CN220614006U - 一种多自由度混联机器人 - Google Patents

Abstract

实用新型涉及一种多自由度混联机器人，包括：机器人底座；腰下基座，通过驱动旋转关节转动连接在机器人底座的顶端；腰上基座，设置在腰下基座的上方，腰上基座的顶部连接有具有多自由度的驱动臂；驱动支链，连接在腰下基座和腰上基座之间，驱动支链的数量为多个且沿腰下基座的周向分布，驱动支链包括第一驱动分支和多个第二驱动分支，第一驱动分支的底端与腰下基座构成万向铰、顶端与腰上基座连接，第二驱动分支的底端与腰下基座构成万向铰、顶端与腰上基座构成球面副；第一驱动分支和第二驱动分支均沿其轴线伸缩。实用新型能够提高机器人运动空间与灵巧度的同时，不损失机器人的精度与刚性，从而进一步提高工作效率。

Description

一种多自由度混联机器人

技术领域

实用新型涉及机器人技术领域，尤其是指一种多自由度混联机器人。

背景技术

在航空发动机复杂管路焊接质量检测的过程中，主要包括两个方面的检测；

其一，针对散装焊管进行焊缝检测：散装焊管自身也是焊接而成，且形状弯曲，需要在x光下进行焊缝质量检测，现有方案是靠普通的工业机器人抓住焊管进行操作，完成复杂形状焊管的检测需要经过多次抓取，以调整机器人的姿态才能完成对焊接检测的全覆盖。

其二，针对航空发动机管路整体焊接完成后的焊接故障点排查：航空发动机管路整体焊接完成后，向航空发动机管路系统内通入气体然后通过检测气压的方式来判断是否存在焊接质量问题，当出现漏气的状况时，现有方案是通过人工手持设备沿着焊接管路进行故障点排查。

上述检测过程中主要存在以下问题：现有技术中的机器人的自由度不够，有时候需要多次抓取，工作效率低下。

实用新型内容

为此，实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中有时候需要多次抓取，工作效率低下的问题。

为解决上述技术问题，实用新型提供了一种多自由度混联机器人，包括：

机器人底座；

腰下基座，通过驱动旋转关节转动连接在机器人底座的顶端；

腰上基座，设置在腰下基座的上方，腰上基座的顶部连接有具有多自由度的驱动臂；

驱动支链，连接在腰下基座和腰上基座之间，驱动支链的数量为多个且沿腰下基座的周向分布，驱动支链包括第一驱动分支和多个第二驱动分支，第一驱动分支的底端与腰下基座构成万向铰、顶端与腰上基座连接，第二驱动分支的底端与腰下基座构成万向铰、顶端与腰上基座构成球面副；第一驱动分支和第二驱动分支均沿其轴线伸缩。

在实用新型的一个实施例中，驱动旋转关节包括固定部和活动部，固定部与机器人底座固定连接，活动部与腰下基座固定连接,活动部相对于固定部绕固定部的轴线转动。

在实用新型的一个实施例中，驱动臂包括第一驱动关节、机械手臂和副驱动关节，第一驱动关节一端与腰上基座的顶部连接，第一驱动关节的另一端与机械手臂的一端连接，机械手臂的另一端与副驱动关节的一端连接。

在实用新型的一个实施例中，副驱动关节为多个，多个副驱动关节串联连接。

在实用新型的一个实施例中，第一驱动关节、副驱动关节以及机械手臂均为中空结构。

在实用新型的一个实施例中，第一驱动分支和第二驱动分支均包括伺服电缸，伺服电缸包括缸体和伸缩杆，伸缩杆的自由端与腰上基座连接，伺服电缸的缸体尾端与腰下基座连接。

在实用新型的一个实施例中，第一驱动分支的底端与腰下基座以及第二驱动分支的底端与腰下基座均通过万向连接组件构成万向铰；

万向连接组件包括U型固定座、U型摆动座和十字轴，U型固定座固定在腰下基座上，U型摆动座固定在驱动支链的底端，十字轴的两个转动轴分别转动安装在U型固定座和U型摆动座上且三者连接形成万向结构。

在实用新型的一个实施例中，第二驱动分支的顶端与腰上基座通过球铰连接组件构成球面副，球铰连接组件包括U型座和转动球头，U型座安装在腰上基座的底部，转动球头包括转动部和对称设置在转动部两侧的杆部，杆部同轴固定在第二驱动分支的顶端，转动部转动安装在U型座上。

在实用新型的一个实施例中，第一驱动分支的顶端通过T型固定座与腰上基座连接，T型固定座包括连接为一体的大头端和小头端，大头端与腰上基座的底部连接，小头端与第一驱动分支的顶端连接。

在实用新型的一个实施例中，腰上基座的表面积小于腰下基座的表面积。

实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的一种多自由度混联机器人，其设置了机器人底座、腰下基座和腰上基座，在腰下基座和腰上基座之间设置了驱动支链，驱动支链包括第一驱动分支和多个第二驱动分支，第一驱动分支的底端与腰下基座构成万向铰、顶端与腰上基座固定连接，第二驱动分支的底端与腰下基座构成万向铰、顶端与腰上基座构成球面副且第一驱动分支和第二驱动分支均沿其轴线伸缩。并且，在机器人底座和腰下基座之间设置了驱动旋转关节，这样腰下基座，第一驱动分支和多个第二驱动分支、腰上基座以及驱动旋转关节构成一个具有两转一移的并联机构，另外腰上基座的顶部连接有具有多自由度的串联的驱动臂。由此可见，本申请采用串并串混联方式实现，这样能够提高机器人运动空间与灵巧度的同时，不损失机器人的精度与刚性，从而进一步提高工作效率。另外，本申请的驱动旋转关节能够使机构具有更大的回转运动空间。综上所述，本申请将大大提高航空发动机复杂管路焊接质量检测的效率和故障排查的准确性。

附图说明

为了使实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据实用新型的具体实施例并结合附图，对实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型优选实施例中一种多自由度混联机器人的结构示意图；

图2是图1所示一种多自由度混联机器人中第一驱动分支或第二驱动分支的结构示意图；

图3是图1所示一种多自由度混联机器人中万向连接组件的爆炸图；

图4是图1所示一种多自由度混联机器人中球铰连接组件的结构示意图；

图5是图1所示一种多自由度混联机器人中腰上基座和驱动臂的结构示意图。

说明书附图标记说明：100、机器人底座；

200、腰下基座；

300、腰上基座；

400、驱动支链；410、第一驱动分支；420、第二驱动分支；

500、驱动旋转关节；510、固定部；520、活动部；

600、驱动臂；610、第一驱动关节；620、机械手臂；630、第二驱动关节；640、第三驱动关节；650、第四驱动关节；

700、T型固定座；

800、万向连接组件；810、U型固定座；820、U型摆动座；830、十字轴；

900、球铰连接组件；910、U型座；920、转动球头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对实用新型的限定。

参照图1～图5所示，实用新型提供了一种多自由度混联机器人，包括：

机器人底座100，机器人底座100用于机器人的安装；

腰下基座200，通过驱动旋转关节500转动连接在机器人底座100的顶端，腰下基座200设有中心孔，腰下基座200中位于中心孔便于的部分与驱动旋转关节500的活动部520连接；

腰上基座300，设置在腰下基座200的上方，腰上基座300的顶部连接有具有多自由度的串联的驱动臂600；

驱动支链400，连接在腰下基座200和腰上基座300之间，驱动支链400的数量为多个且沿腰下基座200的周向分布，驱动支链400包括第一驱动分支410和多个第二驱动分支420，第一驱动分支410的底端与腰下基座200构成万向铰、顶端通过T型固定座700与腰上基座300固定连接，第二驱动分支420的底端与腰下基座200构成万向铰、顶端与腰上基座300构成球面副；第一驱动分支410和第二驱动分支420均沿其轴线伸缩，第一驱动分支410和多个第二驱动分支420沿中心孔的圆周分布。

具体地，本实施例设置了机器人底座100、腰下基座200和腰上基座300，在腰下基座200和腰上基座300之间设置了驱动支链400，驱动支链400包括第一驱动分支410和多个第二驱动分支420，第一驱动分支410的底端与腰下基座200构成万向铰、顶端与腰上基座300固定连接，第二驱动分支420的底端与腰下基座200构成万向铰、顶端与腰上基座300构成球面副且第一驱动分支410和第二驱动分支420均沿其轴线伸缩。并且，在机器人底座100和腰下基座200之间设置了驱动旋转关节500，这样腰下基座200，第一驱动分支410和多个第二驱动分支420、腰上基座300以及驱动旋转关节500构成一个具有两转一移的并联机构，另外腰上基座300的顶部连接有具有多自由度的串联的驱动臂600。由此可见，本申请采用串并串混联方式实现，这样能够提高机器人运动空间与灵巧度的同时，不损失机器人的精度与刚性，从而进一步提高工作效率。另外，本申请的驱动旋转关节500能够使机构具有更大的回转运动空间。综上所述，本申请将大大提高航空发动机复杂管路焊接质量检测的效率和故障排查的准确性。

进一步地，驱动旋转关节500包括固定部510和活动部520，固定部510与机器人底座100固定连接，活动部520与腰下基座200固定连接,活动部520相对于固定部510绕固定部510的轴线转动。

具体地，本实施例的驱动旋转关节500包括固定部510和活动部520，从而通过活动部520相对于固定部510绕固定部510的轴线转动实现驱动旋转关节500的转动功能，结构简单，运行可靠。

在一些可能的实施例中，固定部510的顶部设有圆形的安装槽，活动部520的底部设有圆形的凸台，凸台位于安装槽中，且凸台与安装槽之间设有轴承。

进一步地，驱动臂600包括第一驱动关节610、机械手臂620和副驱动关节，第一驱动关节610一端(固定端)与腰上基座300的顶部连接，第一驱动关节610的另一端(活动端)与机械手臂620的一端连接，机械手臂620的另一端与副驱动关节的一端(固定端)连接。

具体地，本实施例通过第一驱动关节610、机械手臂620和副驱动关节的串联构成多自由度的驱动臂600，进一步＝提高机器人的精度。

进一步地，副驱动关节为多个，多个副驱动关节串联连接。

具体地，本实施例通过串联多个副驱动关节实现更多的自由度，进一步提高机器人的精度以及工作效率。

在一些实施例中，副驱动关节包括第二驱动关节630、第三驱动关节640和第四驱动关节650，机械手臂620的另一端与第二驱动关节630的一端(固定端)连接，第二驱动关节630的另一端(活动端)与第三驱动关节640的一端(固定端)固定，第三驱动关节640的另一端(活动端)与第四驱动关节650的一端(固定端)固定。本实施例中的副驱动关节包括第二驱动关节630、第三驱动关节640和第四驱动关节650，这样构成4自由度的串联驱动臂600。

进一步地，第一驱动关节610、副驱动关节以及机械手臂620均为中空结构。具体地，中空结构的设置以方便机器人走线。

进一步地，第一驱动分支410和第二驱动分支420均包括伺服电缸，伺服电缸包括缸体和伸缩杆，伸缩杆的自由端与腰上基座300连接，伺服电缸的缸体尾端与腰下基座200连接。

具体地，本实施例通过伺服电缸实现第一驱动分支410和第二驱动分支420的自动伸缩，便于自动化控制。

进一步地，第一驱动分支410的底端与腰下基座200以及第二驱动分支420的底端与腰下基座200均通过万向连接组件800构成万向铰；

万向连接组件800包括U型固定座810、U型摆动座820和十字轴830，U型固定座810固定在腰下基座200上，例如，U型固定座810与腰下基座200可以通过焊接或者螺栓连接的方式固定连接在一起。U型摆动座820固定在驱动支链400的伺服电缸缸体的尾端，十字轴830的两个转动轴分别转动安装在U型固定座810和U型摆动座820上且三者连接形成万向结构。U型摆动座820的根部设计为内凹形状，这样能有效避开干涉位置从而获得更大的转动角度。

进一步地，第二驱动分支420的顶端与腰上基座300通过球铰连接组件900构成球面副，球铰连接组件900包括U型座910和转动球头920，U型座910安装在腰上基座300的底部，转动球头920包括转动部和对称设置在转动部两侧的杆部，杆部同轴固定在第二驱动分支420的顶端，即第二驱动分支420的伺服电缸的伸缩杆的自由端，转动部转动安装在U型座910上。

具体地，本实施例的U型座910与转动球头920铰接在一起，组成复合关节球铰。

进一步地，第一驱动分支410的顶端通过T型固定座700与腰上基座300连接，T型固定座700包括连接为一体的大头端和小头端，大头端与腰上基座300的底部连接，小头端与第一驱动分支410的顶端连接，即第一驱动分支410的伺服电缸的伸缩杆的自由端。

具体地，本实施例通过T型固定座700将第一驱动分支410的顶端与腰上基座300稳固可靠的连接在一起，制造成本低。

进一步地，腰上基座300的表面积小于腰下基座200的表面积。具体地，这样的布置方式可以增加整个机器人机构的稳定性，同时降低机器人机构所占用的空间。

需要说明的是，本申请在散装焊管的焊接质量检测过程中，本机器人的自由度达到9个，使机器人末端具有更高的灵巧度，更容易实现复杂管路连续路径的跟踪，更容易实现机器手臂的连续姿态调整。本申请有效利用了并联机构的高精度、高刚性以及串联机构的大工作空间，操作灵活的特点，进一步提升的机器人本体自身的综合性能。

本申请用于实现航空发动机复杂管路焊接质量检测及故障排查。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种多自由度混联机器人，其特征在于：包括：

机器人底座；

腰下基座，通过驱动旋转关节转动连接在所述机器人底座的顶端；

腰上基座，设置在所述腰下基座的上方，所述腰上基座的顶部连接有具有多自由度的驱动臂；

驱动支链，连接在所述腰下基座和所述腰上基座之间，所述驱动支链的数量为多个且沿所述腰下基座的周向分布，所述驱动支链包括第一驱动分支和多个第二驱动分支，所述第一驱动分支的底端与所述腰下基座构成万向铰、顶端与所述腰上基座连接，所述第二驱动分支的底端与所述腰下基座构成万向铰、顶端与所述腰上基座构成球面副；所述第一驱动分支和所述第二驱动分支均沿其轴线伸缩。

2.根据权利要求1所述的多自由度混联机器人，其特征在于：所述驱动旋转关节包括固定部和活动部，所述固定部与机器人底座固定连接，所述活动部与所述腰下基座固定连接,所述活动部相对于所述固定部绕所述固定部的轴线转动。

3.根据权利要求1所述的多自由度混联机器人，其特征在于：所述驱动臂包括第一驱动关节、机械手臂和副驱动关节，所述第一驱动关节一端与所述腰上基座的顶部连接，所述第一驱动关节的另一端与所述机械手臂的一端连接，所述机械手臂的另一端与所述副驱动关节的一端连接。

4.根据权利要求3所述的多自由度混联机器人，其特征在于：所述副驱动关节为多个，多个副驱动关节串联连接。

5.根据权利要求4所述的多自由度混联机器人，其特征在于：所述第一驱动关节、副驱动关节以及所述机械手臂均为中空结构。

6.根据权利要求1所述的多自由度混联机器人，其特征在于：所述第一驱动分支和所述第二驱动分支均包括伺服电缸，所述伺服电缸包括缸体和伸缩杆，所述伸缩杆的自由端与所述腰上基座连接，所述伺服电缸的缸体尾端与所述腰下基座连接。

7.根据权利要求1所述的多自由度混联机器人，其特征在于：所述第一驱动分支的底端与所述腰下基座以及所述第二驱动分支的底端与所述腰下基座均通过万向连接组件构成万向铰；

所述万向连接组件包括U型固定座、U型摆动座和十字轴，所述U型固定座固定在所述腰下基座上，所述U型摆动座固定在所述驱动支链的底端，所述十字轴的两个转动轴分别转动安装在U型固定座和U型摆动座上且三者连接形成万向结构。

8.根据权利要求1所述的多自由度混联机器人，其特征在于：所述第二驱动分支的顶端与所述腰上基座通过球铰连接组件构成球面副，所述球铰连接组件包括U型座和转动球头，所述U型座安装在所述腰上基座的底部，所述转动球头包括转动部和对称设置在所述转动部两侧的杆部，所述杆部同轴固定在所述第二驱动分支的顶端，所述转动部转动安装在所述U型座上。

9.根据权利要求1所述的多自由度混联机器人，其特征在于：所述第一驱动分支的顶端通过T型固定座与所述腰上基座连接，所述T型固定座包括连接为一体的大头端和小头端，所述大头端与所述腰上基座的底部连接，所述小头端与所述第一驱动分支的顶端连接。

10.根据权利要求1所述的多自由度混联机器人，其特征在于：所述腰上基座的表面积小于所述腰下基座的表面积。