專利名稱：開放式現場型六自由度串并聯加工機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種加工機器人。
背景技術：
在機械制造領域，為保證機械零件的加工精度，加工機床通常需要較高的結構剛 度和傳動剛度，以抵御加工過程中由于切削力和工件重量而引起的變形，從而減小尺寸測 量誤差和提高加工精度。傳統上的加工機床普遍采用基于直角坐標系的串聯結構，具有工 作范圍大，靈活性好等特點，但為提高精度和剛性，不得不將床身、導軌等制造得寬大厚實， 由此導致了活動范圍和靈活性能的下降。因此，傳統的機械加工機床通常都具有比較笨重 的結構，以達到機床高剛度的要求，這種笨重的結構也導致了以下幾種局限性的存在加工 范圍和加工精度受限，機床價格昂貴，加工費用很高。近年來，并聯機床的出現部分地解決了機床結構笨重復雜、價格高等問題。并聯機 床是基于空間并聯機構Stewart平臺原理，在近年才出現的一種新概念機床，是并聯機器 人機構與機床結合的產物。它克服了傳統機床串聯機構刀具只能沿固定導軌進給、刀具作 業自由度偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，可實現多坐標聯動數控加工。1993年美國德州自動化與機器人研究院研制出可完成銑、磨、鉆、鏜、拋光和高能 束的多功能并聯加工機械手，它是現代并聯機床的雛形，它標志著機床的發展進入了一個 嶄新的階段。1994年美國芝加哥國際機床博覽會上，第一次展出了基于Stewart結構的 數控機床樣品，引起巨大轟動。此后，許多大學和企業加入到并聯機床的應用研究開發之 中，如美國Giddings & Lewis公司、Ingersold公司、Hexel公司，德國的Siemens公司、 Mikromant 公司等。1995年5月EM0米蘭展覽會上，意大利Comau公司、日本日立精機展出了基于 Stewart結構的并聯機器人。1996年SGI公司開發出UNIX平臺下Stewart機床設計造型三維CAD軟件包。同 年，日本本田工機公司在豐田技術展覽會上展出了 E1本第一臺Stewart機床，用于鑄鍛模 具的高速加工。1997年漢諾威國際機床展覽會上展出了 10余件Stewart機床樣品，并首次進行金 屬工件銑削，Stewart機床又向商品化邁進了一步。在此次展覽會上，在概念上將傳統機床 與新興的Stewart機床從結構上劃分為串聯機床與并聯機床，是人類對機床機構認識概念 上的突破，Stewart機床專用功能部件，如球鉸、虎克鉸、導軌、滾珠絲杠、控制器等的專業研 究開發生產迅速崛起。瑞典Noes Robotics公司由于采用了并聯加串聯的方案，從低層次應用做起，逐 步積累經驗和財力，向高層次應用發展，以及采用了三桿中央的中心管等措施，其并聯機床 產品早已進入實用，至今已創好幾百臺的銷售業績。該公司展出的Trie印t845加工中心， 其體積定位精度達到士 50 ym，重復定位精度達士 10 ym，這兩個指標距離傳統機床雖還 有較大的差距，但對并聯機床已屬重大的突破，具有實用價值。其進給速度已達90m/min，加速度已達2g，主軸功率為30 45Kw，20000 45000rpm，采用瑞士 IBAG公司電主軸、 Siemens840D數控系統和Heidenhain的測量系統。該加工中心采用模塊化結構。三桿結構 組件有0°、45°、90°三種布局可任選(即分別組成臥式、傾斜45°和立式加工中心)。德國Fraimhofer機床和成型技術研究所開發的KL型機床適于模具的高速加工， 其主要技術參數為工作臺630mmX630mm，X、Y、Z行程均為630mm，兩個轉動自由度范圍為30°，主軸 最高速度為3000rpm，功率為16Kw，腿的最大進給速度為30m/min，加速度為10m/s2。德國Index的美國分公司將并聯機床用于車床，生產出了 V100型三桿并聯機構的 “倒立車”(即主軸和工件在上作X、Y軸運動，而刀具在下不動，可回轉換刀，但不作任何直 線運動的立式車床，我國習稱為“倒立車”)。它具有如下優點①外形緊湊。車床不象加工 中心，工件相對刀具的移動范圍較小，克服了并聯機構空間有效利用率低的弱點。②車床一 般只需兩個自由度(X和Y軸)，現用三桿幾何機構，可以獲得X、Y、Z三個自由度，冗余的一 個自由度可用作自由上下料用。另外，為了增加剛度，Index采用兩根桿起一根桿作用的雙 桿機構，與我國天津第一機床總廠結構類似。V100安裝5英寸卡盤，其主要技術參數為電 主軸轉速為8000rpm，功率為26. 48Kw, X、Y、Z行程分別為450mm、150mm、175mm,可自動上下 料。美國Hexel公司將6桿并聯結構作成獨立部件應用于轉塔銑床。這可將低價的普 通銑床升級為5軸聯動銑床。其主要技術參數為工作臺直徑710mm，X、Y行程范圍為直徑 305mm的圓，Z軸178mm，A軸士25 y m，最大進給速度為5. lm/min，重91kg。瑞士技術院(ETH)、機床與制造技術院(IWF)和機器人院(IFR)也聯合研制出了名 為IWF的Hexaglide虛擬軸機床。國內燕山大學早在80年代初就開始對并聯機構進行系統地研究。到北京第5屆 中國國際機床展覽會時，俄羅斯Lapik公司展出了加工、測量兩用的TM-750型并聯機床，引 起了中國許多科研院所、大學以及工廠的極大興趣，使他們看到了并聯機床的應用前景，并 在隨后的一段時間里有力地促進了中國并聯機床的研究工作，取得了一系列標志性成果清華大學和天津大學合作于1998年研制成功我國的第一臺基于Stewart平臺機 構的大型鏜銑類虛擬軸機床原型樣機VAMT1Y，并在2001年的中國國際機床展覽會上推出 了與昆明機床股份有限公司合作開發的XNZ63數控鏜銑類虛擬軸機床和與江東機床有限 公司合作開發的XNZ2010數控龍門式虛擬軸機床，2002年的中國國際機床展覽會上又展示 了與大連機床集團合作研制的DCB510五軸聯動并聯機床。東北大學先進制造與自動化技術研究所自1996年開始在國家“863”項目、國家自 然科學基金、省科技攻關項目資助下開展并聯機床高新技術研究，建成我國首臺五軸聯動 三桿并聯機床DSX5-70。目前，在國家“211”和“985”學科建設項目資助下，和沈陽機床集 團合作進行新型基于三平移并聯機構的5軸聯動混聯加工中心機床開發。該機床可實現主 軸立、臥轉換和完全五面加工，帶靜力平衡和約束關節可控阻尼系統，約束鏈兼測量鏈實現 半閉環控制，可加工鑄鐵和鋼。天津大學與天津第一機床總廠合作，于1999年研制成功三坐標并聯機床 Linapod,是三條腿并聯機床。哈爾濱工業大學在2001年的中國國際機床展覽會上推出了與哈爾濱量具刃具廠合作開發的6-SPS并聯機床，在2002年的中國國際機床展覽會上二者聯合展出了 7自由度 并聯機床。由國防科技大學和香港科技大學聯合研制的銀河-2000虛擬軸機床是一種并聯 式六自由度機床，是由傳統并聯機床發展而來的，在保持原并聯機構的諸多優點如高剛度， 高精度和高的運動速度外，用變異機構擴大了機床的運動范圍。北京理工大學于2000年6月制成六自由度BKX-I型變軸數控機床樣機。西安交通大學和漢江機械廠于2002年聯合為浙江省金華市清華實業有限公司研 制八軸八聯動混聯式機床，用于加工大型高精度船用螺旋槳。以上介紹的比較成熟的國內外并聯機床產品中，基本都是基于六桿Stewart機 構，加工中的測量仍然是基于運動副測量方式，這種測量方式只能實現對工作裝置位置和 姿態的間接測量，難以提高測量精度。并聯機床最為關鍵而且難以制造的是上、下平臺上 “腿”的球面支承，形狀精度及公差要求非常高，它對平臺的定位、運動精度影響很大，而且 加工范圍小，沒有一種具有行走功能或便于攜帶、安裝、固定以適應現場環境，無法實現對 工作裝置的位置和姿態的直接測量，無法在大范圍內對大型零件進行精確而又方便的加 工。綜上所述，無論是傳統的大型機床還是較新的并聯機床，在大尺寸工件的高精度 數控加工方面依然沒有較好的解決方案，大型金屬切削加工機床仍然以傳統結構為主，只 能對大型結構件的主要尺寸進行加工，嚴重影響了大型結構件的加工范圍和加工精度。例 如，在大型鋼結構件生產中，由于工件尺寸較大(通常在幾米以上，甚至達到幾十米)，很難 找到合適的大型機床進行加工，而且定位和裝夾都很困難。即使有這種大型機床，也由于其 巨大的體積和昂貴的造價而限制了其應用推廣，導致加工成本高昂。而且在這種機床上只 能對主要尺寸進行加工，而對其他尺寸的加工則往往無能為力，只能采用手工劃線和手工 加工方式。這種加工方式不但精度低，而且勞動強度大，生產效率低下。由于工件尺寸大， 重量大，加工中定位和夾緊困難，而且在加工現場和安裝現場的定位夾緊條件不同，加上運 輸過程中產生變形，往往使結構件在現場的安裝尺寸有較大偏移，甚至需要在現場作較大 的修改，導致安裝質量下降和工期延誤。再例如，為保證加工精度，通常需要機床提供較高的結構剛度和傳動剛度。由于加 工刀具和測量元件之間有較長的傳動鏈，加工測量主要基于運動副測量。機床越大，測量精 度越難以保證，需要的機床剛度越高，其結構越笨重，成本越高。
發明內容為了克服已有的串并聯加工設備的結構復雜、尺寸大、成本高、加工測量精度較低 的不足，本實用新型提供一種結構緊湊、尺寸小、成本低、加工測量精度高的開放式現場型 六自由度串并聯加工機器人。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是—種開放式現場型六自由度串并聯加工機器人，包括平臺、支腿、加工主軸和加工 刀具，所述支腿有至少三個，所述支腿圍繞平臺的中心對稱安裝在平臺的角上，每個支腿均 由擺動關節、抬腿關節、屈伸關節、足部球關節和足部組成，所述加工主軸安裝在平臺中部， 所述加工刀具安裝在加工主軸上，所述加工機器人還包括視覺標桿、視覺攝像機、力傳感器和智能控制器，所述視覺標桿安裝在所述加工主軸上，所述視覺標桿位于所述視覺攝像機 的視覺范圍內，所述力傳感器有三個，加工主軸通過三個對稱布置的力傳感器與平臺連接， 所述視覺攝像機和力傳感器均與智能控制器連接，所述智能控制器包括用以根據攝像機 采集的視覺標桿圖像計算主軸和刀具的空間位置和姿態的行程控制模塊，以及用以根據力 傳感器的信號測量空間X、Y、Z軸三個方向的加工力的加工力控制模塊。進一步，所述擺動關節的轉動軸線與平臺的上下平面垂直，而抬腿關節的轉動軸 線與擺動關節的轉動軸線垂直，擺動關節和抬腿關節之間通過連接塊實現連接；抬腿關節 與屈伸關節通過第一關節連桿連接并使得兩個關節的轉動軸線互相平行；屈伸關節還通過 第二關節連桿與足部球關節相連；第二關節連桿與足部球關節通過兩個軸承相連；足部球 關節安裝在足部上。更進一步，所述視覺標桿帶有三個以上點光源，視覺標桿與加工主軸固接在一起， 視覺攝像機安裝在機器人旁邊，鏡頭對準視覺標桿，使視覺標桿上的點光源全部位于攝像 機的視場內。再進一步，所述視覺攝像機通過支撐桿固定在加工主軸上，而視覺標桿則固定在 視覺標桿底座上，并放置在機器人旁邊，視覺標桿上的點光源全部位于視覺攝像機的視場 內。所述屈伸關節的軸線與關節連桿的軸線之間有偏移距離，關節連桿和關節連桿軸 線相互平行。所述擺動關節軸線垂直于機器人平臺，抬腿關節的軸線垂直于擺動關節的軸線、 屈伸關節的軸線則平行于抬腿關節)的軸線。本實用新型的技術構思為帶視覺測量功能的并聯加工機器人，與現有的并聯機 床有著很大的差異，主要表現為第一，能夠很容易地在加工現場實現大范圍內移動和固 定，甚至能自動行走；第二，在全部的大加工范圍內采用機器視覺來實現加工刀具的全局定 位控制。這兩個特點，使得本方案中的加工機器人既能在大范圍(最大可達到幾十米)內 對工件進行加工，而且加工測量也不再采用基于運動副測量原理，而是直接在整個加工范 圍內直接對刀具的位置和姿態進行測量和控制，極大地提高了加工中的測量精度，可以實 現大范圍內的高精度、多軸聯動的數控加工。不但能實現大范圍內高精度數控切削加工，而且能在大范圍內實現諸如高精度焊 接、火焰切割、測量、裝配等功能，能極大地提高工作效率、節省人力資源。本實用新型中的加工機器人由平臺、支腿、主軸、刀具、力傳感器、視覺標桿、攝像 機等所組成。其中，支腿至少有三條(也可以是四條或更多條)，圍繞平臺中心對稱地安裝 在平臺上；機器人的每一條支腿由擺動關節、抬腿關節、屈伸關節、關節連桿、足部球關節和 足部等組成；力傳感器有三個，也安裝在平臺上；主軸則由三個力傳感器支撐，刀具安裝在 主軸上；當視覺標桿安裝在主軸上時，則攝像機不安裝在機器人上，而是安裝在機器人周圍 的某一固定位置，并使視覺標桿位于其視場內；當攝像機安裝在主軸上時，則視覺標桿不安 裝在機器人上，而是安裝在機器人周圍某一固定位置，并使視覺標桿位于攝像機視場內。在 安裝主軸的位置上，也可以安裝其他工具如焊槍、火焰切割器、測量頭等，以使機器人具有 更多的功能。為使機器人具有六自由度工作能力，其腿部的擺動關節、抬腿關節和屈伸關節都具有驅動能力，而足部球關節則沒有驅動能力，但具有三個互相正交的轉動自由度；為使機 器人具有視覺定位能力，視覺標桿上布置有三個以上的點光源，作為視覺攝像機的視覺標 記，從而可以計算出主軸和刀具在空間的位置和姿態；為測量和控制加工刀具的加工力，主 軸和平臺之間通過三個圍繞主軸軸線對稱布置的力傳感器進行連接，可以實現空間X、Y、Z 三個方向上的加工力的測量和控制。本實用新型的有益效果主要表現在1，采用視覺測量系統，能夠在大范圍內以很 高的精度直接控制工具的位置和姿態；2，采用串并聯機器人結構，既保持了并聯機器人結 構簡單、剛度高、輕便的特點，又使機器人具有便于移動或自行走的功能，極大地擴展了機 器人的加工范圍，從而克服了現有的并聯機器人或并聯機床加工范圍小的缺點。這兩方面 配合的結果，就能使機器人在大范圍內實現高精度多軸聯動數控加工。
圖1為三支腿并聯加工機器人俯視圖結構示意圖.圖2為圖1的E-E方向視圖。圖3為另一種四支腿結構的加工機器人俯視結構示意圖。圖4為圖2的A向視圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。實施例1參照圖1和圖2，一種開放式現場型六自由度串并聯加工機器人，包括平臺(10)、 支腿、加工主軸(70)和加工刀具(80)，所述支腿有至少三個，所述支腿圍繞平臺(10)的 中心對稱安裝在平臺(10)的角上，每個支腿均由擺動關節(20)、抬腿關節(30)、屈伸關節 (40)、足部球關節(60)和足部(11)組成，所述加工主軸(70)安裝在平臺(10)中部，所述 加工刀具(80)安裝在加工主軸(70)上，所述加工機器人還包括視覺標桿(100)、視覺攝像 機(120)、力傳感器(90)和智能控制器，所述視覺標桿(100)安裝在所述加工主軸(70)上， 所述視覺標桿(100)位于所述視覺攝像機(120)的視覺范圍內，所述力傳感器(90)有三 個，加工主軸(70)通過三個對稱布置的力傳感器(90)與平臺(10)連接，所述視覺攝像機 (120)和力傳感器(90)均與智能控制器連接，所述智能控制器包括用以根據攝像機采集 的視覺標桿圖像計算主軸和刀具的空間位置和姿態的行程控制模塊，以及用以根據力傳感 器的信號測量空間X、Y、Z軸三個方向的加工力的加工力控制模塊。所述擺動關節(20)的轉動軸線與平臺(10)的上下平面垂直，而抬腿關節(30)的 轉動軸線與擺動關節(20)的轉動軸線垂直，擺動關節(20)和抬腿關節(30)之間通過連接 塊實現連接；抬腿關節(30)與屈伸關節(40)通過第一關節連桿(51)連接并使得兩個關節 的轉動軸線互相平行；屈伸關節(40)還通過第二關節連桿(50)與足部球關節(60)相連； 第二關節連桿(50)與足部球關節(60)通過兩個軸承(17)、(18)相連；足部球關節(60)安 裝在足部(11)上。所述視覺標桿(100)帶有三個以上點光源(110)，視覺標桿(100)與加工主軸 (70)固接在一起，視覺攝像機(120)安裝在機器人旁邊，鏡頭對準視覺標桿(100)，使視覺
7標桿(100)上的點光源(110)全部位于攝像機(120)的視場內。所述視覺攝像機(120)通過支撐桿(121)固定在加工主軸(70)上，而視覺標桿 (100)則固定在視覺標桿底座(162)上，并放置在機器人旁邊，視覺標桿(100)上的點光源 (110)全部位于視覺攝像機(120)的視場內。所述屈伸關節(40)的軸線與關節連桿(50)的軸線之間有偏移距離，關節連桿 (51)和關節連桿(50)軸線相互平行。所述擺動關節(20)軸線垂直于機器人平臺(10)，抬腿關節(30)的軸線垂直于擺 動關節(20)的軸線、屈伸關節(40)的軸線則平行于抬腿關節(30)的軸線。圖1和圖2為本實用新型的實施例1。本例的實施方案如下機器人具有三條支腿，圍繞三角形平臺(10)的中心對稱安裝在平臺(10)的三個 角上。機器人支腿由擺動關節(20)、抬腿關節(30)、屈伸關節(40)、足部球關節(60)、足部 (11)、關節連桿(50)、關節連桿(51)等組成。其中，擺動關節(20)的轉動軸線與平臺(10) 的上下平面垂直，而抬腿關節(30)的轉動軸線與擺動關節(20)的轉動軸線垂直，兩者之間 通過連接塊實現連接；抬腿關節(30)與屈伸關節(40)通過關節連桿(50)連接，并使得兩 個關節的轉動軸線互相平行；屈伸關節(40)還通過關節連桿(50)與足部球關節(60)相 連；關節連桿(50)與足部球關節(60)通過軸承(17)、(18)相連，使關節連桿(50)能夠圍 繞足部球關節(60)的安裝柄轉動；足部球關節(60)則安裝在足部(11)上，足部(11)在工 作中起到固定作用。在加工機器人平臺(10)上，加工主軸(70)的軸線垂直于平臺(10)的 平面，并且加工主軸(70)通過三個對稱布置的力傳感器(90)與平臺(10)連接在一起，可 以實現X、Y、Z三個方向上的加工力的測量和控制；在加工主軸(70)下面安裝有加工刀具 (80)，而加工主軸(70)的上部則安裝有視覺標桿(100)，視覺標桿(100)上布置有三個以上 的點光源(110)，作為視覺攝像機(120)的視覺標記，從而可以計算出視覺標桿(100)的空 間位置和姿態，進一步可以計算出加工刀具(80)的空間位置和姿態；視覺攝像機(120)安 裝在支撐桿(161)上，支撐桿(160)則固定在機器人旁邊的加工現場場地的支撐座(152) 上。這樣，視覺攝像機(120)的視覺坐標系就能作為機器人的現場加工坐標系。本實施例的工作原理為視覺攝像機(120)將鏡頭對準視覺標桿(100)，通過測 量視覺標桿(100)上設置的點光源(110)在視場中的位置，通過三點透視原理(用于單目 視覺測量)或三角測量原理(雙目視覺測量)，能精確地計算出視覺標桿(100)在視覺坐 標系中的精確位置和姿態。因為視覺坐標系在加工過程中也充當全局加工坐標系，而視覺 標桿(100)又被固定在加工主軸(70)上，加工刀具(80)也固定在加工主軸(70)上，使得 視覺標桿(100)、加工主軸(70)和加工刀具(80)三者形成一個剛體結構，因此在視覺標桿 (100)的位置和姿態能夠精確測量和計算出來的前提下，加工刀具(80)的位置和姿態也能 精確地測量和計算出來。加工刀具(80)和加工主軸(70)由于通過力傳感器(90)固定在 平臺(10)上，因此平臺(10)的位置和姿態也能夠計算出來，進一步通過并聯機器人的逆運 動學分析，可以計算得出各支腿上的驅動關節如擺動關節(20)、抬腿關節(30)、屈伸關節 (40)應該具有的位置角度，然后通過數控系統和關節伺服驅動板對各關節進行驅動以達到 這些位置，從而實現六自由度數控加工。為實現機器人六自由度的運動，支腿上的足部球關 節(60)由具有三個互相垂直的轉動自由度的虎克鉸實現，其中繞關節連桿(50)軸線轉動 的自由度是通過安裝在關節連桿(50)中的軸承(17)和軸承(18)實現的。如果僅僅需要
8實現六自由度的加工，則抬腿關節(30)沒有必要有驅動能力，而如果還需要機器人具有行 走功能，則抬腿關節(30)的驅動能力是不可缺少的。為保護加工刀具(80)和提高加工精 度，由三個力傳感器(90)對加工刀具(80)加工力進行測量，通過控制各驅動關節的驅動力 矩來控制加工力，實現高精度加工。實施例2參照圖3和圖4，本實施例的機器人具有四條支腿，圍繞四角形平臺(12)的中心對 稱安裝在平臺(12)的四個角上。其腿部結構和安裝方式與圖1實施例完全一致，其加工主 軸(70)、加工刀具(80)、力傳感器(90)與四角形平臺(12)的安裝方式也完全一樣。此實 施例中，機器人有四條腿，具備行走功能，因此其腿部的抬腿關節(30)具有驅動能力。此實 施例中，視覺攝像機(120)通過視覺攝像機支撐桿(121)固定在加工主軸(70)上，而視覺 標桿(100)則安裝固定在機器人旁邊(即加工現場的場地上)的視覺標桿支座(162)上。本實施例的工作原理為安裝在加工主軸(70)上的視覺攝像機(120)將鏡頭對準 固定在加工現場的視覺標桿(100)，視覺攝像機(100)與加工主軸(70)、加工刀具(80)之 間的位置關系都經過了精確的標定，通過測量視覺標桿(100)上設置的點光源(110)在視 場中的位置，通過三點透視原理(用于單目視覺測量)或三角測量原理(雙目視覺測量)， 能精確地計算出視覺標桿(100)在視覺坐標系中的精確位置和姿態。由于視覺標桿(100) 是位于固定的加工坐標系中，而視覺攝像機(120)的視覺坐標系則位于移動的機器人加工 主軸(70)上，因此經過坐標轉換可以將視覺坐標系轉換到固定的加工坐標系中，從而也就 將位于視覺坐標系中的加工主軸(70)和加工刀具(80)的位置和姿態坐標也轉換到固定的 加工坐標系中，再進一步通過并聯機器人的逆運動學分析，對機器人各支腿上的驅動關節 進行控制，就能與實施例1 一樣實現六自由度數控加工。與實施例1 一樣，本實施例也是通 過力傳感器(90)實現對加工刀具(80)加工力的控制。本實施例的其他結構均與實施例相同。
權利要求一種開放式現場型六自由度串并聯加工機器人，包括平臺(10)、支腿、加工主軸(70)和加工刀具(80)，所述支腿有至少三個，所述支腿圍繞平臺(10)的中心對稱安裝在平臺(10)的角上，每個支腿均由擺動關節(20)、抬腿關節(30)、屈伸關節(40)、足部球關節(60)和足部(11)組成，所述加工主軸(70)安裝在平臺(10)中部，所述加工刀具(80)安裝在加工主軸(70)上，其特征在于所述加工機器人還包括視覺標桿(100)、視覺攝像機(120)、力傳感器(90)和智能控制器，所述視覺標桿(100)安裝在所述加工主軸(70)上，所述視覺標桿(100)位于所述視覺攝像機(120)的視覺范圍內，所述力傳感器(90)有三個，加工主軸(70)通過三個對稱布置的力傳感器(90)與平臺(10)連接，所述視覺攝像機(120)和力傳感器(90)均與智能控制器連接，所述智能控制器包括用以根據攝像機采集的視覺標桿圖像計算主軸和刀具的空間位置和姿態的行程控制模塊，以及用以根據力傳感器的信號測量空間X、Y、Z軸三個方向的加工力的加工力控制模塊。
2.如權利要求1所述的開放式現場型六自由度串并聯加工機器人，其特征在于所述 擺動關節(20)的轉動軸線與平臺(10)的上下平面垂直，而抬腿關節(30)的轉動軸線與擺 動關節(20)的轉動軸線垂直，擺動關節(20)和抬腿關節(30)之間通過連接塊實現連接； 抬腿關節(30)與屈伸關節(40)通過第一關節連桿(51)連接并使得兩個關節的轉動軸線 互相平行；屈伸關節(40)還通過第二關節連桿(50)與足部球關節(60)相連；第二關節連 桿(50)與足部球關節(60)通過兩個軸承(17)、(18)相連；足部球關節(60)安裝在足部 (11)上。
3.如權利要求1或2所述的開放式現場型六自由度串并聯加工機器人，其特征在于 所述視覺標桿(100)帶有三個以上點光源(110)，視覺標桿(100)與加工主軸(70)固接在 一起，視覺攝像機(120)安裝在機器人旁邊，鏡頭對準視覺標桿(100)，使視覺標桿(100)上 的點光源(110)全部位于攝像機(120)的視場內。
4.如權利要求1或2所述的開放式現場型六自由度串并聯加工機器人，其特征在于 所述視覺攝像機(120)通過支撐桿(121)固定在加工主軸(70)上，而視覺標桿(100)則固 定在視覺標桿底座(162)上，并放置在機器人旁邊，視覺標桿(100)上的點光源(110)全部 位于視覺攝像機(120)的視場內。
5.如權利要求3所述的開放式現場型六自由度串并聯加工機器人，其特征在于所述 屈伸關節(40)的軸線與關節連桿(50)的軸線之間有偏移距離，關節連桿(51)和關節連桿 (50)軸線相互平行。
6.如權利要求3所述的開放式現場型六自由度串并聯加工機器人，其特征在于所述 擺動關節(20)軸線垂直于機器人平臺(10)，抬腿關節(30)的軸線垂直于擺動關節(20)的 軸線、屈伸關節(40)的軸線則平行于抬腿關節(30)的軸線。
專利摘要一種開放式現場型六自由度串并聯加工機器人，包括平臺、支腿、加工主軸和加工刀具，支腿有至少三個，支腿圍繞平臺的中心對稱安裝在平臺的角上，每個支腿均由擺動關節、抬腿關節、屈伸關節、足部球關節和足部組成，加工主軸安裝在平臺中部，加工刀具安裝在加工主軸上，還包括視覺標桿、視覺攝像機、力傳感器和智能控制器，視覺標桿安裝在加工主軸上，視覺標桿位于視覺攝像機的視覺范圍內，力傳感器有三個，加工主軸通過三個對稱布置的力傳感器與平臺連接，視覺攝像機和力傳感器均與智能控制器連接。本實用新型結構緊湊、尺寸小、成本低、加工測量精度高。
文檔編號B23P23/00GK201579788SQ20092019567
公開日2010年9月15日 申請日期2009年9月4日 優先權日2009年9月4日
發明者高峰 申請人:浙江工業大學