一种基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人，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，其中，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正压力。该机器人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直线导轨与无人搬运车，增大机器人优质工作空间范围，在一次装卡过程中实现对大型结构件全部曲面的加工作业并通过对末端执行器作用力的控制来保证加工作业质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人
本专利技术涉及数控装置制造
，特别涉及一种基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人。
技术介绍
在航空航天、能源动力以及重型设备等领域，为了充分发挥材料的力学性能，整体式大型结构件在全部结构中所占比重越来越高，但是目前现有的加工技术手段应用在大型复杂结构件的加工中仍存在诸多问题。同时风能作为可再生清洁能源的重要来源之一，其合理的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，由于其工作环境恶劣，表面质量容易受到破坏，极大影响了风机的正常运行。对叶片进行二次打磨恢复叶片表面质量是保证风力发电机长久有效运行的常用方法。由于大型风电叶片尺寸较大且在打磨过程中极易产生粉尘等污染物，因此利用机器人完成大型复杂结构件与大型风电叶片的加工作业是保证加工质量提升加工效率的必要手段。由于复杂结构件的加工表面与风电叶片型面多为自由曲面，此类型面的加工作业需要保证五轴联动的数控加工能力。由于大型结构件与大型风机叶片尺寸巨大，采用传统机床的形式进行加工必定导致机床尺寸进一步增大难以保证，导致设备后续维护工作量巨大，因此开发适用的大行程移动机器人意义重大。混联加工机器人通过将串联机器人与并联机器人的优点有机结合，能够在保证工作空间范围的前提下保证良好的刚度与动态响应能力，提升整机性能，能够适应加工行业的种种复杂要求。
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三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人，该机器人具有增大机器人优质工作空间范围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三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人，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，其中，所述平面内两自由度运动由布置在底座上的电机驱动；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正压力。本专利技术实施例的基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人，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直线导轨与无人搬运车，增大机器人优质工作空间范围，在一次装卡过程中实现对大型结构件全部曲面的加工作业并通过对末端执行器上的作用力的控制进行控制来保证加工作业质量。另外，根据本专利技术上述实施例的基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人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，所述第一支链通过一个转动副与所述并联模块定平台连接，通过两个轴线互相垂直的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直线导轨并搭载所述无人搬运车，以增大机器人优质工作空间范围；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还可直接配合无人搬运车或全行程直线导轨增大加工机器人的加工作业行程。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虎克铰或两个轴线互相垂直的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虎克铰相连接的位置，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。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不同种类的加工作业。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，所述三自由度力控并联加工模块根据实际加工需求采用无力控模块的结构形式。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三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人的结构示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的一种基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人的结构示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的一种基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人的结构示意图；图4是根据本专利技术另一个实施例的平面两自由度混联机械臂结构示意图；图5是根据本专利技术的一个实施例的三自由度力控并联加工模块结构示意图；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；直线进给驱动混联机械臂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；直线进给驱动混联机械臂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；直线进给驱动混联机械臂II；直线导轨III-3；平面两自由度混联机械臂：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41本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人，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，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，其中，所述平面内两自由度运动由底座上的电机驱动；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】
1.一种基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人，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，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，其中，所述平面内两自由度运动由底座上的电机驱动；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所述的一种基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人，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。3.根据权利要求1所述的一种基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人，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，所述第一支链通过一个转动副与所述并联模块定平台连接，通过两个轴线互相垂直的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所述的一种基于三自由度力控并联模块的移动式混联加工机器人，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直线导轨并搭载所述无人搬运车，以增大机器人优质工作空间范围；或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后再搭载无人搬运车或安装于全行程直线导轨上，增大加工机器人的加工作业行程。5.根据权利要求3所述的一...

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