于长时间工作在恶劣环境下，其表面质量常常由于受到风沙侵蚀并吸附空气中的杂质颗粒而破坏，而对风电叶片进行打磨以恢复叶片表面质量是提升与恢复风力发电机组发电效率的常用方法。由于叶片尺寸较大且具有复杂曲面，因此利用机器人装置完成对大型复杂结构件与大型风电叶片的加工作业是大型结构件加工设备
的重要发展趋势，要完成此类加工作业往往要求加工装备具有五轴联动工作能力。大型复杂结构件与风机叶片尺寸巨大，采用传统机床形式完成加工作业必定导致机床尺寸进一步增大，因此并不现实，从而开发适用的大行程移动加工机器人意义重大。传统的工业机器人通常采用由若干关节、连杆组成的开链式串联机器人，此种机器人具有工作空间大、结构简单并且灵活性高的优点但是同样存在关节误差易积累等不足。而并联机构则与之不同，通过在定平台与动平台之间连接两个及以上的运动学支链构成的闭环来保证结构的紧凑并且能够实现高刚度与良好的动态响应性能。混联机构则是将串联机构与并联机构有机结合，可以融合串联机器人与并联机器人的优点，在保证承载能力与稳定性的同时具有较大的工作空间。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置，该装置具有增大机器人优质工作空间范围，实现对大尺寸复杂曲面的加工作业且保证加工质量的优点。为达到上述目的，本专利技术实施例提出了一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置。本专利技术实施例的一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置，通过将三自由度力控并联加工模块安装在平面两自由度混联机械臂末端配合全行程直线导轨，可以增大机器人优质工作空间范围，在一次装卡过程中即可实现对大尺寸复杂曲面的加工作业，同时机器人装置具备五轴联动加工能力并能够对末端执行器上作用的正压力进行控制保证最终加工质量。另外，根据本专利技术上述实施例的一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述平面两自由度混联机械臂包括：大臂，第一连杆组和所述机械臂大臂构成平行四边形机构，以实现由底部电机驱动的绕底部转动副转动中心的转动运动；小臂，第二连杆组和所述机械臂小臂构成平行四边形机构，通过外加第三连杆以实现由底部电机驱动的绕转动轴心的转动运动。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述三自由度力控并联加工模块包括：并联模块定平台；并联模块动平台；末端执行器；力控制单元；第一支链，所述第一支链通过两个轴线互相垂直的转动副与所述并联模块定平台连接，通过一个转动副与所述并联模块动平台连接，所述第一支链包含一个由输入驱动的丝杠螺母运动副，以控制所述丝杠与所述螺母轴线之间的转动自由度和所述丝杠沿所述第一支链的移动自由度；第二支链和第三支链，所述第二支链和所述第三支链与所述第一支链结构相同，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链分别连接在所述并联模块定平台和所述并联模块动平台之间，构成闭环并联结构，以保证动平台与末端执行器固定连接后可控制一个移动自由度与两个转动自由度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述三自由度力控并联加工模块安装在所述平面两自由度混联机械臂末端配合全行程直线导轨，以增大机器人工作空间范围；或者采取直接搭载无人搬运车或搭载安装于无人搬运车上直线导轨的形式，以增大机器人装置的移动行程。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一支链包括：第一电机，所述第一电机的一端通过一个虎克铰或两个轴线互相垂直的转动副与所述三自由度力控并联加工模块定平台相连；第一丝杠螺母副，所述第一丝杠螺母副中螺母与第一电机相固结，以构成圆柱运动副，实现丝杠相对于螺母的直线进给自由度与相对转动自由度，所述第一丝杠螺母副中的丝杠通过一个转动副实现与所述并联模块动平台相连。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述力控制单元包括：力控制弹簧，所述力控制弹簧在作业过程中通过对位置控制以实现末端正压力的控制；阻尼减振器，所述阻尼减振器可通过与所述力控制弹簧的协调实现力控制条件下的振动抑制；单元外壳，所述单元外壳则可与并联加工模块本体结构相结合克服所述单元不能承受力矩的问题。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述力控制单元设置在所述第一支链、所述第二支链以及所述第三支链中所述丝杠与所述转动副相连接的位置，以实现对所述第一支链、所述第二支链以及所述第三支链的力控制；所述力控制单元还可设置在所述三自由度力控并联加工模块动平台与所述末端执行器相连接的位置，以实现对所述末端执行器上作用力的控制；或者采取无力控制单元的结构形式。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述三自由度力控并联加工模块可以通过搭载不同形式的末端执行器如电主轴与刀具、焊接执行器或电动打磨头完成如铣钻作业、焊接作业、打磨作业等不同种类的加工作业。根据本专利技术的另一个实施例，所述三自由度力控并联加工模块力控制单元还可包括：力传感器，所述力传感器可以在作业过程中对所作用正压力进行反馈；力/位混合控制算法，所述力/位混合控制算法可以根据力传感器反馈数据对三自由度力控并联加工模块末端执行器实现力/位混合控制。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置的结构示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置的结构示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置的结构示意图；图4是根据本专利技术一个实施例的平面两自由度混联机械臂结构示意图；图5是根据本专利技术一个实施例的三自由度力控并联加工模块的结构示意图；图6是根据本专利技术一个实施例的三自由度力控并联加工模块的第一支链、定平台和动平台的爆炸示意图；图7是根据本专利技术另一个实施例的三自由度力控并联加工模块的第一支链、定平台和动平台的爆炸示意图。附图标记：图1中，三自由度力控并联加工模块I；平面两自由度混联机械臂II；直线导轨III-1；图2中，三自由度力控并联加工模块I；平面两自由度混联机械臂II；无人搬运车III-2；图3中，三自由度力控并联加工模块I；平面两自由度混联机械臂II；无人搬运车III-31；直线导轨III-32；机械臂底座21；机械臂大臂22；小臂驱动臂23；第一连杆组24；姿态调节部件25；机械臂小臂26；第二连杆组27；末端执行器28；第一支链31；第二支链32；第三支链33；并联加工模块定平台34；并联加工模块动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置，其特征在于，包括：全行程直线导轨，用于实现机器人装置的大行程移动；平面两自由度混联机械臂，用于控制平面内两自由度运动，其中，所述平面内两自由度运动由底座上的电机驱动；以及三自由度力控并联加工模块，用于控制一个移动自由度和两个转动自由度，并控制末端执行器上的作用力。

【技术特征摘要】
1.一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置，其特征在于，包括：全行程直线导轨，用于实现机器人装置的大行程移动；平面两自由度混联机械臂，用于控制平面内两自由度运动，其中，所述平面内两自由度运动由底座上的电机驱动；以及三自由度力控并联加工模块，用于控制一个移动自由度和两个转动自由度，并控制末端执行器上的作用力。2.根据权利要求1所述的一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置，其特征在于，所述平面两自由度混联机械臂包括：大臂，第一连杆组和所述机械臂大臂构成平行四边形机构，以实现由底部驱动的绕底部转动副转动中心的转动运动；小臂，第二连杆组和所述机械臂小臂构成平行四边形机构，通过外加第三连杆以实现由底部电机驱动的绕转动轴心的转动运动。3.根据权利要求1所述的一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置，其特征在于，所述三自由度力控并联加工模块包括：并联模块定平台；并联模块动平台；末端执行器；力控制单元；第一支链，所述第一支链通过两个轴线互相垂直的转动副与所述并联模块定平台连接，通过一个转动副与所述并联模块动平台连接，所述第一支链包含一个由输入驱动的丝杠螺母运动副，以控制所述丝杠与所述螺母轴线之间的转动自由度和所述丝杠沿所述第一支链的移动自由度；第二支链和第三支链，所述第二支链和所述第三支链与所述第一支链结构相同，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链分别连接在所述并联模块定平台和所述并联模块动平台之间，构成闭环并联结构，以保证动平台与末端执行器固定连接后可控制一个移动自由度与两个转动自由度。4.根据权利要求1所述的一种面向复杂曲面的大行程混联加工机器人装置，其特征在于，所述三自由度力控并联加工模块安装在所述平面两自由度混联机械臂末端配合全行程直线导轨，以增大机器人工作空间范围；或者直接搭载无人搬运车或搭载安装于无人搬运车上的直线导轨，以增大机器人装置的移动行程。5.根据权利要求3所述的一种面向...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辛军，谢福贵，崇增辉，汪劲松，梅斌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11