[发明专利]一种面向航天航空领域的超大工作空间激光加工机器人

说明书

本发明公开一种面向航天航空领域的超大工作空间激光加工机器人，属于机器人技术领域；包括机架、动平台、五个驱动电机、末端执行器、以及并联连接在机架与动平台之间的第一、第二、第三分支；所述第一分支从机架到动平台顺序连接有导轨一、滑块一、四万向铰平行四边形机构；所述第二分支从机架到动平台顺序连接有导轨二、滑块二、长连杆三；所述第三分支从机架到动平台顺序连接有导轨三、滑块三、长连杆四；本发明采用三分支并联机构构型实现五自由度运动，结构紧凑、制造成本低，同时具备高刚度和超大工作空间，在航空航天领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种面向航天航空领域的超大工作空间激光加工机器人。

背景技术

激光加工由于具有热变形小，高精度和高效率的特点，在航空航天领域的应用前景巨大。目前，国内外应用于航空航天领域的激光加工机器人主要可以分为龙门式和悬臂式。龙门式加工机器人尽管精度较高，但运动部件质量大、惯性高，实现高速运动困难，另外，龙门式加工机器人运动轴线相对固定，设备运动灵活性差；悬臂式加工机器人是以多串联机器臂作为执行机构，较于龙门式设备，其机构紧凑，运动灵活，但由于仍采用串联机构，存在刚度差和加工精度低的缺点。

并联机器人作为一种闭环机构，其末端执行器通过至少两个独立分支与定平台相连，与采用串联机构的龙门式加工设备相比，在保证刚度的情况下其制造成本和难度大大降低，与悬臂式加工设备相比，其结构更紧凑，刚度和加工精度更好，但大多数并联机器人工作空间小，不能满足大尺寸件的激光加工。

中国专利(CN108858142A)提出了一种五自由度并联机器人，可实现复杂曲面的焊接、激光加工工作等，但该结构工作空间小且对于装配精度提出较高要求；中国专利(CN101497193A)提出一种三分支五自由度混联激光加工机器人，采用三分支三自由度并联机构与二自由度串联机构串联实现五轴运动，但其动平台安装有一定重量的串联机构转头，导致其动力学性能较差且位置工作空间仍有限。现有的并联激光加工机器人方案工作空间非常小，杆件易干涉，杆件惯性大，速度不够高，没有兼具龙门式机床和串联机器人的优点，不能满足航空航天等领域大尺寸薄壁结构零部件的激光加工要求。

发明内容

实现本发明目的所采用的技术方案为：一种面向航天航空领域的超大工作空间激光加工机器人，属于机器人技术领域；包括机架、动平台、五个驱动电机、末端执行器、以及并联连接在机架与动平台之间的第一、第二、第三分支；所述第一、二、三分支中的导轨均固定于机架上，滑块与导轨通过移动副连接；

所述第一分支从机架到动平台顺序连接有导轨一、滑块一、四万向铰平行四边形机构；所述四万向铰平行四边形机构的T型件一固定连接在滑块一上，所述四万向铰平行四边形机构的T型杆二固定连接在动平台上；所述的四万向铰平行四边形机构可替换为四球铰平行四边形机构；

所述第二分支从机架到动平台顺序连接有导轨二、滑块二、长连杆三；所述长连杆三通过转动副七和转动副八与滑块二连接，动平台通过转动副九和转动副十与长连杆三连接；上述转动副七和转动副八垂直相交；上述转动副九和转动副十垂直相交；

所述第三分支从机架到动平台顺序连接有导轨三、滑块三、长连杆四；所述长连杆四通过转动副十一和转动副十二与滑块三连接，动平台通过转动副十三和转动副十四与长连杆四连接；上述转动副十一和转动副十二垂直相交；上述转动副十三和转动副十四垂直相交；

上述三个分支的导轨相互平行，末端执行器通过转动副十五与动平台连接；第一分支的滑块一上安装有一个电机，第一分支的移动副一是驱动副，第二分支的滑块二上安装有两个电机，第二分支的移动副二和转动副七是驱动副，第三分支的滑块三上安装有一个电机，第三分支的移动副三是驱动副。