一种多自由度并联机构式移动点焊机器人的制作方法
【专利摘要】一种多自由度并联机构式移动点焊机器人，包括一个可移动平台、并联的四个可控四杆机构闭环执行机构子链和一个串联的执行机构主链。所述四个可控四杆机构闭环执行机构子链可控制主链连杆在四杆机构闭环子链所在平面内运动，第一连杆、机身和可移动平台的运动可实现动平台的空间运动。本发明通过可移动平台实现移动功能，通过四个可控四杆机构闭环执行机构子链和机身的合成运动实现控制，通过多个连杆与机身的连接，从而实现末端执行器的空间运动，这种结构使机器人拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，能作用于更多的场合，具有广阔的市场发展潜力。
【专利说明】一种多自由度并联机构式移动点焊机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人领域，特别是一种多自由度并联机构式移动点焊机器人。
【背景技术】
[0002]移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研宄成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。
[0003]点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成，为了适应灵活动作的工作要求，通常电焊机器人选用关节式工业机器人的基本设计，一般具有六个自由度:腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。其驱动方式有液压驱动和电气驱动两种。其中电气驱动具有保养维修简便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等优点，因此应用较为广泛。点焊机器人按照示教程序规定的动作、顺序和参数进行点焊作业，其过程是完全自动化的，并且具有与外部设备通信的接口，可以通过这一接口接受上一级主控与管理计算机的控制命令进行工作。
[0004]并联机器人和传统的串联机器人相比较，具有无累积误差、精度较高、结构紧凑、承载能力大、刚度高且末端执行器惯性小等特点，驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；但是并联机器人的明显缺点是工作空间小和结构复杂。含有对称机构式的闭环子链的并联机器人的性能则更加优越，它采用圆柱坐标型和关节坐标型的机械手能有效而快捷的对末端机构进行控制，结构刚度好、机械传动精度高、工作空间大、机械传动损耗小、无累积误差能输出较大的动力，具有良好的控制功能。并联闭环子链的机器人采用间接驱动方式，还能有效的减小驱动关节所需要的力矩。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种多自由度并联机构式移动点焊机器人，解决传统串联机器人关于所需力矩大，刚度低和定位精度差的缺点。
[0006]本发明通过以下技术方案达到上述目的:一种多自由度并联机构式移动点焊机器人，包括机身、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连杆、第十一连杆、第十二连杆、末端执行器及可移动平台。具体结构和连接方式为:
[0007]所述机身通过第一转动副连接在可移动平台上，机身通过第二转动副与第一连杆一端连接，第一连杆另一端通过第三转动副与第二连杆连接，第二连杆通过第四转动副与第三连杆一端连接，第三连杆另一端通过第五转动副与第四连杆一端连接，第四连杆另一端通过第八转动副与第五连杆连接，第二连杆通过第六转动副与第五连杆连接，机身通过第七转动副与第五连杆连接，第五连杆通过第九转动副与第六连杆连接，第六连杆通过第十转动副与第七连杆连接，第七连杆另一端通过第十一转动副与第九连杆连接，第六连杆通过第十二转动副与第八连杆一端连接，第八连杆另一端通过第十三转动副与第九连杆连接，第九连杆通过第十四转动副与第五连杆连接，第九连杆与第十连杆一端刚性连接，第十连杆另一端通过第十五转动副与第十一连杆一端连接，第十一连杆另一端通过第十六转动副与第十二连杆一端连接，第十二连杆另一端通过第十七转动副与末端执行器连接。
[0008]所述第一转动副垂直于可移动平台。
[0009]所述第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动畐IJ、第八转动副、第九转动副、第十转动副、第十一转动副、第十二转动副与第十三转动副的旋转轴线相互平行。
[0010]所述机身通过第一转动副驱动，第一转动副通过电机驱动，第一连杆通过第二转动副驱动，第二转动副通过电机驱动，第十一连杆通过第十五转动副驱动，第十五转动副通过电机驱动，第十二连杆通过第十六转动副驱动，第十六转动副通过电机驱动，末端执行器通过第十七转动副驱动，第十七转动副通过电机驱动，通过所有电机的配合驱动，末端执行器实现六个自由度的点焊功能。
[0011]本发明的突出优点在于:
[0012]1、机器人安装在移动平台上，这种结构使机器人拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，这是它优于移动机器人和传统的机器人的地方；
[0013]2、通过两个并联闭环子链(由第六连杆、第九连杆、第八连杆、第五连杆、第七连杆连接而成)，提高了机器人机构的刚度，提高机器人的工作空间，能避免机构的死点位置，微调装置能使机器人的作用范围更大，并且能使机构更好的保持平衡；
[0014]3、与传统的电机是安装在每个关节处的工业机器人相比，机构通过两个并联闭环子链连接的机器人的电机是安装在四杆机构关节上，通过四杆机构上的运动副驱动闭环链运动，从而间接驱动末端连杆，使末端执行器的活动度和活动空间更大，能减小能动力矩；
[0015]4、机器人机构在末端执行器由机构式控制，使执行器灵活度高，精度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人的结构示意图。
[0017]图2为本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人的可移动平台结构示意图。
[0018]图3为本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人的机身结构示意图。
[0019]图4为本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人的第五连杆示意图。
[0020]图5为本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人的第六连杆示意图。
[0021]图6为本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人的第九连杆示意图。
[0022]图7为本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人的第十一连杆示意图。
[0023]图8为本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人的第十二连杆示意图。
[0024]图9为本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人的第一工作工作示意图。
[0025]图10为本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人的第二工作状态示意图。
[0026]图11为本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人的第三工作状态示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0028]对照图1至图8，本发明所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人，机身2、第一连杆3、第二连杆5、第三连杆20、第四连杆18、第五连杆11、第六连杆8、第七连杆15、第八连杆10、第九连杆13、第十连杆21、第十一连杆22、第十二连杆23、末端执行器24及可移动平台1。具体结构和连接方式为:
[0029]所述机身2第一个连接端25通过第一转动副25连接在可移动平台1上，机身2第二个连接端26通过第二转动副26与第一连杆3 —端连接，第一连杆3另一端通过第三转动副4与第二连杆5连接，第二连杆5通过第四转动副6与第三连杆20 —端连接，第三连杆20另一端通过第五转动副19与第四连杆18 —端连接，第四连杆18另一端通过第八转动副16与第五连杆11连接，第二连杆5通过第六转动副7与第五连杆11连接，机身2通过第七转动副17与第五连杆11连接，第五连杆11通过第九转动副27与第六连杆8连接，第六连杆8通过第十转动副29与第七连杆15连接，第七连杆15另一端通过第十一转动副14与第九连杆13连接，第六连杆8通过第十二转动副9与第八连杆10 —端连接，第八连杆10另一端通过第十三转动副12与第九连杆13连接，第九连杆13通过第十四转动副28与第五连杆11连接，第九连杆13与第十连杆21 —端刚性连接连接，第十连杆21另一端通过第十五转动副31与第十一连杆22 —端连接，第十一连杆22另一端通过第十六转动副32与第十二连杆23 —端连接，第十二连杆23另一端通过第十七转动副33与末端执行器25连接。
[0030]所述第一转动副25垂直于可移动平台1。
[0031]所述第二转动副26、第三转动副4、第四转动副6、第五转动副19、第六转动副7、第七转动副17、第八转动副16、第九转动副27、第十转动副29、第^^一转动副14、第十二转动副9与第十三转动副12的旋转轴线相互平行。
[0032]工作原理及过程:
[0033]对照图9、图10和图11，机身2通过第一转动副25驱动，第一转动副25通过电机驱动，第一连杆3通过第二转动副26驱动，第二转动副26通过电机驱动，第十一连杆22通过第十五转动副31驱动，第十五转动副31通过电机驱动，第十二连杆23通过第十六转动副32驱动，第十六转动副32通过电机驱动，末端执行器24通过第十七转动副33驱动，第十七转动副33通过电机驱动，通过所有电机的配合驱动，末端执行器24实现六个自由度的点焊功能。
【权利要求】
1.一种多自由度并联机构式移动点焊机器人，包括机身、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连杆、第十一连杆、第十二连杆、末端执行器及可移动平台，其特征在于，具体结构和连接方式为: 所述机身通过第一转动副连接在可移动平台上，机身通过第二转动副与第一连杆一端连接，第一连杆另一端通过第三转动副与第二连杆连接，第二连杆通过第四转动副与第三连杆一端连接，第三连杆另一端通过第五转动副与第四连杆一端连接，第四连杆另一端通过第八转动副与第五连杆连接，第二连杆通过第六转动副与第五连杆连接，机身通过第七转动副与第五连杆连接，第五连杆通过第九转动副与第六连杆连接，第六连杆通过第十转动副与第七连杆连接，第七连杆另一端通过第十一转动副与第九连杆连接，第六连杆通过第十二转动副与第八连杆一端连接，第八连杆另一端通过第十三转动副与第九连杆连接，第九连杆通过第十四转动副与第五连杆连接，第九连杆与第十连杆一端刚性连接，第十连杆另一端通过第十五转动副与第十一连杆一端连接，第十一连杆另一端通过第十六转动副与第十二连杆一端连接，第十二连杆另一端通过第十七转动副与末端执行器连接， 所述机身通过第一转动副驱动，第一转动副通过电机驱动，第一连杆通过第二转动副驱动，第二转动副通过电机驱动，第十一连杆通过第十五转动副驱动，第十五转动副通过电机驱动，第十二连杆通过第十六转动副驱动，第十六转动副通过电机驱动，末端执行器通过第十七转动副驱动，第十七转动副通过电机驱动，通过所有电机的配合驱动，末端执行器实现六个自由度的点焊功能。
2.根据权利要求1所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人，其特征在于，所述第一转动副垂直于可移动平台。
3.根据权利要求1所述的多自由度并联机构式移动点焊机器人，其特征在于，所述第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副、第八转动副、第九转动副、第十转动副、第十一转动副、第十二转动副与第十三转动副的旋转轴线相互平行。
【文档编号】B23K37/02GK104476537SQ201410756027
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】蔡敢为, 陈渊, 王麾, 范雨, 王少龙, 李智杰, 朱凯君, 张永文, 王龙, 王小纯, 杨旭娟, 李岩舟 申请人:广西大学