[发明专利]一种模组式三自由度加工机器人

说明书

本发明涉及一种模组式三自由度加工机器人，其包括安装板、固定安装座、第一直线驱动单元、第二直线驱动单元、末端执行构件调姿机构和末端执行构件。固定安装座与外部设备固连在一起，第一丝杠转动时，安装板上下移动，使末端执行构件具有Z轴移动自由度；第二直线驱动单元中的小滑板移动，通过连杆带动末端调姿机构旋转，使末端执行构件具有A轴转动自由度；末端执行构件调姿机构中的力矩电机旋转，使末端执行构件具有B轴转动自由度。本发明提供的模组式三自由度加工机器人整合度高，尺寸小，造价低，安装使用方便。本发明可安装在龙门机床或桁架机器人上，可进行铣削、钻孔、打磨、去毛刺、激光加工等多工序作业。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体地涉及一种模组式三自由度加工机器人。

背景技术

在实际加工生产中，对一些体积较大的工件进行加工时，工件局部加工可能需要机床具有多个自由度，为了满足加工要求，需要使用较大的龙门机床或者加工中心。一些小型或加工产品较为单一的工厂无力承担昂贵的机床成本，或用加工中心来完成该工序并不具有经济性，如对某些工件进行去毛刺，倒角工作虽切削进给量不大，但是需要末端执行构件具有多个自由度，普通的三轴机床难以胜任，且应用普通多轴串联机械手进行去毛刺或局部打磨、钻孔等工作因为机械手工作空间限制、重复定位精度差、使用成本高等原因，串联多轴机械手并不能很好的胜任此类工作。

在木工领域，传统加工方法为三轴龙门机床加上多个电主轴直接对尺寸较长的板材进行加工，但三维平动的龙门机床对于一些比较复杂图案的加工难以胜任，木材加工切削力相比钢材小很多，如果采用金属加工领域通用的AC摆头等二维转动加工设备成本过高，且性能过剩，不利于企业控制成本。在激光加工如激光焊接，激光切割；水射流加工等领域，仍需要载体带动末端执行构件来进行加工，用多轴串联机械臂作为载体，因为机械臂的底座一般需要与地面固连，因此机械臂的有效工作空间较小，且机械臂的承载力小，重复定位精度差，刚度不好。如果末端执行构件尺寸、重量较大，使用串联机械臂的成本很高。

因此，开发一种具有两个转动一个平动自由度，尺寸较小，生产使用成本低，可与现有龙门机床，桁架机器人连接的模组式三自由度加工机器人来进行铣削、钻孔、打磨、去毛刺、激光加工等，对成本控制严格、柔性加工、设备通用性强有需求的企业该发明很有意义。

中国专利CN201710197043.7提出了二分支三自由度工业机器人，该发明具有两个运动分支，其中一个分支有两个驱动，另一个分支具有一个驱动，该发明具有刚度好，结构简单，工艺性好等特点，但发明占用车间空间大，工作空间小，不容易移动等短板。

中国专利201711156938.2中提出了三自由度机器人整形机，该发明提出了三自由度机器人整形机，利用三轴机器人和双工位旋转工作台结合，通过将通用机器人设备与机床机构结合，具有自动化程度高，成本低的优点。该发明中三轴机器人的控制编程不易，刚度不好，重复定位精度差，难以满足高精加工要求。

中国专利CN201610874845.2中提出了一种可实现二平一转的三自由机器人机构，该发明公开了一种可实现二平一转的三自由度机器人机构，具有三条支链，每条支链包括近架杆、两个平行且等长的远架杆，动平台与三支链通过球铰连接，该机构运动灵活，容易实现高度抓放动作，但该机构三条支链中的远架杆长度过长，工作中容易发生变形，导致动平台的运动角度不准确。

中国专利CN201610985666.6该发明公开了一种可实现两平一转的三自由度机器人机构，在固定架上有两个共轴的U框和一个转动副，通过三个驱动分支与动平台相连，该发明具有结构紧凑，整体刚度好，精度高等特点，但该发明工作空间较小，调试具有一定难度。

中国专利CN201610879835.8中提出一种三自由度机器人，该发明提出了一种三自由机器人，动平台与定平台通过三个结构相同的支链连接，中间约束杆下端与定平台固定连接，上端与动平台通过球铰连接，三个支链中有两个转动副，上端通过球铰或万向铰与上平台相连。该发明结构紧凑，驱动性强，灵活度高，但该机构侧向刚度不好，在上平台受到水平分力作用时，变形量大。