[发明专利]一种三分支五自由度超大工作空间激光加工机器人

说明书

本发明涉及一种三分支五自由度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、连杆一；所述第二分支结构与第一分支相同；所述第三分支从机架到动平台顺序连接有导轨三、滑块三、电机安装座、连杆三；本发明采用三分支并联机构实现五自由度运动，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，尤其涉及一种三分支五自由度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：一种三分支五自由度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；其中第一分支与第二分支的结构完全相同且对称分布；所述第一分支从机架到动平台顺序连接有导轨一、滑块一、连杆一；上述滑块一与导轨一通过移动副一连接，连杆一通过转动副一和转动副二与滑块一连接；连杆一通过转动副三和转动副四与动平台连接；上述转动副一轴线和转动副二轴线垂直相交；上述转动副三轴线和转动副四轴线垂直相交；上述转动副一轴线和转动副四轴线相互平行；上述转动副二轴线和转动副三轴线相互平行；

上述第三分支从机架到动平台顺序连接有导轨三、滑块三、电机安装座、连杆三；上述滑块三与导轨三通过移动副三连接，连杆三通过转动副五和转动副六与电机安装座连接；连杆三通过转动副七和转动副八与动平台连接；上述电机安装座与滑块三固连；上述转动副五轴线和转动副六轴线垂直相交；上述转动副七轴线和转动副八轴线垂直相交；上述转动副五轴线和转动副八轴线相互平行；上述转动副六轴线和转动副七轴线相互平行；

上述动平台与第一分支连接的转动副四轴线、与第二分支连接的转动副四轴线、与第三分支连接的转动副八轴线相互平行；上述三个分支的导轨相互平行，末端执行器通过转动副九与动平台连接；上述转动副九轴线垂直于动平台平面；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；第二分支与第一分支有相同的驱动；第三分支的滑块三上安装有两个电机，第三分支的移动副三和转动副九是驱动副；动平台上安装有一个电机，驱动末端执行器转动。