[發明專利]一種冗余驅動空間攪拌摩擦焊混聯機器人

無效

• 申請號: 201410087592.5
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103909518A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 李秦川;吳偉峰;張寧斌;李紅軍;武傳宇;藍祖泉
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B23K20/12
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 王洪新

技術領域

本發明屬于數控機床技術領域，具體涉及一種冗余驅動空間攪拌摩擦焊混聯機器人。

背景技術

攪拌摩擦焊是由英國焊接研究所(TWI)于1991年發明的一種新型固相連接技術，自其發明以來，就引起了世界范圍內的廣泛關注，特別是在航空航天領域，有著無可替代的作用。與傳統的熔焊相比，攪拌摩擦焊具有諸多優點，如：焊接變形小，機械性能良好，無煙塵、飛濺現象，無需填絲、保護氣體等，故極易實現工程化、自動化，且屬于綠色制造，質量穩定可靠性高。

目前國內的攪拌摩擦焊機器人多為一般數控銑床改裝，或者是更為簡單的薄壁管摩擦焊機床，如授權公告號為CN2139494Y的“摩擦焊機床”和授權公告號為CN2620610Y的“銅-鋁薄壁管摩擦焊機床”。這類機床結構簡單，加工范圍極其有限，即便可實現空間三維平動，也無法對曲面進行加工；并且，考慮到攪拌摩擦焊的特點，即機床需要極好的剛度性能，故一般工業機器人無法達到這些要求，尚待改進。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服背景技術的不足，提供一種轉動軸線明確、結構簡單、剛度高、易于控制，適合用于攪拌摩擦焊在曲面上的加工的空間攪拌摩擦焊混聯機器人。

本發明所采用的技術方案是：一種冗余驅動空間攪拌摩擦焊混聯機器人，包括異面垂直布置的第一導軌和第二導軌、可滑動地安裝在第一導軌上的冗余三自由度并聯機構、可滑動地安裝在第二導軌上且位于所述冗余三自由度并聯機構下方的加工臺；冗余三自由度并聯機構包括與第一導軌配合的定平臺、位于定平臺下方的動平臺以及連接定平臺和動平臺的四個分支；其特征在于：所述四個分支中的第一分支和第三分支對稱布置，第二分支和第四分支對稱布置；所述第一分支和第三分支，分別依次包括與定平臺連接的球鉸、移動副以及與動平臺連接的轉動副；所述第二分支和第四分支，分別依次包括與定平臺連接的轉動副、移動副以及與動平臺連接的球鉸。

所述第一分支的轉動副與第三分支的轉動副的軸線相互平行，且與第二分支的轉動副以及第四分支的轉動副的軸線異面垂直。

所述與定平臺連接的兩個球鉸的中心，以及與定平臺連接的兩個轉動副的軸線共面；所述與動平臺連接的兩個球鉸的中心，以及與動平臺連接的兩個轉動副的軸線共面。

本發明的有益效果是：本發明采用一個可實現二維轉動（X軸、Y軸）一維平動（Z軸）的冗余并聯機構與兩條導軌的形式，可實現空間的兩個轉動自由度和三個平移自由度，構成一個可實現曲面加工的新型攪拌摩擦焊機器人，對于航空航天等領域極為重要，如飛機機翼、航天飛機外貯箱、火箭發動機貯箱的焊接等；采用冗余驅動的方式使機器人具有更好的剛度，同時也還具有明確的轉動軸線、結構簡單、易于控制，適合用于攪拌摩擦焊在曲面上的加工等優點。

附圖說明

圖1是本發明的立體結構示意圖。

具體實施方式

以下結合說明書附圖，對本發明作進一步說明，但本發明并不局限于以下實施例。

如圖1所示，本發明所述的一種冗余驅動空間攪拌摩擦焊混聯機器人主要包括三個部分，一部分為冗余三自由度并聯機構，另一部分為水平布置且異面垂直的第一導軌5（沿圖1中x軸方向）和第二導軌9（沿圖1中y軸方向），還有一部分為加工臺8。其中第一導軌位于第二導軌的上方，相互之間保持一定距離以安裝所述冗余三自由度并聯機構與加工臺；第一導軌由兩條平行伸展的軌道組成，兩條軌道制有相向而對的導向槽5-1。冗余三自由度并聯機構可滑動地安裝在第一導軌5上（冗余三自由度并聯機構整體向下對著加工臺安裝）可以在機器人的驅動副作用下沿著第一導軌5滑移（x軸方向）。加工臺可滑動地安裝在第二導軌上組成移動副Py（加工臺與第二導軌配合），加工臺可以在機器人的驅動副作用下沿著第二導軌滑移（y軸方向）。

所述冗余三自由度并聯機構包括定平臺6、動平臺7以及連接定平臺6和動平臺7的四個分支。定平臺6可滑動地安裝在所述第一導軌上組成移動副Px（定平臺兩側的邊沿分別與第一導軌的兩個軌道的導向槽配合），定平臺6可以在上述機器人的驅動副作用下沿著第一導軌滑移，顯然所述定平臺水平布置。所述動平臺7位于定平臺6的下方（同時位于加工臺的上方）。