[发明专利]一种五自由度超大工作空间混联复合加工机器人

说明书

本发明涉及一种五自由度超大工作空间混联复合加工机器人，属于机器人技术领域，包括机架、动平台、末端执行器、三个驱动电机、两个具有驱动的伸缩杆以及并联安装在机架与动平台之间的第一、第二、第三分支、并联安装在滑台与末端执行器之间的第四、第五分支,其中第二分支与第三分支结构完全相同且对称布置，第四分支与第五分支结构完全相同且对称布置。本发明采用五分支并联机构构型实现五自由度运动，分支与机架通过滑轨连接，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。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种五自由度超大工作空间混联复合加工机器人。

背景技术

近年来，在航空航天制造、汽车制造和大型船舶加工制造等领域，通过更换不同的末端工作头，同一机器人可以完成激光加工、切削加工和搅拌摩擦焊等多种加工任务，称之为复合加工机器人。

目前复合加工机器人多采用龙门式和悬臂式。龙门式加工机器人虽然精度较高，但运动部件重，占地面积大，惯性大，灵活性差，运动速度低，制造成本高昂；较于龙门式机器人，悬臂式加工机器人结构紧凑，灵活性高，但由于采用串联机构，存在刚度差和加工精度低的缺点。

现存文献已有少数并联机器人被用来完成复合加工任务。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、激光加工等工作，但该结构工作空间小，杆件易干涉；中国专利(CN 101497193 A)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A/C摆角头串联实现五轴运动，但其动平台安装有较大重量的串联机构转头，故杆件惯性大，速度不够高。现有的并联式复合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复合加工要求。

发明内容

实现本发明目的所采用的技术方案为：一种五自由度超大工作空间混联复合加工机器人，属于机器人技术领域；包括机架、动平台、末端执行器、三个驱动电机、两个具有驱动的伸缩杆以及并联安装在机架与动平台之间的第一、第二、第三分支、并联安装在滑块与末端执行器之间的第四、第五分支；其中第三分支与第二分支结构完全相同且对称分布、第五分支和第四分支结构完全相同且对称分布；其特征在于：第一分支从机架到动平台顺序连接有导轨一、滑块一、四万向铰平行四边形机构；所述导轨一沿机架中心轴线固装在机架顶部、滑块一与导轨一通过移动副一连接，上述四万向铰机构平行四边形机构的T型件一固定在滑块一上，上述四万向铰平行四边机构的连杆四与动平台通过转动副六连接，转动副六轴线与动平台平行；上述的四万向铰平行四边形机构替换为四球铰平行四边形机构；

上述第二分支从机架到动平台顺序连接有导轨二、滑块二、连杆六；所述导轨二沿机架中心轴线固装在机架右侧、滑块二与导轨二通过移动副二连接，连杆六通过转动副七和转动副八与滑块二连接；连杆六通过转动副九和转动副十与动平台连接；上述转动副七和转动副八轴线相交；上述转动副九和转动副十轴线相交；

上述第四分支从滑台二到末端执行器连接有连杆十；上述连杆十通过转动副十一、转动副十二、转动副十三与滑块二连接；上述连杆十通过转动副十四和转动副十五与末端执行器连接；上述转动副十一、转动副十二和转动副十三轴线汇交；上述转动副十四和转动副十五轴线垂直相交；上述的转动副十一、转动副十二和转动副十三替换为球副；

上述末端执行器与动平台通过转动副十六和转动副十七连接；上述转动副十六和转动副十七的轴线垂直相交；

上述分支导轨互相平行，第一分支的滑块一上安装有电机一，第一分支的移动副一是驱动副；第二分支的滑块二上安装有电机二，第二分支的移动副二是驱动副；第三分支和第二分支具有相同的驱动方式；所述第四分支的连杆十为带直线驱动的伸缩杆；第五分支和第四分支具有相同的驱动方式。