一種結(jié)構(gòu)解耦的六足鉆、銑削加工機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】一種結(jié)構(gòu)解耦的六足鉆、銑削加工機(jī)器人，其主要包括：裝有鉆、銑削電主軸的機(jī)器人軀干、六條機(jī)械腿、六個(gè)裝有吸附裝置的足，六條機(jī)械腿的結(jié)構(gòu)相同，每條機(jī)械腿是一種支鏈含閉環(huán)的三自由度解耦機(jī)構(gòu)，六條機(jī)械腿分別通過機(jī)架與機(jī)器人軀干實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電氣連接，六條機(jī)械腿通過固定架與軀干連接并呈正六邊形分布，每條機(jī)械腿末端通過球鉸與裝有吸附裝置的足連接，在機(jī)器人的軀干中心位置，設(shè)有鉆、銑削加工電主軸，鉆、銑削加工刀具安裝在鉆、銑削加工電主軸上。本發(fā)明通過步行的方式在被加工對(duì)象表面行走、定位，實(shí)現(xiàn)鉆、銑削加工，可以擴(kuò)大加工范圍、優(yōu)化加工路線、提高加工效率和加工精度。
【專利說明】—種結(jié)構(gòu)解耦的六足鉆、銑削加工機(jī)器人
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】本發(fā)明涉及一種加工機(jī)器人，特別涉及一種鉆、銑削加工機(jī)器人。
[0002]【背景技術(shù)】用于鉆、銑削加工的六足機(jī)器人的研究成果較少，目前的六足機(jī)器人基本都是用于運(yùn)輸或試驗(yàn)。六足機(jī)器人具有靈活的運(yùn)動(dòng)性能和多樣化的機(jī)構(gòu)構(gòu)型，通過在六足機(jī)器人足的末端加裝吸盤或磁力裝置，其也可以在被加工對(duì)象表面靈活運(yùn)動(dòng)，如果六足機(jī)器人的軀干加裝多功能電主軸或刀具驅(qū)動(dòng)裝置，其就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型結(jié)構(gòu)件的可移動(dòng)式鉆、銑削加工。
[0003]中國(guó)專利CN201320198578.3公開了一種可滾動(dòng)前進(jìn)的六足機(jī)器人。中國(guó)專利CN201320014922.9，公開了一種仿生六足機(jī)器人，可以在雜亂的廢墟中靈活穿梭，進(jìn)行搜救等工作，還可以針對(duì)環(huán)境適當(dāng)調(diào)整自身體積。中國(guó)專利CN201120120355.6，公開了一種自主越障六足機(jī)器人，利用復(fù)合檢測(cè)思想，實(shí)時(shí)檢測(cè)路面特征，并針對(duì)不同地面形態(tài)，通過控制六個(gè)足臂協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎和越障三種步態(tài)的自主切換。中國(guó)專利CN201110005710.X，公開了一種偏心輪腿六足機(jī)器人，采用偏心輪結(jié)構(gòu)作為腿的形式，機(jī)身結(jié)構(gòu)采用對(duì)稱設(shè)計(jì)并呈扁平狹長(zhǎng)體型。上述各種六足機(jī)器人，大多屬于仿生或技術(shù)驗(yàn)證機(jī)器人，主要用于搜救、偵查或技術(shù)驗(yàn)證。所以，這些六足機(jī)器人均沒有用于對(duì)待加工目標(biāo)的鉆、銑削加工。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、加工精度高、加工效率高的結(jié)構(gòu)解耦的六足鉆、銑削加工機(jī)器人。
[0005]本發(fā)明主要包括:裝有鉆、銑削電主軸的機(jī)器人軀干、六條機(jī)械腿、六個(gè)裝有吸附裝置的足。機(jī)器人六條機(jī)械腿的結(jié)構(gòu)相同，每條機(jī)械腿是一種支鏈含閉環(huán)的三自由度解耦機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械腿兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置之間完全解耦；六條機(jī)械腿分別通過機(jī)架與機(jī)器人軀干實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電氣連接，六條機(jī)械腿通過固定架與軀干連接并呈正六邊形分布，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人主結(jié)構(gòu)的解耦性；每條機(jī)械腿末端通過球鉸與裝有吸附裝置的足連接，機(jī)器人通過裝有吸附裝置的足在被加工對(duì)象表面行走、定位；在機(jī)器人的軀干中心位置，設(shè)有鉆、銑削加工電主軸，鉆、銑削加工刀具安裝在鉆、銑削加工電主軸上。所述的機(jī)械腿包括:機(jī)架、末端連接桿、一條(U+UPS)P支鏈、一條含有閉環(huán)的(U+UPS)P支鏈和一條不含有閉環(huán)的UPS支鏈；這里，U、P、S分別表示萬(wàn)向副、移動(dòng)副、球鉸。
[0006]所述(U+UPS)P支鏈中的套筒的一端通過萬(wàn)向副與機(jī)架連接，其另一端與伸縮桿套接，電機(jī)設(shè)在套筒靠近機(jī)架的一端，上述伸縮桿的一端與電機(jī)絲杠連接，通過電機(jī)頂部的同步帶驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使伸縮桿相對(duì)于套筒做伸縮運(yùn)動(dòng)，該伸縮桿的另一端與末端連接桿固接，該末端連接桿通過球鉸與裝有吸附裝置的足連接。
[0007]所述含有閉環(huán)的(U+UPS)P支鏈中套筒的一端通過萬(wàn)向副與機(jī)架連接，其另一端與伸縮桿套接，電機(jī)設(shè)在套筒靠近機(jī)架的一端，上述伸縮桿的一端與電機(jī)絲杠連接，通過電機(jī)頂部的同步帶驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使伸縮桿相對(duì)于套筒做伸縮運(yùn)動(dòng)，該伸縮桿的另一端通過球鉸與中間連接桿連接，該中間連接桿連接在上述(U+UPS)P支鏈的套筒與伸縮桿套接的一端。
[0008]所述不含有閉環(huán)的UPS支鏈中的套筒的一端通過萬(wàn)向副與機(jī)架連接，其另一端與伸縮桿套接，電機(jī)設(shè)在套筒靠近機(jī)架的一端，上述伸縮桿的一端與電機(jī)絲杠連接，通過電機(jī)頂部的同步帶驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使伸縮桿相對(duì)于套筒做伸縮運(yùn)動(dòng)，該伸縮桿的另一端通過球鉸與末端連接桿連接，該末端連接桿與上述(U+UPS)P支鏈的伸縮桿與足連接的一端固接，
[0009]上述與機(jī)架連接的3個(gè)萬(wàn)向副中心呈等腰直角三角形布局，且(U+UPS)P支鏈的萬(wàn)向副中心位于直角頂點(diǎn)處，(U+UPS)P支鏈的萬(wàn)向副和不含有閉環(huán)的UPS支鏈萬(wàn)向副靠近機(jī)架的回轉(zhuǎn)軸線共線，含有閉環(huán)的(U+UPS)P支鏈中的萬(wàn)向副靠近機(jī)架的回轉(zhuǎn)軸線與上述軸線平行。
[0010]選擇機(jī)械腿的三個(gè)移動(dòng)副P作為其驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副，通過在每個(gè)移動(dòng)副P靠近機(jī)架的一端安裝電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)每個(gè)移動(dòng)副P的驅(qū)動(dòng)輸入?；谏鲜鰴C(jī)械腿的機(jī)構(gòu)構(gòu)型和驅(qū)動(dòng)布局，其(U+UPS)P支鏈閉環(huán)部分的UPS鏈和機(jī)械腿的主UPS支鏈負(fù)責(zé)機(jī)械腿的2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度驅(qū)動(dòng)，且這2個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置之間完全解耦。
[0011]本發(fā)明分兩種工作狀態(tài):一種是行走狀態(tài)，其通過六條機(jī)械腿按照一定規(guī)律邁步，實(shí)現(xiàn)在地面或被加工對(duì)象表面的行走；另一種是加工狀態(tài)，當(dāng)機(jī)器人行走到待加工區(qū)域后，通過足端的吸附裝置使機(jī)器人定位，然后使裝有鉆、銑削電主軸的機(jī)器人軀干、機(jī)器人的六條腿、吸附式足、被加工對(duì)象，一起構(gòu)成了一套鉆、銑削加工機(jī)床系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被加工對(duì)象的鉆、銑削加工。當(dāng)一個(gè)區(qū)域加工完畢后，機(jī)器人又可以通過步行的方式，走到下一個(gè)待加工區(qū)域，重復(fù)進(jìn)行新的加工。
[0012]在實(shí)現(xiàn)上述鉆、銑削加工功能的同時(shí)，機(jī)器人每條機(jī)械腿的運(yùn)動(dòng)具有解耦性，即用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械腿兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置之間完全解耦，從而可以最大限度的簡(jiǎn)化其控制函數(shù)模型，提高機(jī)器人控制的實(shí)時(shí)性。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0014]1、機(jī)器人通過步行的方式在被加工對(duì)象表面行走、定位，實(shí)現(xiàn)鉆、銑削加工，可以擴(kuò)大加工范圍、優(yōu)化加工路線、提高加工效率。
[0015]2、比傳統(tǒng)固定式大型鉆、銑削加工機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊，加工精度高，且對(duì)被加工對(duì)象的適應(yīng)能力強(qiáng)。
[0016]3、機(jī)器人機(jī)械腿的運(yùn)動(dòng)具有解耦性，從而使機(jī)器人及機(jī)械腿的控制函數(shù)模型簡(jiǎn)化，提高控制的實(shí)時(shí)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的機(jī)械腿立體示意簡(jiǎn)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]在圖1所示的一種結(jié)構(gòu)解耦的六足鉆、銑削加工機(jī)器人的立體示意簡(jiǎn)圖中，機(jī)械腿I的一端通過機(jī)架2連接到機(jī)器人軀干4的機(jī)械腿固定架3上，六條機(jī)械腿與軀干的連接方式相同且呈正六邊形分布，該六條機(jī)械腿的另一端通過球鉸與裝有吸附裝置的足連接，六個(gè)足與對(duì)應(yīng)六條機(jī)械腿的連接方式相同，機(jī)器人通過裝有吸附裝置的足在被加工對(duì)象表面行走、定位。在機(jī)器人的軀干中心位置，裝有鉆、銑削加工電主軸7，鉆、銑削加工刀具8裝在鉆、銑削加工電主軸上。機(jī)器人通過六條機(jī)械腿聯(lián)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人軀干做空間六自由度運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鉆、銑削加工刀具做空間六自由度運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉆、銑削加工。
[0020]如圖2所示，所述的機(jī)械腿包括:機(jī)架、末端連接桿、一條(U+UPS)P支鏈、一條含有閉環(huán)的(U+UPS)P支鏈和一條不含有閉環(huán)的UPS支鏈。所述(U+UPS)P支鏈中的套筒29的一端通過萬(wàn)向副25與機(jī)架2連接，其另一端與伸縮桿30套接，電機(jī)27設(shè)在套筒靠近機(jī)架的一端，上述伸縮桿的一端與電機(jī)絲杠28連接，通過電機(jī)頂部的同步帶26驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使伸縮桿相對(duì)于套筒做伸縮運(yùn)動(dòng)，該伸縮桿的另一端與末端連接桿16固接，該末端連接桿通過球鉸5與裝有吸附裝置6的足連接。
[0021]所述含有閉環(huán)的(U+UPS)P支鏈中套筒21的一端通過萬(wàn)向副17與機(jī)架連接，其另一端與伸縮桿22套接，電機(jī)19設(shè)在套筒靠近機(jī)架的一端,上述伸縮桿的一端與電機(jī)絲杠20連接，通過電機(jī)頂部的同步帶18驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使伸縮桿相對(duì)于套筒做伸縮運(yùn)動(dòng)，該伸縮桿的另一端通過球鉸23與中間連接桿24連接，該中間連接桿連接在上述(U+UPS)P支鏈的套筒與伸縮桿套接的一端。
[0022]所述不含有閉環(huán)的UPS支鏈中的套筒13的一端通過萬(wàn)向副9與機(jī)架連接，其另一端與伸縮桿14套接，電機(jī)11設(shè)在套筒靠近機(jī)架的一端，上述伸縮桿的一端與電機(jī)絲杠12連接，通過電機(jī)頂部的同步帶10驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使伸縮桿相對(duì)于套筒做伸縮運(yùn)動(dòng)，該伸縮桿的另一端通過球鉸15與上述末端連接桿16連接。
[0023]上述與機(jī)架連接的3個(gè)萬(wàn)向副中心呈等腰直角三角形布局，且(U+UPS)P支鏈中的萬(wàn)向副25位于直角頂點(diǎn)處，該萬(wàn)向副和不含有閉環(huán)的UPS支鏈的萬(wàn)向副9靠近機(jī)架的回轉(zhuǎn)軸線共線，含有閉環(huán)的(U+UPS)P支鏈中萬(wàn)向副17靠近機(jī)架的回轉(zhuǎn)軸線與上述軸線平行。
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)構(gòu)解耦的六足鉆、銑削加工機(jī)器人，其包括:裝有鉆、銑削電主軸的機(jī)器人軀干、六條機(jī)械腿、六個(gè)裝有吸附裝置的足，其特征在于:六條機(jī)械腿的結(jié)構(gòu)相同，每條機(jī)械腿是一種支鏈含閉環(huán)的三自由度解耦機(jī)構(gòu)，六條機(jī)械腿分別通過機(jī)架與機(jī)器人軀干實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電氣連接，六條機(jī)械腿通過固定架與軀干連接并呈正六邊形分布，每條機(jī)械腿末端通過球鉸與裝有吸附裝置的足連接，在機(jī)器人的軀干中心位置，設(shè)有鉆、銑削加工電主軸，鉆、銑削加工刀具安裝在鉆、銑削加工電主軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)解耦的六足鉆、銑削加工機(jī)器人，其特征在于:所述的機(jī)械腿包括:機(jī)架、末端連接桿、一條⑴+即3)？支鏈、一條含有閉環(huán)的⑴條不含有閉環(huán)的口?3支鏈； 所述⑴支鏈中的套筒的一端通過萬(wàn)向副與機(jī)架連接，其另一端與伸縮桿套接，電機(jī)設(shè)在套筒靠近機(jī)架的一端，上述伸縮桿的一端與電機(jī)絲杠連接，通過電機(jī)頂部的同步帶驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使伸縮桿相對(duì)于套筒做伸縮運(yùn)動(dòng)，該伸縮桿的另一端與末端連接桿固接，該末端連接桿通過球鉸與裝有吸附裝置的足連接； 所述含有閉環(huán)的⑴+即幻？支鏈中套筒的一端通過萬(wàn)向副與機(jī)架連接，其另一端與伸縮桿套接，電機(jī)設(shè)在套筒靠近機(jī)架的一端，上述伸縮桿的一端與電機(jī)絲杠連接，通過電機(jī)頂部的同步帶驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使伸縮桿相對(duì)于套筒做伸縮運(yùn)動(dòng)，該伸縮桿的另一端通過球鉸與中間連接桿連接，該中間連接桿連接在上述⑴+即幻？支鏈的套筒與伸縮桿套接的一端； 所述不含有閉環(huán)的即3支鏈中的套筒的一端通過萬(wàn)向副與機(jī)架連接，其另一端與伸縮桿套接，電機(jī)設(shè)在套筒靠近機(jī)架的一端，上述伸縮桿的一端與電機(jī)絲杠連接，通過電機(jī)頂部的同步帶驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使伸縮桿相對(duì)于套筒做伸縮運(yùn)動(dòng)，該伸縮桿的另一端通過球鉸與末端連接桿連接，該末端連接桿與上述⑴+即幻？支鏈的伸縮桿與足連接的一端固接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種結(jié)構(gòu)解耦的六足鉆、銑削加工機(jī)器人，其特征在于:所述與機(jī)架連接的3個(gè)萬(wàn)向副中心呈等腰直角三角形布局，且1+即3 ？支鏈的萬(wàn)向副中心位于直角頂點(diǎn)處，該萬(wàn)向副和不含有閉環(huán)的即3支鏈萬(wàn)向副靠近機(jī)架的回轉(zhuǎn)軸線共線，含有閉環(huán)的1+即3 ？支鏈中的萬(wàn)向副靠近機(jī)架的回轉(zhuǎn)軸線與上述軸線平行。
【文檔編號(hào)】B25J9/08GK104308839SQ201410448744
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】張典范, 榮譽(yù), 金振林 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)