[发明专利]一种四自由度并联搅拌摩擦焊机器人

说明书

本发明提及一种四自由度并联搅拌摩擦焊机器人。该机器人可以保证加工时较高刚度和精度，以及更好的加工稳定性，而且结构简单，加工效率高，并克服了一般搅拌摩擦焊机床单自由度的加工特点，能在四自由度范围内进行全负荷加工，完成复杂焊缝的焊接过程。技术方案是：一种四自由度并联搅拌摩擦焊机器人，包括定平台即机架、动平台以及连接在动、定平台之间的四条支链机构。其特征在于：所述第一支链和第三支链对称布置，第二支链和第四支链对称布置；所述第一支链和第三支链分别依次包括与定平台连接的转动副、移动副和与动平台连接的球铰，所述第二支链和第四支链分别依次包括与定平台连接的球铰、移动副和与动平台连接的球铰；第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与动、定平台的铰接点分别在动、定平台内绕几何中心点呈90°均匀圆周阵列分布。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种具有四自由度运动空间的并联搅拌摩擦焊机器人。

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW)技术是英国焊接研究所于1991年发明的一种新型固相连接技术，该技术首先应用在铝合金、镁合金等轻金属结构领域中，接着在其它金属结构中如锌、铜、复合材料等也有相关应用。与传统焊接技术相比，搅拌摩擦焊具有诸多优点，比如：焊接工件不易变形，残余应力比较低，无需添加焊丝，不需要保护气体，绿色无污染。

并联机器人可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。澳大利亚机构学教授Hunt于1978年首次提出把六自由度并联机构作为机器人操作器，跟传统串联机构相比，并联机构特点呈现为无累积误差，精度较高；结构紧凑，刚度高，承载能力大；运动速度高，动态响应好；结构稳定等。并联机器人应用在各个领域，比如并联机床，军事领域中的潜艇、坦克驾驶运动模拟器，微外科手术机器人，姿态调整或支撑装置等。

目前将并联机构应用到搅拌摩擦焊技术上已有相关发明公布专利(CN205702834U)，存在自由度少，焊缝侧面加工范围不足的问题。因此为提高在焊缝侧面拥有加工空间的情况下，提出了一种精度高、结构简单、拥有焊缝侧向方向加工能力的四自由度并联搅拌摩擦焊机器人，这对于一些复杂的焊缝焊接加工是很有必要的。

发明内容

本发明目的是针对背景技术的不足，提供一种四自由度并联搅拌摩擦焊机器人，该并联机构在保证精度和刚度的前提下，提供了更多自由度的加工空间，而且结构简单，控制容易。

本发明所采用的技术方案是：一种四自由度的并联搅拌摩擦焊机器人，该并联机构包括定平台即机架，动平台以及连接定平台和动平台之间的四条支链机构，其中第一支链和第三支链结构相同并在动、定平台间对称布置，第二支链和第四支链结构相同并在动、定平台间对称布置，第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与动、定平台的铰接点分别在动、定平台内绕几何中心点呈90°均匀圆周阵列分布。

所述第一支链和第三支链分别依次包括与定平台连接的转动副、移动副和与动平台连接的球铰；所述第二支链和第四支链分别依次包括与定平台连接的球铰、移动副和与动平台连接的球铰；所述第一支链和第三支链与定平台连接的转动副轴线应相互平行；所述第一支链和第三支链与定平台连接的转动副轴线，以及与第二支链和第四支链与定平台连接的球铰中心应共面；所述第一支链、第二支链、第三支链、第四支链与动平台连接的球铰中心应共面。

所述机器人的驱动机构为伺服电机和由伺服电机带动的丝杠机构，分别安装在四条支链的移动副上，由电机带动丝杆机构的移动作为整个机器人的驱动。

本发明的有益效果是：本发明中并联机构采用四条支链包括2RPS-2SPS, 采用两两对称布置，可实现空间两个转动自由度和两个移动自由度，能在四自由度空间内加工复杂形状的焊缝，而且加工精度高、工作效率高、搅拌头动态响应好、易控制、整体结构简单，满足搅拌摩擦焊技术的实际应用要求，并使加工空间比已有的并联搅拌摩擦焊机器人拥有更多自由度。

附图说明