CN101417377B - 焊接机器人二自由度手腕定心机构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种焊接机器人二自由度手腕定心机构，属于焊接机器人技术领域。本机构由角位台机构与杆机构组合而成，角位台可以绕其轴线做圆周运动，连杆机构也能实现摆杆的圆周运动。将这两个机构组合后，再调整好焊枪的位置，就能够实现在焊接过程中，手腕动作时，手腕焊枪部分的焊枪枪嘴使终指向一个定点。这样能够方便对焊接过程进行控制，高质量完成焊接。

Description

焊接机器人二自由度手腕定心机构

技术领域

本发明是一种焊接机器人二自由度手腕定心机构，属于焊接机器人技术领域。

背景技术

目前，现有的焊接机器人所用的腕部机构具有两个或三个自由度。这类焊接机器人用手腕端部夹持焊枪，如果只靠手腕部分运动，而其它部分不一起联动的话，基本上实现不了焊枪嘴指向空间一固定点运动的。所以，只有当手腕和其它的自由度一起联动时，焊枪枪嘴才能指向一点不动。而各个部件的联动，对于焊接机器人在焊接过程的控制来说，既不直观，也不方便。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有焊接机器人的上述缺陷，提供了一种新型的焊接机器人二自由度手腕定心机构。在焊接过程中，该机构使焊枪能够完成仰动和摆动，同时保证焊枪枪嘴在两个自由度方向移动时，处在一个固定点上，焊接操作比较简单。

本发明采用的技术方案如下：包括角位台、垫块、连接板、连杆机构机座和连杆机构。其中：角位台的滑动部分通过垫块与连接板固定连接，连杆机构机座与连接板的侧面固连，在连杆结构机座上设置有小齿轮，杆机构驱动电机与小齿轮同轴连接。所述的连杆机构包括长杆、短杆、V形杆、L形杆和摆杆，所述V形杆的拐点端铰接在连杆机构机座上，扇形齿轮与V形杆的拐点固定连接并与小齿轮啮合，V形杆的两端分别与L形杆的拐点和长杆的一端铰接，长杆的另一端与摆杆铰接，L形杆的短边端与短杆的一端铰接，短杆的另一端与连杆机构机座铰接，L形杆的长边端与摆杆铰接。在摆杆上设置有两个平行的导槽，安装有焊枪的焊枪卡具通过该导槽与摆杆相连。安装时，角位台旋转的轴线在焊枪摆动时所在平面上，并且指向焊枪枪嘴。

V形杆的拐点到腰边上的两个铰接点之间的距离相等。短杆上的两个铰接点之间的距离与V形杆腰边上的两个铰接点之间的距离相等；L形杆的短边上的两个铰接点之间的距离与连杆机构基座上的两个铰接点(即短杆和V形杆的拐点与连杆机构机座的铰接点)之间的距离相等。L形杆的长边端和长杆与摆杆的两个铰接点之间的距离，与V形杆的两个腰边上的两个铰接点之间的距离相等；长杆上的两个铰接点之间的距离与L形杆的长边上的两个铰接点之间的距离相等。

该连杆机构的实质是若干个平行四边形机构。其中，短杆、V形杆的一腰边、L形杆的短边、连杆机构基座两个铰链处构成一组平行四边形。V形杆拐角所对边、L形杆长边、长杆、摆杆上的两个铰链处的连线构成另一组平行四边形。焊枪所在直线、V形杆对称线、枪嘴与连杆机构基座一个铰链的连线、摆杆两铰链间的中点与V形杆拐角所对边中点的连线，这四条边组成了一个平行四边形。这个平行四边形使焊枪枪嘴实现固定定心的运动。角位台机构在安装时，使角位台旋转的轴线在焊枪摆动时所在平面上，并且指向焊枪枪嘴。这样角位台机构与杆机构组合成焊接机器人手腕时，在运动过程中就形成了摆动和仰动的两个自由度。

本发明的手腕机构结构简单，仅由一个角位台和一组连杆机构组合而成。其中连杆机构由五根杆组成，结构简单，轻巧。杆件组合后能够实现摆杆做圆周运动。当焊枪装卡其上，并调整好高度，让焊枪枪嘴指向摆杆所做圆周运动的圆心时，能够实现一个自由度的焊枪枪嘴的定心运动。而角位台机构是一种能够沿摆杆做圆周运动的机构，所以当角位台机构和连杆机构组合后，能够实现手腕的两个自由度运动，定义为仰动和摆动。在仰动和摆动的过程当中，能够保证了焊枪枪嘴的固定定心运动。

本发明采用连杆机构实现焊枪枪嘴的固定定心运动，与现有的技术相比，其优点是，结构简单，加工方便，姿态能力好。方便安装与拆卸，也可以作为单独的模块使用。

附图说明

图1：手腕斜视图a

图2：手腕斜视图b

图3：连杆机构斜视图

图4：角位台斜视图

图5：角位台剖视图

图6：V形杆主视图

图7：V形杆剖视图

图8：L形杆主视图

图9：L形杆剖视图

图10：连杆机构基座主视图

图11：铰链螺钉A视图

图12：铰链螺钉B视图

图13：连杆机构原理图

图14：手腕机构原理图

图中：1、角位台机构，2、角位台垫块，3、角位台连接板，4、角位台步进电机，5、连杆机构基座，6、杆机构驱动电机，7、小齿轮，8、扇形齿轮，9、长杆，10、V形杆，11、铰链螺钉A，12、铰链螺钉B，13、铰链螺母B，14、摆杆，15、焊枪，16、焊枪卡具，17、卡紧螺钉，18、卡具螺钉，19、卡具螺母，20、L形杆，21、短杆，22、螺钉，23、电机法兰，24、铰链螺母A，25、轴承A，26、轴承B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

本发明机构具有仰动和摆动两个自由度。摆动通过角位台实现，仰动通过连杆机构实现。

如图1、图2所示，角位台是一种能够实现圆弧运动的机构。它由步进电机驱动蜗杆，使与之啮合的蜗轮在其圆弧导轨上运动。此机构为焊接机器人手腕其中的一个自由度。其运动轨迹为一个已知半径的圆弧，如图4所示，其活动块可以绕着0轴转动。角位台的剖视图如图5所示。

角位台机构1通过角位台垫块2垫起一定高度后，用内六角螺钉固定在角位台连接板3上，如图1所示。加垫块2垫起是为了使角位台1在运动的过程中不会和角位台连接板3发生碰撞。连杆连接机构5的表面与连接板3的侧面通过内六角螺钉固定连接。杆机构驱动电机6与电机法兰23通过内六角螺钉固定在连杆机构基座5上。

如图1、图3所示，杆机构驱动电机6的电机轴安装有小齿轮7，与它啮合的扇形齿轮8通过螺钉22紧固在V形杆10的拐点处，V形杆10固定扇形齿轮8的一端通过铰链螺钉A11和螺母A24固定在连杆机构基座5上。如图3所示，为了减小摩擦，铰链螺钉A11上安装有轴承A25，轴承A25通过配合压入连杆机构基座5上。V形杆10的另外两端，分别通过铰链螺钉B12和铰链螺母B13与长杆9和L形杆20的拐角端连接，在螺母B13处有垫片。L形杆20短边端与短杆21通过铰链螺钉B12和铰链螺母B13连接。短杆21的另一端通过铰链螺钉A11和铰链螺母A24固定在连杆机构基座5上，并且安装轴承B25。L形杆20长边端和长杆9的一端分别通过铰链螺钉B12和铰链螺母B13与摆杆14的相连。

如图1所示，摆杆14上开有两道导槽，焊枪卡具16通过卡具螺钉A18和卡具螺母19安装在摆杆14上，并且可以通过导槽上下做手动可以做上、下短距离的高度调整，保证焊枪枪嘴指向摆杆做圆周运动的圆心处。焊枪15安装在焊枪卡具16上，并且可以通过卡紧螺钉17固定。

如图6～图8所示，V形杆两腰边的铰链孔距离相等，即a边与b边的长度相等。其拐角所对底边两个铰链孔距离c与摆杆上的两个铰链孔距离相等。短杆上的两个铰链孔距离与V形杆的腰边铰链孔距a相等。长杆上的两个铰链孔距与L形杆长边上的铰链孔距e相等，L形杆的短边铰链孔距d与连杆机构基座上的两个铰链也距离相等。

安装组合后的连杆机构在V杆受驱动时，摆杆做圆周运动。并且焊枪通过卡具安装在摆杆上面后，指向摆动圆弧的圆心，枪嘴做定心运动。角位台在与连杆机构配合安装时，角位台所做圆弧运动的圆心轴线应该与杆机构摆杆上所装卡的焊枪枪嘴相交。

连杆机构形成手腕机构的第二个自由度，它能使装卡的焊枪在调整合适焊枪装卡高度后，焊枪在摆动时，焊枪枪嘴的位置使终指向焊枪摆动的圆心位置。其原理图如图13所示，焊枪使终指向O′点。

其组合后原理图如图14所示，当角位台所绕轴线O位于焊枪摆动的圆平面O′上，并且圆心O′在轴线O上时，焊枪在调整合适高度，将焊枪枪嘴位于O′上，此时，手腕的两个自由度中，无论哪个自由度运动，焊枪枪嘴都指向O′点不动。两个自由度的实现，是分别通过步进电机来实现的。

Claims (1)

1.焊接机器人二自由度手腕定心机构，其特征在于：包括角位台(1)、垫块(2)、连接板(3)、连杆机构机座(5)和连杆机构；其中：角位台(1)的滑动部分通过垫块(2)与连接板(3)固定连接，连杆机构机座(5)与连接板(3)的侧面固连，在连杆结构机座(5)上设置有小齿轮(7)，杆机构驱动电机(6)与小齿轮(7)同轴连接；所述的连杆机构包括长杆(9)、短杆(21)、V形杆(10)、L形杆(20)和摆杆(14)，所述V形杆(10)的拐点端铰接在连杆机构机座(5)上，扇形齿轮(8)与V形杆(10)的拐点固定连接并与小齿轮(7)啮合，V形杆(10)的两端分别与L形杆(20)的拐点和长杆(9)的一端铰接，长杆(9)的另一端与摆杆(14)铰接，L形杆(20)的短边端与短杆(21)的一端铰接，短杆(21)的另一端与连杆机构机座(5)铰接，L形杆(20)的长边端与摆杆(14)铰接；在摆杆(14)上设置有两个平行的导槽，安装有焊枪(15)的焊枪卡具(16)通过该导槽与摆杆(14)相连；

V形杆(10)的拐点到腰边上的两个铰接点之间的距离相等；短杆(21)上的两个铰接点之间的距离与V形杆(10)腰边上的两个铰接点之间的距离相等；L形杆(20)的短边上的两个铰接点之间的距离与连杆机构基座(5)上的两个铰接点之间的距离相等；L形杆(20)的长边端和长杆(9)与摆杆(14)的两个铰接点之间的距离，与V形杆(10)的两个腰边上的两个铰接点之间的距离相等；长杆(9)上的两个铰接点之间的距离与L形杆(20)的长边上的两个铰接点之间的距离相等。

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