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一种搅拌摩擦增材刚柔耦合冗余驱动并联机器人制造技术

技术编号:39657628 阅读:45 留言:0更新日期:2023-12-09 11:26
一种搅拌摩擦增材刚柔耦合冗余驱动并联机器人,两条

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦增材刚柔耦合冗余驱动并联机器人


[0001]本专利技术涉及并联机器人
,具体为一种搅拌摩擦增材刚柔耦合冗余驱动并联机器人


技术介绍

[0002]目前,常用的搅拌摩擦增材装备一般由传统机床改进和搅拌摩擦焊机结合开发而来,此类基于大型机床的搅拌摩擦增材装备具有负载大

刚度高的特点,但在实际应用时,存在着设备费用昂贵,灵活性和制造柔性不高的缺点

为提高装备的柔性,也有学者采用六自由度串联机器人进行搅拌摩擦增材制造的研究,但因为搅拌摩擦过程中需要非常大的轴向接触力,串联型工业机器人本身刚度较低,机构累积误差大,应用效果并不理想

冗余驱动并联机器人因其具有高刚度,运动精度高,承担载荷能力强,良好动态响应性能等特点,但由于多驱动支链的原因存在机构内力大的缺点,本专利技术提供一种刚柔耦合冗余驱动并联机器人机构,将冗余驱动和绳驱动相结合,柔性的绳驱动支链可以有效缓解冗余驱动并联机构内力干涉问题,同时保有冗余驱动并联机构自身的优势,提升了机构性能

[0003]现有技术如下:与专利
CN112621723A
ꢀ“
一种
5UPS

2RP(U)
冗余驱动并联机器人”的技术对比
1、
专利
CN112621723A
中针对的是对传统并联机构进行性能的提升,采用增加两条约束支链获得冗余驱动,以提升整体刚度为主要目标

本专利针对的是搅拌摩擦增材制造的特定领域,该场景需要很大的轴向接触力,搅拌摩擦过程中动态载荷复杂,针对此问题,本专利采用一种刚柔耦合驱动的方式,柔性的绳驱动支链可以有效缓解冗余驱动并联机构内力干涉问题,并有效缓解轴向大载荷接触力对机构的影响,与专利
CN112621723A
的应用目的不同

[0004]2、
专利
CN112621723A
含有两条约束支链(
RP

U
)被动约束支链)和五条驱动支链(
UPS
主动驱动支链)组合的方式获得冗余驱动并联机构;而本专利提出采用四条刚性驱动支链(两条
UPR
驱动支链,一条
UPU
驱动支链,一条
UPS
驱动支链)及一条柔性驱动支链(
CDUPR
双向绳驱动柔性支链)共同驱动的方式,所有的支链都是主动驱动支链,没有被动支链,与专利
CN112621723A
的驱动方式不同,专利
CN112621723A
为纯刚性并联机器人,本专利为刚柔耦合型并联机器人,存在本质区别

[0005]3、
专利
CN112621723A
的四个自由度是两个平移和两个转动,本专利实现的四个自由度是三个平移和一个转动,驱动支链的组合方式不同,两者实现的末端执行器运动和可达工作空间也就完全不同

[0006]与专利
CN112123323A“一种
4UPU

UP
冗余驱动并联机器人”的技术对比
1、
专利
CN112123323A
目的在于改善现有并联机床用的并联机构的不足,提供一种具有三自由度的冗余并联机器人机构,对机构的刚度和加工精度要求较高;本专利针对的是搅拌摩擦增材制造,搅拌摩擦过程中动态载荷复杂,对机构的抗振性能提出更高的要求,针对此问题,本专利采用一种刚柔耦合驱动的方式,柔性的绳驱动支链可以有效缓解冗余
驱动并联机构内力干涉问题,并有效缓解轴向大载荷接触力对机构的影响,与专利
CN112123323A
的应用目的不同

[0007]2、
专利
CN112123323A
含有四条
UPU
主动驱动支链和一条
UP
被动约束链,四条
UPU
支链均匀分布在所述被动约束链周围;而本专利提出采用四条刚性驱动支链(两条
UPR
驱动支链,一条
UPU
驱动支链,一条
UPS
驱动支链)及一条柔性驱动支链(
CDUPR
双向绳驱动柔性支链)的驱动的方式,所有的支链都是主动驱动支链,没有被动支链,与专利
CN112123323A
的驱动方式不同,专利
CN112123323A
为纯刚性并联机器人,本专利为刚柔耦合型并联机器人,存在本质区别

[0008]3、
专利
CN112123323A
的周围四条支链是完全一样的,成轴对称布局方式,而本专利周围四条支链是不同的,每条支链约束的自由度不相同,型综合更加复杂

专利
CN112123323A
的自由度是3个,分别是绕所述虎克铰三的两个转动自由度,和沿中心轴平动的一个平动自由度

而本专利的自由度是4个,分别是沿
X

Y

Z
轴三个方向的三个平动自由度,以及绕动平台
14
中心处的转动副三
13
做转动

驱动支链的组合方式也各不相同,两者实现的末端执行器运动和可达工作空间也就完全不同


技术实现思路

[0009]针对现有摩擦增材机床存在的灵活性不高

串联机器人刚度不足的问题,本专利技术提出了一种搅拌摩擦增材刚柔耦合冗余驱动并联机器人,实现一个转动三个平动的运动自由度,提高机构的刚度和承载力

[0010]为实现上述目的,本专利技术采取的技术方案是:一种搅拌摩擦增材刚柔耦合冗余驱动并联机器人,包括静平台和动平台,还包括连接静平台和动平台的两条
UPR
驱动支链,一条
UPU
驱动支链,一条
UPS
驱动支链和一条
CDUPR
双向绳驱动柔性支链;两条所述
UPR
驱动支链的结构相同,均包括移动副一,所述移动副一为驱动关节,所述移动副一包括固定端

沿所述固定端相对移动的伸缩端,所述移动副一的固定端通过虎克铰一与所述静平台连接,所述移动副一的伸缩端通过转动副一与所述动平台连接;所述
UPU
驱动支链的结构包括移动副二,所述移动副二为驱动关节,所述移动副二包括固定端

沿所述固定端相对移动的伸缩端,所述移动副二的固定端通过虎克铰三与所述静平台连接,所述移动副二的伸缩端与动平台通过虎克铰四连接;所述
UPS
驱动支链的结构包括移动副三,所述移动副三作为驱动关节,所述移动副三包括固定端

沿所述固定端相对移动的伸缩端,所述移动副三的固定端本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种搅拌摩擦增材刚柔耦合冗余驱动并联机器人,包括静平台(
11
)和动平台(
14
),其特征在于,还包括连接静平台(
11
)和动平台(
14
)的两条
UPR
驱动支链(
S1
),一条
UPU
驱动支链(
S2
),一条
UPS
驱动支链(
S3
)和一条
CDUPR
双向绳驱动柔性支链(
S4
);两条所述
UPR
驱动支链(
S1
)的结构相同,均包括移动副一(2),所述移动副一(2)为驱动关节,所述移动副一(2)包括固定端

沿所述固定端相对移动的伸缩端,所述移动副一(2)的固定端通过虎克铰一(1)与所述静平台(
11
)连接,所述移动副一(2)的伸缩端通过转动副一(3)与所述动平台(
14
)连接;所述
UPU
驱动支链(
S2
)的结构包括移动副二(5),所述移动副二(5)为驱动关节,所述移动副二(5)包括固定端

沿所述固定端相对移动的伸缩端,所述移动副二(5)的固定端通过虎克铰三(4)与所述静平台(
11
)连接,所述移动副二(5)的伸缩端与动平台(
14
)通过虎克铰四(6)连接;所述
UPS
驱动支链(
S3
)的结构包括移动副三(8),所述移动副三(8)作为驱动关节,所述移动副三(8)包括固定端

沿所述固定端相对移动的伸缩端,所述移动副三(8)的固定端通过虎克铰五(7)与所述静平台(
11
)连接,虎克铰五(7)的两个转轴分别为铰接轴一(
51
)和铰接轴二(
52
),铰接轴一(
51
)和铰接轴二(
52
)的轴线相交于一点,所述移动副三(8)的伸缩端与动平台(
14
)通过球副(9)连接;所述两条
UPR
驱动支链(
S1
),一条
UPU
驱动支链(
S2
),一条
UPS
驱动支链(
S3
)均匀分布在所述
CDUPR
双向驱动柔性支链(
S4
)周围;所述
CDUPR
双向绳驱动柔性支链(
S4
)包括移动副四(
12
),所述移动副四(
12
)作为驱动关节,通过绳索和滑轮组驱动,所述移动副四(
12

【专利技术属性】
技术研发人员:温海营施政添郭一杰刘小超张志胜夏志杰
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:

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