专利名称：一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接机器人领域，特别是一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人。
背景技术：
工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机(Manipulator)，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊(割)枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。据不完全统计，全世界在役的工业机器人有近一半为焊接机器人。而目前各国生产的焊接用机器人基本上都属于关节机器人，绝大部分有6个轴。其中，1、2、3轴可将末端工具送到不同的空间位置，而4、5、6轴解决工具姿态的不同要求。传统上的焊接机器人大都采用开链式串联机构，这样电机都装在关节处，导致手臂笨重、刚性差、惯量大、关节误差累积等问题的出现。 本发明是提供一种多自由度可控机构式新型焊接机器人，本焊接机器人采用可控并联式机构，能很好解决开链式串联焊接机器人的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人，解决传统自由度数大于支链数的并联机构刚性差、惯量大、关节误差累积等问题。本发明通过以下技术方案达到上述目的一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人，包括第一两自由度闭环子链、第二两自由度闭环子链和执行机构子链，其机构和链接方式为所述第一两自由度闭环子链由第一直线驱动器、第二直线驱动器以及机架连接而成，第一直线驱动器通过第一转动副连接到机架上，第一直线驱动器通过第二转动副与第二直线驱动器连接，第二直线驱动器另一端通过第三转动副连接到机架上，所述第二两自由度闭环子链由第三直线驱动器、第四直线驱动器以及机架连接而成，第三直线驱动器通过第四转动副连接到机架上，第三直线驱动器通过第五转动副与第四直线驱动器连接，第四直线驱动器另一端通过第六转动副连接到机架上，所述执行机构子链由第一转台、第二转台、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆以及法兰盘连接而成，第一转台通过第二转动副与第一直线驱动器连接，第一转台通过第七转动副与第一连杆连接，第一转台通过第八转动副与第二连杆连接，第一连杆另一端通过第九转动副与法兰盘连接，第二连杆另一端通过第十转动副与法兰盘连接，第二转台通过五转动副与第三直线驱动器连接，第二转台通过第十一转动副与第三连杆连接，第二转台通过第十二转动副与第四连杆连接，第三连杆另一端通过第九转动副与法兰盘和第一连杆连接，第四连杆另一端通过第十三转动副与法兰盘连接。第一转台和第二转台在平面内的运动可实现法兰盘在空间的自由度运动，
所述第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副的旋转轴线相互平行，第七转动副、第八转动副、第九转动副、第十转动副、第i^一转动副、 第十二转动副、第十三转动副的旋转轴线相互平行，第一连杆与第二连杆等长平行，第三连杆与第四连杆等长平行。本发明的突出优点在于I、直线驱动器均安装在机架上，杆件都可以做成轻杆，有效降低机构重量，机构刚性好、惯量小，动力学性能好；2、通过两个对称结构的闭环子链控制法兰盘运动输出，机构运动学正、逆问题求解容易，控制方便；3、通过在法兰盘上安装各种不同用途的末端执行器，本机构可应用到抓取、搬运、 码垛、装配等领域。
图
示意图。图示意图。图示意图。图示意图。图示意图。图示意图。图示意图。
为本发明所述一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人第一结构为本发明所述一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人第二结构为本发明所述一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人第一工作为本发明所述一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人第二工作为本发明所述一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人第三工作为本发明所述一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人第四工作为本发明所述一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人第五工作
具体实施例方式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。对照图I和图2，一种含闭环子链的四自由度并联机构，包括第一两自由度闭环子链、第二两自由度闭环子链和执行机构子链。所述第一两自由度闭环子链由第一直线驱动器2、第二直线驱动器5以及机架I连接而成，第一直线驱动器2通过第一转动副3连接到机架I上，第一直线驱动器2另一端通过第二转动副24与第二直线驱动器5连接，第二直线驱动器5另一端通过第三转动副4连接到机架I上。所述第二两自由度闭环子链由第三直线驱动器12、第四直线驱动器15以及机架I 连接而成，第三直线驱动器12通过第四转动副13连接到机架I上，第三直线驱动器12另一端通过第五转动副25与第四直线驱动器15连接，第四直线驱动器15另一端通过第六转动副14连接到机架I上。所述执行机构子链由第一转台7、第二转台9、第一连杆18、第二连杆19、第三连杆 17、第四连杆16以及法兰盘20连接而成，第一转台7通过第二转动副24与第一直线驱动器2连接,第一转台7通过第七转动副8与第一连杆18连接,第一转台7通过第八转动副 6与第二连杆19连接，第一连杆18另一端通过第九转动副22与法兰盘20连接，第二连杆 19另一端通过第十转动副21与法兰盘20连接，第二转台9通过第五转动副25与第三直线驱动器12连接，第二转台9通过第i^一转动副10与第三连杆17连接，第二转台9通过第十二转动副11与第四连杆16连接，第三连杆17另一端通过第九转动副22与法兰盘20和第一连杆18连接，第四连杆16另一端通过第十三转动副23与法兰盘20连接。第一转台 7和第二转台9在平面内的运动可实现法兰盘20在空间的四自由度运动。所述第一转动副3、第二转动副24、第三转动副4、第四转动副13、第五转动副25、 第六转动副14的旋转轴线相互平行，第七转动副8、第八转动副6、第九转动副22、第十转动副21、第十一转动副10、第十二转动副11、第十三转动副23的旋转轴线相互平行，第一连杆 18与第二连杆19等长平行，第三连杆17与第四连杆16等长平行。对照图3和图4，第一转台4和第二转台21在运动空间内运动可实现法兰盘13的上下平移。所述第一转动副3、第二转动副24、第三转动副4、第四转动副13、第五转动副25、 第六转动副14的旋转轴线相互平行，第七转动副8、第八转动副6、第九转动副22、第十转动副21、第十一转动副10、第十二转动副11、第十三转动副23的旋转轴线相互平行，第一连杆 18与第二连杆19等长平行，第三连杆17与第四连杆16等长平行。对照图5，第一转台4和第二转台21在运动空间内运动可实现法兰盘13绕自身轴线的ー维转动。对照图6，第一转台4和第二转台21在运动空间内运动可实现法兰盘13的前后平
移。对照图7，第一转台4和第二转台21在运动空间内运动可实现法兰盘13的左右平移。
权利要求
1.一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人，包括第一两自由度闭环子链、 第二两自由度闭环子链和执行机构子链，其特征在于，其机构和链接方式为所述第一两自由度闭环子链由第一直线驱动器、第二直线驱动器以及机架连接而成， 第一直线驱动器通过第一转动副连接到机架上，第一直线驱动器另一端通过第二转动副与第二直线驱动器连接，第二直线驱动器另一端通过第三转动副连接到机架上，所述第二两自由度闭环子链由第三直线驱动器、第四直线驱动器以及机架连接而成， 第三直线驱动器通过第四转动副连接到机架上，第三直线驱动器另一端通过第五转动副与第四直线驱动器连接，第四直线驱动器另一端通过第六转动副连接到机架上，所述执行机构子链由第一转台、第二转台、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆以及法兰盘连接而成，第一转台通过第二转动副与第一直线驱动器连接，第一转台通过第七转动副与第一连杆连接，第一转台通过第八转动副与第二连杆连接，第一连杆另一端通过第九转动副与法兰盘连接，第二连杆另一端通过第十转动副与法兰盘连接，第二转台通过第五转动副与第三直线驱动器连接，第二转台通过第十一转动副与第三连杆连接，第二转台通过第十二转动副与第四连杆连接，第三连杆另一端通过第九转动副与法兰盘和第一连杆连接，第四连杆另一端通过第十三转动副与法兰盘连接，第一转台和第二转台在平面内的运动可实现法兰盘在空间的四自由度运动，所述第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副的旋转轴线相互平行，第七转动副、第八转动副、第九转动副、第十转动副、第i^一转动副、第十二转动副、第十三转动副的旋转轴线相互平行，第一连杆与第二连杆等长平行，第三连杆与第四连杆等长平行。
全文摘要
本发明涉及一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人，包括第一两自由度闭环子链、第二两自由度闭环子链以及执行机构子链。所述第一两自由度闭环子链、第二两自由度闭环子链在同一平面内。第一两自由度闭环子链可控制第一转台在平面内做二自由度运动，第二两自由度闭环子链可控制第二转台在平面内做二自由度运动。第一转台和第二转台的运动可实现法兰盘在空间内的四自由度运动。本发明通过两个闭环子链来控制两个转台在平面的运动，从而实现法兰盘的空间四自由度运动，具有结构紧凑控制简单的优点，且所有主动杆都连接在机架上，杆件能做成轻杆，机构运动惯量小，动力学性能好，闭环子链由液压驱动，承载能力大。
文档编号B23K37/02GK102601788SQ20121008481
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者张 林, 潘宇晨, 王红州, 蔡敢为, 高德中 申请人:广西大学