一种三分支五自由度超大工作空间激光加工机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种三分支五自由度超大工作空间激光加工机器人，属于机器人技术领域；包括机架、动平台、五个驱动电机、末端执行器、以及并联连接在机架与动平台之间的第一、第二、第三分支；所述第一分支从机架到动平台顺序连接有导轨一、滑块一、连杆一；所述第二分支结构与第一分支相同；所述第三分支从机架到动平台顺序连接有导轨三、滑块三、电机安装座、连杆三；本发明专利技术采用三分支并联机构实现五自由度运动，结构紧凑、制造成本低，同时具备高刚度和超大工作空间，在航空航天领域具有良好的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种三分支五自由度超大工作空间激光加工机器人


[0001]本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种三分支五自由度超大工作空间激光加工机器人。

技术介绍

[0002]激光加工由于具有热变形小，高精度和高效率的特点，在航空航天领域的应用前景巨大。目前，国内外应用于航空航天领域的激光加工机器人主要可以分为龙门式和悬臂式。龙门式加工机器人尽管精度较高，但运动部件质量大、惯性高，实现高速运动困难，另外，龙门式加工机器人运动轴线相对固定，设备运动灵活性差；悬臂式加工机器人是以多串联机器臂作为执行机构，较于龙门式设备，其机构紧凑，运动灵活，但由于仍采用串联机构，存在刚度差和加工精度低的缺点。
[0003]并联机器人作为一种闭环机构，其末端执行器通过至少两个独立分支与定平台相连，与采用串联机构的龙门式加工设备相比，在保证刚度的情况下其制造成本和难度大大降低，与悬臂式加工设备相比，其结构更紧凑，刚度和加工精度更好，但大多数并联机器人工作空间小，不能满足大尺寸件的激光加工。
[0004]中国专利(CN108858142A)提出了一种五自由度并联机器人，可实现复杂曲面的焊接、激光加工工作等，但该结构工作空间小且对于装配精度提出较高要求；中国专利(CN101497193A)提出一种三分支五自由度混联激光加工机器人，采用三分支三自由度并联机构与二自由度串联机构串联实现五轴运动，但其动平台安装有一定重量的串联机构转头，导致其动力学性能较差且位置工作空间仍有限。现有的并联激光加工机器人方案工作空间非常小，杆件易干涉，杆件惯性大，速度不够高，没有兼具龙门式机床和串联机器人的优点，不能满足航空航天等领域大尺寸薄壁结构零部件的激光加工要求。

技术实现思路

[0005]实现本专利技术目的所采用的技术方案为：一种三分支五自由度超大工作空间激光加工机器人，属于机器人
；包括机架、动平台、五个驱动电机、末端执行器、以及并联连接在机架与动平台之间的第一、第二、第三分支；其中第一分支与第二分支的结构完全相同且对称分布；所述第一分支从机架到动平台顺序连接有导轨一、滑块一、连杆一；上述滑块一与导轨一通过移动副一连接，连杆一通过转动副一和转动副二与滑块一连接；连杆一通过转动副三和转动副四与动平台连接；上述转动副一轴线和转动副二轴线垂直相交；上述转动副三轴线和转动副四轴线垂直相交；上述转动副一轴线和转动副四轴线相互平行；上述转动副二轴线和转动副三轴线相互平行；
[0006]上述第三分支从机架到动平台顺序连接有导轨三、滑块三、电机安装座、连杆三；上述滑块三与导轨三通过移动副三连接，连杆三通过转动副五和转动副六与电机安装座连接；连杆三通过转动副七和转动副八与动平台连接；上述电机安装座与滑块三固连；上述转动副五轴线和转动副六轴线垂直相交；上述转动副七轴线和转动副八轴线垂直相交；上述
转动副五轴线和转动副八轴线相互平行；上述转动副六轴线和转动副七轴线相互平行；
[0007]上述动平台与第一分支连接的转动副四轴线、与第二分支连接的转动副四轴线、与第三分支连接的转动副八轴线相互平行；上述三个分支的导轨相互平行，末端执行器通过转动副九与动平台连接；上述转动副九轴线垂直于动平台平面；第一分支的滑块一上安装有一个电机，第一分支的移动副一是驱动副；第二分支与第一分支有相同的驱动；第三分支的滑块三上安装有两个电机，第三分支的移动副三和转动副九是驱动副；动平台上安装有一个电机，驱动末端执行器转动。
[0008]本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术提出一种五自由度超大工作空间激光加工机器人，它是一种混联结构，能输出三个移动与两个转动。本机器人区别于其他激光加工机器人的重要优点在于关节转动限制少、工作空间大，具有龙门式加工机器人的优点；采用多关节耦合运动结构，具有串联加工机器人的灵活性；所有驱动靠近基座，末端质量轻，运动性能优越；动平台可连接包括激光头在内的多种加工头，能够实现复合加工并保证大型工件复杂曲面的加工精度。
附图说明
[0009]图1为本专利技术一种三分支五自由度超大空间复合加工机器人的整机结构示意图；
[0010]图2为本专利技术一种三分支五自由度超大空间复合加工机器人的第一分支结构示意图；
[0011]图3为本专利技术一种三分支五自由度超大空间复合加工机器人的第三分支结构示意图；
[0012]图4为本专利技术一种三分支五自由度超大空间复合加工机器人中导轨的齿条与滑块的齿轮啮合示意图。
[0013]其中1
‑
机架、2
‑
动平台、3
‑
末端执行器、4
‑
加工件、5
‑
加工平台、M1
‑
电机一、M2
‑
电机二、M3
‑
电机三、M4
‑
电机四、M5
‑
电机五、B1
‑
电机安装座、H1
‑
滑块一、H2
‑
滑块二、H3
‑
滑块三、D1
‑
导轨一、D2
‑
导轨二、D3
‑
导轨三、
Ⅰ‑
第一分支、
Ⅱ‑
第二分支、
Ⅲ‑
第三分支、C1
‑
齿轮、C2
‑
齿条、W1
‑
槽轮、L1
‑
连杆一、L2
‑
连杆二、L3
‑
连杆三、Y1
‑
移动副一、Y2移动副二、Y3
‑
移动副三、R1
‑
转动副一、R2转动副二、R3
‑
转动副三、R4
‑
转动副四、R5
‑
转动副五、R6
‑
转动副、R7
‑
转动副、R8
‑
转动副八、R9
‑
转动副九。
具体实施方式
[0014]以下实施的实例中所述的转动副轴线是指转动副转动时所围绕转动的中心线。所述的“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”方位均为基于附图所指的方位，均为了方便描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位。
[0015]本专利技术提供了一种三分支五自由度超大工作空间激光加工机器人，其结构如图1所示，包括机架1、动平台2、五个驱动电机、末端执行器3、以及并联连接在机架1与动平台2之间的第一Ⅰ、第二Ⅱ、第三Ⅲ分支；所述第一Ⅰ分支从机架到动平台顺序连接有导轨一D1、滑块一H1、连杆一L1；所述第二Ⅱ分支从机架到动平台顺序连接有导轨二D2、滑块二H2、连杆二L2；所述第三Ⅲ分支从机架到动平台顺序连接有导轨三D3、滑块三H3、电机安装座B1、连杆三L3；所述第一Ⅰ分支的滑块一H1通过槽轮W1与导轨一D1连接，同时齿轮C1、齿条C2相
啮合，连杆一L1通过转动副一R1和转动副二R2与滑块一H1连接，连杆一L1通过转动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三分支五自由度超大工作空间激光加工机器人其特征在于：包括机架、动平台、五个驱动电机、末端执行器、以及并联连接在机架与动平台之间的第一、第二、第三分支；其中第一分支与第二分支的结构完全相同且对称分布；所述第一分支从机架到动平台顺序连接有导轨一、滑块一、连杆一；上述滑块一与导轨一通过移动副一连接，连杆一通过转动副一和转动副二与滑块一连接；连杆一通过转动副三和转动副四与动平台连接；上述转动副一轴线和转动副二轴线垂直相交；上述转动副三轴线和转动副四轴线垂直相交；上述转动副一轴线和转动副四轴线相互平行；上述转动副二轴线和转动副三轴线相互平行；上述第三分支从机架到动平台顺序连接有导轨三、滑块三、电机安装座、连杆三；上述滑块三与导轨三通过移动副三连接，连杆三通过转动副五和转动副...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁华锋，曹文熬，胡泊，陶恒，崔俊，闫樨霖，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：