CN103909518A - 一种冗余驱动空间搅拌摩擦焊混联机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冗余驱动空间搅拌摩擦焊混联机器人。目的是提供的机器人应具有转动轴线明确、结构简单、刚度高、易于控制的特点。技术方案是：一种冗余驱动空间搅拌摩擦焊混联机器人，包括第一导轨和第二导轨、冗余三自由度并联机构、加工台；冗余三自由度并联机构包括与第一导轨配合的定平台、位于定平台下方的动平台以及连接定平台和动平台的四个分支；其特征在于：所述四个分支中的第一分支和第三分支对称布置，第二分支和第四分支对称布置；所述第一分支和第三分支，分别依次包括与定平台连接的球铰、移动副以及与动平台连接的转动副；所述第二分支和第四分支，分别依次包括与定平台连接的转动副、移动副以及与动平台连接的球铰。
Description
技术领域
本发明属于数控机床技术领域，具体涉及一种冗余驱动空间搅拌摩擦焊混联机器人。
背景技术
搅拌摩擦焊是由英国焊接研究所(TWI)于1991年发明的一种新型固相连接技术，自其发明以来，就引起了世界范围内的广泛关注，特别是在航空航天领域，有着无可替代的作用。与传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊具有诸多优点，如：焊接变形小，机械性能良好，无烟尘、飞溅现象，无需填丝、保护气体等，故极易实现工程化、自动化，且属于绿色制造，质量稳定可靠性高。
目前国内的搅拌摩擦焊机器人多为一般数控铣床改装，或者是更为简单的薄壁管摩擦焊机床，如授权公告号为CN2139494Y的“摩擦焊机床”和授权公告号为CN2620610Y的“铜-铝薄壁管摩擦焊机床”。这类机床结构简单，加工范围极其有限，即便可实现空间三维平动，也无法对曲面进行加工；并且，考虑到搅拌摩擦焊的特点，即机床需要极好的刚度性能，故一般工业机器人无法达到这些要求，尚待改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服背景技术的不足，提供一种转动轴线明确、结构简单、刚度高、易于控制，适合用于搅拌摩擦焊在曲面上的加工的空间搅拌摩擦焊混联机器人。
本发明所采用的技术方案是：一种冗余驱动空间搅拌摩擦焊混联机器人，包括异面垂直布置的第一导轨和第二导轨、可滑动地安装在第一导轨上的冗余三自由度并联机构、可滑动地安装在第二导轨上且位于所述冗余三自由度并联机构下方的加工台；冗余三自由度并联机构包括与第一导轨配合的定平台、位于定平台下方的动平台以及连接定平台和动平台的四个分支；其特征在于：所述四个分支中的第一分支和第三分支对称布置，第二分支和第四分支对称布置；所述第一分支和第三分支，分别依次包括与定平台连接的球铰、移动副以及与动平台连接的转动副；所述第二分支和第四分支，分别依次包括与定平台连接的转动副、移动副以及与动平台连接的球铰。
所述第一分支的转动副与第三分支的转动副的轴线相互平行，且与第二分支的转动副以及第四分支的转动副的轴线异面垂直。
所述与定平台连接的两个球铰的中心，以及与定平台连接的两个转动副的轴线共面；所述与动平台连接的两个球铰的中心，以及与动平台连接的两个转动副的轴线共面。
本发明的有益效果是：本发明采用一个可实现二维转动（X轴、Y轴）一维平动（Z轴）的冗余并联机构与两条导轨的形式，可实现空间的两个转动自由度和三个平移自由度，构成一个可实现曲面加工的新型搅拌摩擦焊机器人，对于航空航天等领域极为重要，如飞机机翼、航天飞机外贮箱、火箭发动机贮箱的焊接等；采用冗余驱动的方式使机器人具有更好的刚度，同时也还具有明确的转动轴线、结构简单、易于控制，适合用于搅拌摩擦焊在曲面上的加工等优点。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明所述的一种冗余驱动空间搅拌摩擦焊混联机器人主要包括三个部分，一部分为冗余三自由度并联机构，另一部分为水平布置且异面垂直的第一导轨5（沿图1中x轴方向）和第二导轨9（沿图1中y轴方向），还有一部分为加工台8。其中第一导轨位于第二导轨的上方，相互之间保持一定距离以安装所述冗余三自由度并联机构与加工台；第一导轨由两条平行伸展的轨道组成，两条轨道制有相向而对的导向槽5-1。冗余三自由度并联机构可滑动地安装在第一导轨5上（冗余三自由度并联机构整体向下对着加工台安装）可以在机器人的驱动副作用下沿着第一导轨5滑移（x轴方向）。加工台可滑动地安装在第二导轨上组成移动副Py（加工台与第二导轨配合），加工台可以在机器人的驱动副作用下沿着第二导轨滑移（y轴方向）。
所述冗余三自由度并联机构包括定平台6、动平台7以及连接定平台6和动平台7的四个分支。定平台6可滑动地安装在所述第一导轨上组成移动副Px（定平台两侧的边沿分别与第一导轨的两个轨道的导向槽配合），定平台6可以在上述机器人的驱动副作用下沿着第一导轨滑移，显然所述定平台水平布置。所述动平台7位于定平台6的下方（同时位于加工台的上方）。
所述四个分支分别为第一分支(依次由球铰1S、连杆11、移动副1P、连杆12、转动副1R连接而成)、第二分支(依次由转动副2R、连杆21、移动副2P、连杆22、球铰2S连接而成)、第三分支(依次由球铰3S、连杆31、移动副3P、连杆32、转动副3R连接而成)、第四分支(依次由转动副4R、连杆41、移动副4P、连杆42、球铰4S连接而成)。其中，第一分支和第三分支对称布置，第二分支和第四分支对称布置。
第一分支通过球铰1S与定平台6连接，第一分支通过转动副1R与动平台7连接。第二分支通过转动副2R与定平台6连接，第二分支通过球铰2S与动平台7连接。第三分支通过球铰3S与定平台6连接，第三分支通过转动副3R与动平台7连接。第四分支通过转动副4R与定平台6连接，第四分支通过球铰2S与动平台7连接。
所述第一分支的转动副1R、第三分支的转动副3R的轴线相互平行，且与第二分支的转动副2R、第四分支的转动副4R的轴线异面垂直。所述与定平台连接的两个球铰1S、3S的中心，以及与定平台连接的两个转动副2R、4R的轴线共面；所述与动平台连接的两个球铰2S、4S的中心，以及与动平台连接的两个转动副1R、3R的轴线共面。每个分支中，移动副的运动方向，与球铰的中心到转动副轴线的垂线平行。
所述机器人的驱动副均包括电机带动的丝杠机构或伺服电机，分别安装在四个分支的移动副1P、2P、3P、4P上以及第一、第二导轨上的移动副Px、Py上。当驱动副运动时，机器人作二转三移五自由度运动，即动平台作X轴方向的转动或者Y轴方向的转动（也可以是X轴和Y轴方向的转动合成），动平台相对于加工台也可以在X、Y、Z方向作平移运动或者X、Y、Z方向的运动合成（其中Z方向的升降为四个分支的运动合成）。动平台7上安装有摩擦焊的搅拌头7-1，加工台安装需要焊接的工件。
尽管上面结合图对发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，在不脱离本发明宗旨的情况下做出的变形，均属于本发明的保护之内。
Claims (3)
1.一种冗余驱动空间搅拌摩擦焊混联机器人，包括异面垂直布置的第一导轨（5）和第二导轨（9）、可滑动地安装在第一导轨上的冗余三自由度并联机构、可滑动地安装在第二导轨上且位于所述冗余三自由度并联机构下方的加工台（8）；冗余三自由度并联机构包括与第一导轨配合的定平台（6）、位于定平台下方的动平台（7）以及连接定平台和动平台的四个分支；其特征在于：所述四个分支中的第一分支和第三分支对称布置，第二分支和第四分支对称布置；
所述第一分支和第三分支，分别依次包括与定平台连接的球铰（1S、3S）、移动副（1P、3P）以及与动平台连接的转动副（1R、3R）；所述第二分支和第四分支，分别依次包括与定平台连接的转动副（2R、4R）、移动副（2P、4P）以及与动平台连接的球铰（2S、4S）。
2.根据权利要求1所述的一种冗余驱动空间搅拌摩擦焊混联机器人，其特征在于：所述第一分支的转动副（1R）与第三分支的转动副（3R）的轴线相互平行，且与第二分支的转动副（2R）以及第四分支的转动副（4R）的轴线异面垂直。
3.根据权利要求1或2所述的一种冗余驱动空间搅拌摩擦焊混联机器人，其特征在于：所述与定平台连接的两个球铰（1S、3S）的中心，以及与定平台连接的两个转动副（2R、4R）的轴线共面；所述与动平台连接的两个球铰（2S、4S）的中心，以及与动平台连接的两个转动副（1R、3R）的轴线共面。
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