一种轨道式大跨度可折展加工机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种轨道式大跨度可折展加工机器人，包括：轨道、五自由度末端姿态调整装置和二自由度可折展机构，二自由度可折展机构包括：底座、一级平行四边形结构、二级平行四边形结构、中间三角板、第一驱动组件和第二驱动组件，一级平行四边形结构安装在底座上，两个平行四边形结构通过中间三角板耦合，五自由度末端姿态调整装置连接二级平行四边形结构，底座移动配合在轨道上。本发明专利技术的轨道式大跨度可折展加工机器人，可实现五自由度末端姿态调整装置的空间大范围移动并定位，应对大型结构件对加工装备的大工作空间需求，易实现大范围定位及局部灵活姿态调整等功能，可完成大型结构件复杂自由曲面的数控加工。

A track type large span folding folding robot

The invention discloses a rail-type large-span flexible processing robot, which comprises a track, a 5-DOF terminal attitude adjusting device and a 2-DOF flexible mechanism. The 2-DOF flexible mechanism comprises a base, a 1-DOF parallelogram structure, a 2-DOF parallelogram structure, an intermediate triangle plate and a first drive assembly. With the second drive assembly, the first-order parallelogram structure is mounted on the base, the two parallelograms are coupled through the middle triangle plate, and the five-degree-of-freedom terminal attitude adjusting device is connected with the second-order parallelogram structure. The base moves and matches on the track. The orbital type large-span flexible processing robot of the invention can realize large-scale movement and positioning of the 5-DOF terminal attitude adjusting device in space, meet the large workspace requirements of the processing equipment for large-scale structural parts, easily realize large-scale positioning and local flexible attitude adjusting functions, and can complete complex self-positioning of large-scale structural parts. NC machining from surface.

【技术实现步骤摘要】
一种轨道式大跨度可折展加工机器人
本专利技术属于机械设计与制造领域，特别涉及能够应用于数控加工领域的一种轨道式大跨度可折展加工机器人。
技术介绍
在机械设计与制造领域，随着工业水平的发展，机械零部件的服役要求和设计水平不断提高，其加工制造工艺也变得更加严苛和复杂，对现代加工装备提出新的挑战。伴随国家重大项目和工程的实施，大型复杂结构件及大型设备已被广泛应用于各关键领域，如航空航天、船舶舰艇、电力设施等，针对此类结构件对超大工作空间的需求，“大”机床加工“小”工件的传统思维模式显然不再适用。针对以上应用需求，设计一款轨道式大跨度可折展多轴联动加工装置，成为满足所述需求的一种有效途径。在大型结构件移动加工方面，德国KUKAMoiros采用OmniMove移动平台，搭载KMRQUANTEC机械臂构成移动加工机器人系统，展示了其在大型结构件加工领域的应用前景。然而，其机械臂采用串联形式实现，存在误差积累、运动部件惯量大等问题。与串联机构不同，并联机构是由两个或多个运动学支链构成的闭环并能够控制终端实现一定输出运动的机构，具有结构紧凑、运动部件质量小、刚度高、动态响应特性好、单位重量上承载能力大、易于实现高速运动等优点，因此成为加工装备创新设计的理想选择。
技术实现思路
本专利技术的目的是为大型零部件加工提供更好的原理构型及解决方案，提出一种轨道式大跨度可折展加工机器人，本专利技术提出的新型加工机器人，利用耦合的两个平行四边形结构以及轨道，可实现五自由度末端姿态调整装置的空间大范围移动并定位，应对大型结构件对加工装备的大工作空间需求，易实现大范围定位及局部灵活姿态调整等功能。根据本专利技术实施例的一种轨道式大跨度可折展加工机器人，包括：轨道、五自由度末端姿态调整装置和二自由度可折展机构，所述二自由度可折展机构包括：底座、一级平行四边形结构、二级平行四边形结构、中间三角板、第一驱动组件和第二驱动组件，所述一级平行四边形结构安装在底座上，所述一级平行四边形结构和所述二级平行四边形结构通过所述中间三角板耦合链接，所述底座配合在所述轨道上，所述底座具有间隔开的第一铰点、第二铰点，所述中间三角板具有呈三角分布的第三铰点、第四铰点和第五铰点，所述一级平行四边形结构包括：第一连杆、第二连杆，所述第一连杆的两端分别铰接连接在所述第一铰点和所述第四铰点上，所述第二连杆的两端分别铰接连接在所述第二铰点和所述第三铰点上，所述第一铰点和所述第四铰点的距离与第二铰点和所述第三铰点的距离相等，所述第一铰点和所述第四铰点的连线与第二铰点和所述第三铰点的连线相互平行；所述二级平行四边形结构包括：第三连杆、第四连杆和第五连杆，所述第三连杆铰接连接在所述第四铰点上，所述第四连杆铰接连接在所述第五铰点上，所述第五连杆的两端分别通过第六铰点和第七铰点铰接连接在所述第三连杆和所述第四连杆上，所述第四铰点和所述第六铰点的距离与第五铰点和所述第七铰点的距离相等，所述第四铰点和所述第六铰点的连线与所述第五铰点和所述第七铰点的连线相互平行；所述第一驱动组件用于驱动所述第一连杆和所述第二连杆中的一个相对所述底座转动，所述第二驱动组件用于驱动所述第三连杆和所述第四连杆中的一个相对所述中间三角板转动，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件是所述二自由度可折展机构仅有的两个主动驱动副，所述五自由度末端姿态调整装连接所述第五连杆；所述五自由度末端姿态调整装置包括：定平台、动平台、第一支链、第二支链和第三支链，所述定平台固定连接在所述第五连杆上，所述动平台用于安装执行器，所述第一支链、第二支链和第三支链环绕设置且连接在所述定平台和所述动平台之间，所述动平台具有三个转动自由度和两个移动自由度。根据本专利技术实施例的一种轨道式大跨度可折展加工机器人，通过设置三个支链结构形成五自由度末端姿态调整装置，实现三个转动自由度和两个移动自由度，是该机构区别于其它同类机构的显著特点，其动平台可实现较大的转动输出能力；采用双级平行四边形结构的二自由度可折展机构，通过控制两个输入来驱动二自由度可折展机构运动，可保证较高的加工面法向刚度，这是普通的机械手不能实现的。二自由度可折展机构可在轨道上移动，可实现平面内三个转动自由度。本专利技术提出的轨道式大跨度可折展加工机器人，可应对大型结构件对加工装备的工作空间需求，易实现大范围定位及局部灵活姿态调整等功能，可完成大型结构件复杂自由曲面的数控加工。其中，在二自由度可折展机构中，一级平行四边形结构和二级平行四边形结构均为平行四边形，两个平行四边形通过中间三角板相耦合，因此通过控制两个平行四边形的两条边与底座之间的角度，可得到五自由度末端姿态调整装置的唯一位置，从而实现末端五自由度末端姿态调整装置的大范围移动和定位。将二自由度可折展机构安装在轨道上，可实现二自由度可折展机构沿轨道大跨度位置调整，最终实现五自由度末端姿态调整装置的大范围移动和定位能力。在一些实施例中，轨道式大跨度可折展加工机器人还包括：转换平行四边形结构，所述转换平行四边形结构包括第六连杆和第七连杆，所述第六连杆的一端铰接连接在所述第一铰点上，所述第六连杆的另一端铰接连接在所述第七连杆的一端上，所述第七连杆的另一端铰接连接在所述第三连杆上，所述第一连杆、所述第六连杆、所述第七连杆及所述第三连杆的部分段构成四边形，所述第二驱动组件通过驱动所述第六连杆转动而带动所述第三连杆转动。在一些实施例中，所述轨道包括平行设置的两条，所述底座的底部通过滑块配合在两条所述轨道上，每条所述轨道上设置有多个所述滑块。在一些实施例中，所述第一驱动组件和第二驱动组件分别为缸体驱动机构。在一些实施例中，所述第一驱动组件和第二驱动组件分别为电机驱动机构。在一些实施例中，所述第一驱动组件包括：第一顶块，所述第一顶块可转动地连接在所述第一连杆上；第一支块，所述第一支块可转动地连接在所述底座上；第一驱动杆，所述第一驱动杆的一端与所述第一顶块相连，所述第一驱动杆的另一端与所述第一支块相连，所述第一驱动杆、所述第一连杆的部分段、所述底座构成三角形；第一驱动器，所述第一驱动器用于驱动所述第一驱动杆相对所述第一顶块或者所述第一支块伸缩。在一些实施例中，所述第二驱动组件包括：第二顶块，所述第二顶块可转动地连接在所述第三连杆上；第二支块，所述第二支块可转动地连接在所述中间三角板上；第二驱动杆，所述第二驱动杆的一端与所述第二顶块相连，所述第二驱动杆的另一端与所述第二支块相连，所述第二驱动杆、所述第三连杆的部分段、所述中间三角板构成三角形；第二驱动器，所述第二驱动器用于驱动所述第二驱动杆相对所述第二顶块或者所述第二支块伸缩。在另一些实施例中，所述第二驱动组件包括：第三顶块，所述第三顶块可转动地连接在所述第六连杆上；第三支块，所述第三支块可转动地连接在所述底座上；第三驱动杆，所述第三驱动杆的一端与所述第三顶块相连，所述第三驱动杆的另一端与所述第三支块相连，所述第三驱动杆、所述第六连杆的部分段、所述底座构成三角形；第三驱动器，所述第三驱动器用于驱动所述第三驱动杆相对所述第三顶块或者所述第三支块伸缩。在一些实施例中，所述中间三角板为平行设置的两个，两个所述中间三角板夹设在所述第一连杆、所述第三连杆的两侧，所述第二连杆为平行设置的两个，所述第四连杆为平行设置的两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道式大跨度可折展加工机器人，其特征在于，包括：轨道、五自由度末端姿态调整装置和二自由度可折展机构，所述二自由度可折展机构包括：底座、一级平行四边形结构、二级平行四边形结构、中间三角板、第一驱动组件和第二驱动组件，所述一级平行四边形结构安装在所述底座上，所述一级平行四边形结构和所述二级平行四边形结构通过所述中间三角板耦合链接，所述底座配合在所述轨道上，所述底座具有间隔开的第一铰点、第二铰点，所述中间三角板具有呈三角分布的第三铰点、第四铰点和第五铰点，所述一级平行四边形结构包括：第一连杆、第二连杆，所述第一连杆的两端分别铰接连接在所述第一铰点和所述第四铰点上，所述第二连杆的两端分别铰接连接在所述第二铰点和所述第三铰点上，所述第一铰点和所述第四铰点的距离与第二铰点和所述第三铰点的距离相等，所述第一铰点和所述第四铰点的连线与第二铰点和所述第三铰点的连线相互平行；所述二级平行四边形结构包括：第三连杆、第四连杆和第五连杆，所述第三连杆铰接连接在所述第四铰点上，所述第四连杆铰接连接在所述第五铰点上，所述第五连杆的两端分别通过第六铰点和第七铰点铰接连接在所述第三连杆和所述第四连杆上，所述第四铰点和所述第六铰点的距离与第五铰点和所述第七铰点的距离相等，所述第四铰点和所述第六铰点的连线与所述第五铰点和所述第七铰点的连线相互平行；所述第一驱动组件用于驱动所述第一连杆和所述第二连杆中的一个相对所述底座转动，所述第二驱动组件用于驱动所述第三连杆和所述第四连杆中的一个相对所述中间三角板转动，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件是所述二自由度可折展机构仅有的两个主动驱动副，所述五自由度末端姿态调整装置连接所述第五连杆；所述五自由度末端姿态调整装置包括：定平台、动平台、第一支链、第二支链和第三支链，所述定平台固定连接在所述第五连杆上，所述动平台用于安装执行器，所述第一支链、第二支链和第三支链环绕设置且连接在所述定平台和所述动平台之间，所述动平台具有三个转动自由度和两个移动自由度。...

【技术特征摘要】
1.一种轨道式大跨度可折展加工机器人，其特征在于，包括：轨道、五自由度末端姿态调整装置和二自由度可折展机构，所述二自由度可折展机构包括：底座、一级平行四边形结构、二级平行四边形结构、中间三角板、第一驱动组件和第二驱动组件，所述一级平行四边形结构安装在所述底座上，所述一级平行四边形结构和所述二级平行四边形结构通过所述中间三角板耦合链接，所述底座配合在所述轨道上，所述底座具有间隔开的第一铰点、第二铰点，所述中间三角板具有呈三角分布的第三铰点、第四铰点和第五铰点，所述一级平行四边形结构包括：第一连杆、第二连杆，所述第一连杆的两端分别铰接连接在所述第一铰点和所述第四铰点上，所述第二连杆的两端分别铰接连接在所述第二铰点和所述第三铰点上，所述第一铰点和所述第四铰点的距离与第二铰点和所述第三铰点的距离相等，所述第一铰点和所述第四铰点的连线与第二铰点和所述第三铰点的连线相互平行；所述二级平行四边形结构包括：第三连杆、第四连杆和第五连杆，所述第三连杆铰接连接在所述第四铰点上，所述第四连杆铰接连接在所述第五铰点上，所述第五连杆的两端分别通过第六铰点和第七铰点铰接连接在所述第三连杆和所述第四连杆上，所述第四铰点和所述第六铰点的距离与第五铰点和所述第七铰点的距离相等，所述第四铰点和所述第六铰点的连线与所述第五铰点和所述第七铰点的连线相互平行；所述第一驱动组件用于驱动所述第一连杆和所述第二连杆中的一个相对所述底座转动，所述第二驱动组件用于驱动所述第三连杆和所述第四连杆中的一个相对所述中间三角板转动，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件是所述二自由度可折展机构仅有的两个主动驱动副，所述五自由度末端姿态调整装置连接所述第五连杆；所述五自由度末端姿态调整装置包括：定平台、动平台、第一支链、第二支链和第三支链，所述定平台固定连接在所述第五连杆上，所述动平台用于安装执行器，所述第一支链、第二支链和第三支链环绕设置且连接在所述定平台和所述动平台之间，所述动平台具有三个转动自由度和两个移动自由度。2.根据权利要求1所述的轨道式大跨度可折展加工机器人，其特征在于，还包括：转换平行四边形结构，所述转换平行四边形结构包括第六连杆和第七连杆，所述第六连杆的一端铰接连接在所述第一铰点上，所述第六连杆的另一端铰接连接在所述第七连杆的一端上，所述第七连杆的另一端铰接连接在所述第三连杆上，所述第一连杆、所述第六连杆、所述第七连杆及所述第三连杆的部分段构成四边形，所述第二驱动组件通过驱动所述第六连杆转动而带动所述第三连杆转动。3.根据权利要求1或2所述的轨道式大跨度可折展加工机器人，其特征在于，所...

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