一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置，包括：无人搬运车，用于保证机器人的大移动行程；直线导轨，用于在无人搬运车停车时控制混联机器人的移动；平面两自由度混联机械臂，用于控制平面内两自由度运动；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正压力。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无人搬运车，增大了机器人优质工作空间范围，一次装卡即可完成对全部型面的加工作业，有效提升加工作业效率，同时三自由度力控并联加工模块能够在加工作业时实现对末端执行器作用力的控制以保证加工质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置
本专利技术涉及数控装置制造
，特别涉及一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置。
技术介绍
随着航空航天领域技术的不断发展与结构设计水平的不断提升，对于结构减重的需求日益突出，这也带来了对结构件加工的新要求。为了充分利用材料的力学性能，大型整体结构件的形式所占比重上升，但是这也为加工行业带来了新的挑战，大型结构件的一体化加工仍是亟待解决的技术难题。同时目前化石能源枯竭与环境污染问题日益严重，诸多国家开始关注风能的开发与利用，由于风能蕴藏丰富且分布广泛因此表现出巨大的应用前景。随着风能利用的快速发展，对风电机组的需求也日益增加，叶片作为风力发电机组中的关键部件，其工作寿命如何长久有效维持正成为学术界与工业界关注的重点问题，由于叶片前缘在实际服役过程中极易受到污染而变得粗糙，这会极大降低风力发电机组的发电效率，因此对风电叶片进行及时加工就显得尤为重要。但是大型风电叶片尺寸巨大，人工加工作业难度大且加工过程产生大量粉尘，加工作业环境恶劣，因此利用机器人进行加工作业是保证加工效率与加工精度的最佳方式之一。大型结构件与大型风电叶片尺寸巨大，要求加工装置具有较大的行程。同时加工曲面多为自由曲面，曲率变化情况复杂，要求加工装置能够实现五轴联动加工。传统的串联机器人由关节、连杆组合而成，其优点在于结构形式简单、工作空间大且较为灵活但是存在关节累积、末端刚度较差等问题。并联机构则是通过在定平台与动平台之间形成多个运动学支链构成闭环结构来保证末端动平台的高刚度并保证结构紧凑，但是其工作空间一般较小，亟待解决。通过将并联机构与串联机构有机结合构成混联机构则能够有效改善整体性能。
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基于力控混联机器人的大型结构件加工装置，该装置具有增大机器人优质工作空间范围、有效提升加工作业效率和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基于力控混联机器人的大型结构件加工装置，包括：无人搬运车，用于保证机器人的大移动行程；直线导轨，所述直线导轨用于在所述无人搬运车停车时控制混联机器人的移动；平面两自由度混联机械臂，用于控制平面内两自由度运动；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正压力。本专利技术实施例的基于力控混联机器人的大型结构件加工装置，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无人搬运车，增大了机器人优质工作空间范围，一次装卡即可完成对全部型面的加工作业，有效提升加工作业效率，同时三自由度力控并联加工模块能够在加工作业时实现对末端执行器作用力的控制保证加工质量。另外，根据本专利技术上述实施例的基于力控混联机器人的大型结构件加工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，以实现由大臂驱动杆驱动的转动运动；小臂，第二连杆组和所述机械臂小臂构成平行四边形机构，以实现由小臂驱动杆驱动的转动运动。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，以实现丝杠与螺母轴线之间的转动自由度以及丝杠沿支链的移动自由度；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有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所述无人搬运车和所述直线导轨，以增大机器人优质工作空间范围；或直接搭载无人搬运车或全行程直线导轨，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动平台相连；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定平台相连。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；减振阻尼器，所述减振阻尼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。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通过搭载不同形式的末端执行器完成打磨作业、焊接作业和铣钻作业等加工作业。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力控制单元还包括：力传感器，所述力传感器在作业过程中对所作用正压力进行反馈，并通过力/位混合控制算法，根据所述力传感器反馈的数据对所述三自由度力控并联模块末端执行器实现力/位混合控制。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在本专利技术实施例的具体使用过程中根据加工作业需求选择无力控制单元的结构形式。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基于力控混联机器人的大型结构件加工装置的结构示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置的结构示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置的结构示意图；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的结构示意图；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是根据本专利技术的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是根据本专利技术的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：在图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；无人搬运车III-11；直线导轨III-12；在图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；在图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；直线导轨III-3；机械臂底座21；机械臂大臂22；大臂驱动杆23；第一连杆组24；姿态调节部件25；小臂驱动杆26；机械臂小臂27；第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置，其特征在于，包括：无人搬运车，用于保证机器人的大移动行程；直线导轨，用于在所述无人搬运车停车时控制混联机器人的移动；平面两自由度混联机械臂，用于控制平面内两自由度运动；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正压力。

【技术特征摘要】
1.一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置，其特征在于，包括：无人搬运车，用于保证机器人的大移动行程；直线导轨，用于在所述无人搬运车停车时控制混联机器人的移动；平面两自由度混联机械臂，用于控制平面内两自由度运动；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正压力。2.根据权利要求1所述的一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置，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，以实现由大臂驱动杆驱动的转动运动；小臂，第二连杆组和所述机械臂小臂构成平行四边形机构，以实现由小臂驱动杆驱动的转动运动。3.根据权利要求1所述的一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置，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，以实现丝杠与螺母轴线之间的转动自由度以及丝杠沿支链的移动自由度；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有一个移动自由度与两个转动自由度。4.根据权利要求1所述的一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置，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所述无人搬运车和所述直线导轨，以增大机器人优质工作空间范围；或直接搭载无人搬运车或全行程直线导轨，以增大机器人装置的移动行程。5.根据权利要求3所述的一种基于力控混联机器人的大型结构件加工装置，其特征在于，所述第一支链包括...

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