一种五自由度完全并联加工机器人

技术领域

本发明涉及加工机器人技术领域，特别涉及五自由度完全并联加工机器人。

背景技术

目前，加工机器人在制造业起着重要作用，尤其在先进装备及核心部件、高性能材料以及高技术制造工艺等方面，并联机器人有着举足轻重的地位。伴随着国家重大工程的开展，高端装备产业对其核心零部件的加工精度、效率和质量的要求更高，为满足高端装备核心零部件高精度智能化的全周加工，设计一款具有五轴联动加工能力的机器人是一种有效解决途径。

目前大部分五自由度加工机器人主要存在以下不足：1)加工精度不够，如专利CN111604884A所述的五自由度混联加工机器人，末端两摆头减速器存在的齿轮间隙降低了机器人的加工精度；2)机构刚度低，如专利CN110216658A所述的五自由度并联加工机器人，末端执行机构为两摆头加工装备，使机构的整体刚度降低；3)工作空间小，如专利CN101491899A所述的五自由度并联加工机器人机构，由于机构布置形式的特点，限制其末端执行机构的摆动范围，难以满足大型结构件的高效加工。

为解决上述五自由度并联加工机器人存在的不足，更好地满足对大型复杂零部件的加工需求，亟需发明一种具有高刚度、高精度性能的五自由度并联加工机器人，并提出面向重大高端装备高效智能化加工解决方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，为重大高端装备中复杂零部件和大型结构件等关键零部件的智能化加工提供更好的解决方案，提出一种具有高刚度、高精度的五自由度并联加工机器人，解决现有技术中机加工的效率、质量和精度不够的问题。

本发明技术方案是：一种五自由度完全并联加工机器人，包括静平台、动平台(电主轴)及连接静平台和动平台(电主轴)的第一支链、第二支链、第三支链、第四支链和第五支链。

所述第一支链、第二支链、第三支链、第四支链均包括：第一移动副、虎克铰、第一球铰。所述第五支链包括：第二移动副、第二球铰、转动副。所述第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、第五支链均为驱动支链，第一支链、第二支链、第三支链、第四支链结构完全相同，每条支链的一端通过虎克铰与所述静平台或所述动平台(电主轴)连接，另一端通过第一球铰与所述动平台(电主轴)或所述静平台连接；第五支链一端通过第二球铰与所述静平台或与所述动平台(电主轴)，另一端通过所述转动副与所述动平台(电主轴)或所述静平台连接；在所述第二球铰与所述转动副之间或一侧设置第二移动副。

另外，本发明所述五自由度完全并联加工机器人还应具有如下技术特征：

所述四条支链分为两组A和B，A组支链由第一支链和第二支链组成，B组支链由第三支链和第四支链组成；A组支链中两个与所述动平台连接的所述第一球铰或所述虎克铰临近布置，A组支链中与所述静平台连接的所述虎克铰或所述第一球铰

所述五条支链中的所述第一移动副和第二移动副分别由丝杆或液压缸独立驱动，通过控制所述五条支链的长度，实现所述动平台的五自由度运动。

本发明还提供了一种五自由度并联加工机器人双并联机构，将所述五自由度并联加工机器人静平台与多自由度机构动平台固连，形成两种五自由度机器人上置或下置的双并联机构。多自由度机构可以为Stewart机构。

本发明还提供了一种五轴/六轴并联加工机床，将所述五自由度并联加工机器人固定安装于机床基座上，且在所述机床基座上固定安装工件转台，共同组成五轴/六轴并联加工机床；其中所述静平台与所述机床基座呈角度布置，且该角度根据实际工况进行选取或调整。

本发明还提供了一种五自由度并联加工机器人，将其安装于长行程滑轨上，可扩大机器人的工作空间，实现大型构件的精密加工，所述长行程滑轨为纵向滑轨或横向滑轨，或所述横向滑轨和所述纵向滑轨的组合形式，用于增大所述五自由度机器人的纵向移动距离和横向移动距离。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

所述五自由度并联加工机器人由五条支链环抱而成，且所述五条支链与动静平台的布置方式促使与动静平台连接的五个点皆形成三角形几何结构，故而所述五自由度并联加工机器人具有高刚度和高精度的优势。

附图说明

图1是本发明所述五自由度并联机器人的结构示意图；

图2是本发明所述第一支链的结构示意图；

图3是本发明所述第五支链的结构示意图；

图4是本发明所述五自由度并联机器人实施例2的结构示意图；

图5是本发明所述实施例3双并联结构上置布局的示意图；

图6是本发明所述实施例3双并联结构下置布局的示意图；

图7是本发明所述实施例4机床内部斜置布局的示意图；

图8是本发明所述实施例5长行程导轨布局的示意图；

附图标号：

1-静平台；2-动平台(电主轴)；3-虎克铰；4-转动副；5-Stewart机构静平台；6-Stewart机构动平台；

L

P

K

具体实施方式

以下结合附图实例对本发明作进一步详细描述，描述是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1至图3所示，根据本发明实施所述五自由度完全并联加工机器人包括：静平台1、动平台(电主轴)2、第一支链L

如图1至图3所示，所述第一支链L

如图1和图2所示，所述第一支链L

如图1和图3所示，所述第五支链L

如图1至图3所示，所述五条支链中有四条结构完全相同的无约束支链L

如图1至图3所示，所述四条支链L

如图1至图3所示，本发明所述五自由度完全并联加工机器人中所述五条支链L

实施例2

如图4所示，本实施例中五自由度并联加工机器人与实施例1中所述五自由度完全并联加工机器人的运动形式相同，各运动副、支链等组成形式完全相同。不同之处在于：本实施例中所述第五支链L

另外，所述第五支链L

此外，所述第五支链L

所述第二移动副P

如图5至图8所示，为进一步提升本发明五自由度完全并联加工机器人的工作空间和调姿能力，满足不同形貌、不同尺寸零部件的加工需求，提出了几种以本发明五自由度完全并联加工机器人为核心的实施例。

实施例3

如图5与图6所示，将所述五自由度完全并联加工机器人中所述静平台1与六自由度Stewart机构动平台6固连，形成两种所述五自由度机器人上置或下置的双并联布局形式。其中，所述Stewart机构的六条无约束支链L

实施例4

如图7所示，将所述五自由度完全并联加工机器人固定安装于机床基座D

实施例5

如图8所示，将所述五自由度并联加工机器人安装于长行程滑轨上，可扩大机器人的工作空间，实现大型构件的精密加工；所述长行程滑轨可为纵向滑轨G

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和有益效果，也已经示出和描述本发明的几种具体实施方式，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，对这些实施进行的任何变化、修改、替换和变型，皆属于本发明的权利要求范围。