[发明专利]一种双并联叠加多功能机器人

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种可用于刀具刃磨、钻削、焊接和三维坐标测量仪的双并联叠加多功能机器人。 

背景技术

由于并联机构所具有的一系列优点，如刚度高、承载能力强、动态性能好、速度快和结构简单等，引起了国际上的广泛关注，并给予了大量的研究。目前，并联机构在许多领域已有一些重要应用，如综合飞行训练装置、超大型多媒体全真动态驾驶模拟器、地震模拟器、潜艇模拟器等。另外，国内外的一些公司和研究机构还设计制造了许多用于加工制造领域的并联数控机床(机器人)，如美国Giddings & Lewis公司、Ingersoll公司、Hexel公司、英国Geodetic公司、意大利Comau公司和瑞典Neos机器人公司以及国内的清华大学、天津大学、哈尔滨工业大学和北京航空航天大学、沈阳自动化所、东北大学、燕山大学等均开发了多种并联机器人(机床)。 

然而，基于Stewart平台的六杆并联机构有工作空间小、本身的奇异性和耦合性使其构型和总体布局受限、任何运动均需六轴联动、运动正解复杂而难于实现快速的实时控制等局限，使其难以实现产业化。此外，并联机器人(机床)的每一个支链均通过铰链与动、静平台相连，正是由于铰链的精度、间隙和接触刚性等问题，使得并联机器人(机床)的实际整体精度和刚性降低。而且，并联的分支链越多，连接这些分支链的铰链越容易产生叠加的随机性误差，从而影响并联机器人(机床)的整体工作精度。从这个意义上说，也可以解释为何少自由度并联机器人(机床)比六杆并联机器人(机床)更易实现实用化。所以，早期开发出的六杆并联机器人(机床)基本都停留在原理样机阶段，如Giddings & Lewis公司的Variax六并联数控加工中心现放置在英国诺丁汉大学(Nottingham University)的先进制造技术中心用于并联机器人(机床)的实验研究。为了克服六杆并联机构上述存在的一些问题，少自由度并联机构特别是三自由度并联机构由于具有工作空间相对较大，奇异性和耦合性相对较小，运动学、动力学分析相对简单，灵活性较高，控制容易，并且设计制造方便等优势，成为近年来国内外研究发展的主流，特别是为了扩大工作空间，串并联结构的混联机器人(机床)亦成为机器人领域的重要发展方向。目前已经实现实用化和产业化的并联机器人(机床)基本都是基于少自由度并联机构而研制开发的，如瑞典Neos Robotics公司生产的Tricept系列三并联机床，瑞士ABB公司的Delta系列三并联机器人等。 

发明内容 

为了解决现有并联机器人技术中存在的工作空间小、容易产生奇异点和并联杆的耦合、运动方程复杂而难于实现实时控制的问题，本发明提出一种基于三并联万向工作头的并串并混联结构的双并联叠加多功能机器人。 

本发明的技术方案是这样实现的：一种双并联叠加多功能机器人，包括有机身、工作平台、立柱、砂轮机、直线电机、滚珠丝杠、T型滑动拖板、二并联杆组和运动平台，运动平台一侧与二并联杆组的一端相连，运动平台另一侧连有一个三并联万向工作头，二并联杆组的另一端与机身相连。 

所述的三并联万向工作头，包括刀具夹头、万向节外环、万向节内环、钢球、位姿环、主轴、基座、球铰、驱动轴I和驱动轴II，刀具夹头固定在万向节外环输出端，万向节外环与万向节内环靠二个转动副形成转动连接，万向节内环与主轴通过一个转动销形成转动连接，这样刀具夹头、万向节外环、内环和主轴就组成一个十字万向节，主轴与主轴电机连接，驱动轴I和驱动轴II分别通过球铰与位姿环相连，驱动轴I和驱动轴II分别与驱动轴电机连接，位姿环通过钢球与万向节外环相连，一方面通过驱动轴I和驱动轴II可带动位姿环，从而可使与万向节外环相连的刀具夹头实现空间的各种位姿；另一方面，主轴通过万向节带动刀具夹头实现转动，并且起到支撑和限制刀具夹头轴向运动的作用。 

一种双并联叠加多功能机器人，在三并联万向工作头刀具夹头上装上端铣刀或球头铣刀或钻头。 

一种双并联叠加多功能机器人，将工作平台上的立柱和砂轮机卸去，在三并联万向工作头刀具夹头上装上钻头。 

一种双并联叠加多功能机器人，将工作平台上的立柱和砂轮机卸去，在三并联万向工作头上装上焊枪头。 

一种双并联叠加多功能机器人，将工作平台上的立柱和砂轮机卸去，在三并联万向工作头上装上测量头。 

所述的位姿环上的限位块放在限位槽中，防止位姿环进行偏摆时沿自身轴向转动。