[發明專利]一種基于三自由度力控并聯模塊的移動式混聯加工機器人

有效

• 申請號: 201810581018.3
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108789358B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 謝福貴;劉辛軍;崇增輝;汪勁松
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J5/02
• 分類號: B25J5/02;B25J9/00;B25J11/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

1.一種基于三自由度力控并聯模塊的移動式混聯加工機器人，其特征在于，包括：

無人搬運車，用于保證機器人的大移動行程；

直線導軌，所述直線導軌用于在所述無人搬運車停車時控制混聯加工機器人的移動；

平面兩自由度混聯機械臂，用于控制平面內兩自由度運動，其中，所述平面內兩自由度運動由底座上的電機驅動，其中，所述平面兩自由度混聯機械臂包括：大臂，第一連桿組和大臂構成平行四邊形機構，以實現由底部電機驅動的繞底部轉動副轉動中心的轉動運動；小臂，第二連桿組和小臂構成平行四邊形機構，通過外加第三連桿以實現由底部電機驅動的繞轉動軸心的轉動運動；

三自由度力控并聯加工模塊，用于控制一個移動自由度和兩個轉動自由度，并控制末端執行器上正壓力，所述三自由度力控并聯加工模塊安裝在所述平面兩自由度混聯機械臂末端配合所述直線導軌并搭載在所述無人搬運車上，以增大機器人工作空間范圍；或所述三自由度力控并聯加工模塊安裝在所述平面兩自由度混聯機械臂末端后再搭載在無人搬運車上或安裝于全行程直線導軌上，增大加工機器人的加工作業行程；其中，

所述三自由度力控并聯加工模塊包括：并聯模塊定平臺；并聯模塊動平臺；末端執行器；力控制單元；第一支鏈，所述第一支鏈通過一個轉動副與所述并聯模塊定平臺連接，通過兩個軸線互相垂直的轉動副與所述并聯模塊動平臺連接，具體地：所述第一支鏈包括：第一電機和第一絲杠螺母副，所述第一電機的一端通過轉動副與并聯模塊定平臺相連；所述第一絲杠螺母副中螺母與第一電機相固結，以構成圓柱運動副，實現第一絲杠螺母副中絲杠相對于螺母的直線進給自由度與相對轉動自由度，所述第一絲杠螺母副中的絲杠通過一個虎克鉸或兩個軸線互相垂直的轉動副實現與所述并聯模塊動平臺相連；第二支鏈和第三支鏈，所述第二支鏈和所述第三支鏈與所述第一支鏈結構相同，所述力控制單元設置在所述第一支鏈、所述第二支鏈以及所述第三支鏈中所述絲杠與所述虎克鉸相連接的位置，以實現對所述第一支鏈、所述第二支鏈以及所述第三支鏈的作用力控制；所述力控制單元還設置在所述并聯模塊動平臺與所述末端執行器相連接的位置，以實現對所述末端執行器上作用力的控制；所述第一支鏈、所述第二支鏈和所述第三支鏈分別連接在所述并聯模塊定平臺和所述并聯模塊動平臺之間，構成閉環并聯結構，以保證動平臺與末端執行器固定連接后有一個移動自由度與兩個轉動自由度。

2.根據權利要求1所述的一種基于三自由度力控并聯模塊的移動式混聯加工機器人，其特征在于，所述力控制單元包括：

力控制彈簧，所述力控制彈簧在作業過程中通過對位置控制以實現末端正壓力的控制；

阻尼減振器，所述阻尼減振器通過與所述力控制彈簧的協調實現力控制條件下的振動抑制；

單元外殼，所述單元外殼則并聯加工模塊本體結構相結合克服所述力控制單元不能承受力矩的問題。

3.根據權利要求1所述的一種基于三自由度力控并聯模塊的移動式混聯加工機器人，其特征在于，所述三自由度力控并聯加工模塊通過搭載不同形式的末端執行器完成打磨作業、焊接作業或銑鉆作業。

4.根據權利要求1所述的一種基于三自由度力控并聯模塊的移動式混聯加工機器人，所述力控制單元還包括：

力傳感器，所述力傳感器在作業過程中對所作用正壓力進行反饋；

力/位混合控制算法，根據所述力傳感器反饋回的數據對所述三自由度力控并聯加工模塊末端執行器實現力/位混合控制。