[发明专利]一种结构解耦的六足钻、铣削加工机器人

说明书

技术领域  本发明涉及一种加工机器人，特别涉及一种钻、铣削加工机器人。

背景技术  用于钻、铣削加工的六足机器人的研究成果较少，目前的六足机器人基本都是用于运输或试验。六足机器人具有灵活的运动性能和多样化的机构构型，通过在六足机器人足的末端加装吸盘或磁力装置，其也可以在被加工对象表面灵活运动，如果六足机器人的躯干加装多功能电主轴或刀具驱动装置，其就可以实现对大型结构件的可移动式钻、铣削加工。

中国专利CN201320198578.3公开了一种可滚动前进的六足机器人。中国专利CN201320014922.9，公开了一种仿生六足机器人，可以在杂乱的废墟中灵活穿梭，进行搜救等工作，还可以针对环境适当调整自身体积。中国专利CN201120120355.6，公开了一种自主越障六足机器人，利用复合检测思想，实时检测路面特征，并针对不同地面形态，通过控制六个足臂协调运动，实现直行、转弯和越障三种步态的自主切换。中国专利CN201110005710.X，公开了一种偏心轮腿六足机器人，采用偏心轮结构作为腿的形式，机身结构采用对称设计并呈扁平狭长体型。上述各种六足机器人，大多属于仿生或技术验证机器人，主要用于搜救、侦查或技术验证。所以，这些六足机器人均没有用于对待加工目标的钻、铣削加工。

发明内容  本发明目的在于提供一种结构紧凑、加工精度高、加工效率高的结构解耦的六足钻、铣削加工机器人。

本发明主要包括：装有钻、铣削电主轴的机器人躯干、六条机械腿、六个装有吸附装置的足。机器人六条机械腿的结构相同，每条机械腿是一种支链含闭环的三自由度解耦机构，用于驱动机械腿两个转动自由度的两个驱动装置之间完全解耦；六条机械腿分别通过机架与机器人躯干实现机械和电气连接，六条机械腿通过固定架与躯干连接并呈正六边形分布，从而实现机器人主结构的解耦性；每条机械腿末端通过球铰与装有吸附装置的足连接，机器人通过装有吸附装置的足在被加工对象表面行走、定位；在机器人的躯干中心位置，设有钻、铣削加工电主轴，钻、铣削加工刀具安装在钻、铣削加工电主轴上。所述的机械腿包括：机架、末端连接杆、一条(U+UPS)P支链、一条含有闭环的(U+UPS)P支链和一条不含有闭环的UPS支链；这里，U、P、S分别表示万向副、移动副、球铰。

所述(U+UPS)P支链中的套筒的一端通过万向副与机架连接，其另一端与伸缩杆套接，电机设在套筒靠近机架的一端，上述伸缩杆的一端与电机丝杠连接，通过电机顶部的同步带驱动丝杠转动，从而使伸缩杆相对于套筒做伸缩运动，该伸缩杆的另一端与末端连接杆固接，该末端连接杆通过球铰与装有吸附装置的足连接。

所述含有闭环的(U+UPS)P支链中套筒的一端通过万向副与机架连接，其另一端与伸缩杆套接，电机设在套筒靠近机架的一端，上述伸缩杆的一端与电机丝杠连接，通过电机顶部的同步带驱动丝杠转动，从而使伸缩杆相对于套筒做伸缩运动，该伸缩杆的另一端通过球铰与中间连接杆连接，该中间连接杆连接在上述(U+UPS)P支链的套筒与伸缩杆套接的一端。

所述不含有闭环的UPS支链中的套筒的一端通过万向副与机架连接，其另一端与伸缩杆套接，电机设在套筒靠近机架的一端，上述伸缩杆的一端与电机丝杠连接，通过电机顶部的同步带驱动丝杠转动，从而使伸缩杆相对于套筒做伸缩运动，该伸缩杆的另一端通过球铰与末端连接杆连接，该末端连接杆与上述(U+UPS)P支链的伸缩杆与足连接的一端固接，

上述与机架连接的3个万向副中心呈等腰直角三角形布局，且(U+UPS)P支链的万向副中心位于直角顶点处，(U+UPS)P支链的万向副和不含有闭环的UPS支链万向副靠近机架的回转轴线共线，含有闭环的(U+UPS)P支链中的万向副靠近机架的回转轴线与上述轴线平行。

选择机械腿的三个移动副P作为其驱动运动副，通过在每个移动副P靠近机架的一端安装电机驱动的丝杠机构，实现每个移动副P的驱动输入。基于上述机械腿的机构构型和驱动布局，其(U+UPS)P支链闭环部分的UPS链和机械腿的主UPS支链负责机械腿的2个转动自由度驱动，且这2个驱动装置之间完全解耦。

本发明分两种工作状态：一种是行走状态，其通过六条机械腿按照一定规律迈步，实现在地面或被加工对象表面的行走；另一种是加工状态，当机器人行走到待加工区域后，通过足端的吸附装置使机器人定位，然后使装有钻、铣削电主轴的机器人躯干、机器人的六条腿、吸附式足、被加工对象，一起构成了一套钻、铣削加工机床系统，从而实现对被加工对象的钻、铣削加工。当一个区域加工完毕后，机器人又可以通过步行的方式，走到下一个待加工区域，重复进行新的加工。