CN102189459B - 大型结构件焊缝自主磨抛机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型结构件焊缝自主磨抛机器人，属于机械制造领域。行走模块和磨抛执行模块与机架连接，主动轴和从动轴固定在机架上，驱动轮和导向轮分别与主动轴和从动轴连接，履带结构通过履带附板与吸盘吸附机构连接，转向装置由固定在机架上的直线电机和从动轴构成，磨抛执行模块由两自由度线性模组构成的磨抛进给机构固定在机架上，磨抛机构与垂直进给模组通过丝杠螺母和滑块连接。本机器人可实现对大型结构件焊缝进行自主磨抛加工，大大降低人工处理的人力成本和工人的劳动强度，提高加工柔性。
Description
技术领域
本发明属于机械制造领域，尤其是指用于大型结构件焊缝磨抛处理的自主作业机器人。
背景技术
焊接成形可适应性强，连接强度高，连接密闭性好，在大型结构件成形中广泛应用。目前，火车、轮船和飞机等大型平面和曲面的成形大都是由分块构件通过拼接后焊接而成。近20年来，焊接技术发展速度可以说比任何时期都快，焊接机械化、自动化程度不断提高，但是大型结构件焊缝的磨抛处理采用数控磨抛机床和关节型磨抛机器人很难实现，只能通过工人手工操作完成。手工磨抛不仅费时、费力、效率低下，且难以保证形状精度，加工质量不稳定。
发明内容
本发明提供一种大型结构件焊缝自主磨抛机器人，以解决手工磨抛存在的费时、费力、效率低下，且难以保证形状精度，加工质量不稳定的问题。
本发明采用的技术方案是：行走模块和磨抛执行模块分别与机架连接。
本发明中，行走模块的结构是：主动轴和从动轴固定在机架上，直流步进减速电机固定在机架上，通过齿轮副与主动轴连接，驱动轮与导向轮分别与主动轴和从动轴连接，履带结构由缠绕在驱动轮和导向轮上的带附板侧弯链构成，真空吸盘吸附机构通过附板与链条连接，转向机构固定在机架上，并分别与从动轴和导向轮连接。
本发明中，真空吸盘吸附机构的结构是：吸盘提升挡块和机械阀开关导轨固定在机架上，吸盘、机械阀和轨迹滚轮通过连接块相互连接，吸附机构通过转接附板与链条连接。
本发明中，转向机构的结构是：直线电机通过电机法兰固定在机架上，直线电机伸出轴通过连接叉杆与L型转接轴连接，L型转接轴分别与从动轴和导向轮连接。
本发明中，机架是构成机器人的基本结构，它为行走模块、磨抛执行模块提供基体。由于链条和吸盘均为非刚性件，在机架上安装了四个万向轮作为机器人本体支承。
本发明中，磨抛执行模块的结构是：由两自由度线性模组构成进给机构，水平进给线性模组固定在机架上，垂直进给线性模组通过滑块与水平进给线性模组连接，磨抛机构通过滑块与垂直进给模组连接。
本发明中，磨抛机构的结构是：磨抛工具安装在夹持块上，夹持块通过销轴与夹持框架连接，直线电机安装在电机法兰上，电机法兰通过销轴与夹持框架连接，直线电机伸出轴通过杆端轴承与夹持块连接。
本发明优点是：结构新颖，为大型结构件磨抛加工设备开发提供了新的技术思路，利用移动机器人技术，充分发挥可移动式机器人结构紧凑、活动空间限制少和操纵灵活的特点，克服了固定式磨抛装备加工范围局限、缺乏柔性和成本高的缺点。本发明研制大型结构件焊缝自主磨抛机器人，实现对大型结构件，如轨道客车车体，焊缝进行自主磨抛加工，大大降低手工磨抛的劳动强度，提高加工柔性和效率。
附图说明：
图1是本发明结构示意图；
图2是图1 的前视图；
图3是图1 的后视图；
图4是本发明行走模块结构示意图；
图5是本发明转向机构示意图；
图6 是本发明真空吸盘吸附机构示意图；
图7是本发明磨抛执行模块结构示意图；
图8是本发明磨抛机构结构示意图。
具体实施方式
行走模块1、磨抛执行模块2分别和机架3连接。
其中，行走模块1的结构是：主动轴102和从动轴104固定在机架3上，直流步进减速电机101固定在机架上，通过齿轮副103与主动轴102连接，驱动轮109与导向轮106分别与主动轴102和从动轴104连接，履带结构由缠绕在驱动轮109和导向轮106上的带附板侧弯链108构成，真空吸盘吸附机构5通过附板与链条108连接，转向机构4固定在机架3上，并分别与从动轴104和导向轮106连接。
其中，转向机构4的结构是：直线电机404通过电机法兰403固定在机架3上，直线电机404伸出轴通过连接叉杆402与L型转接轴401连接，L型转接轴401分别与从动轴104和导向轮106连接。
其中，真空吸盘吸附机构5的结构是：吸盘提升挡块105和机械阀开关导轨107固定在机架3上，吸盘501、机械阀502和轨迹滚轮503通过连接块505相互连接，吸附机构通过转接附板504与链条108连接。
其中，磨抛执行模块2的结构是：由两自由度线性模组构成进给机构，水平进给线性模组202固定在机架3上，垂直进给线性模组201通过滑块与水平进给线性模组202连接，磨抛机构6通过滑块与垂直进给模组201连接。
其中，磨抛机构6的结构是：磨抛工具605安装在夹持块606上，夹持块606通过销轴与夹持框架604连接，直线电机603安装在电机法兰602上，电机法兰602通过销轴与夹持框架604连接，直线电机603伸出轴通过杆端轴承601与夹持块606连接。
机架3是构成机器人的基本结构。它为行走模块、磨抛执行模块提供基体。由于链条和吸盘均为非刚性件，在机架上安装了四个万向轮作为机器人本体支承。
行走模块是机器人移动的执行者，磨抛执行模块是磨抛加工的执行者。行走模块和磨抛执行模块安装在机架上。行走模块通过视觉检测系统对焊缝的定位和跟踪，实现机器人沿焊缝轨迹移动。磨抛执行模块实现磨抛工具的进给运动和对工作表面焊缝的磨抛。行走模块和磨抛执行模块协同作用，实现对大型结构件焊缝的磨抛处理。
该行走模块的工作原理是：机器人的运动驱动由步进减速电机经齿轮副传到主动轴，链条缠绕驱动轮和导向轮形成履带结构，在行走过程中，吸盘机构随着链条滚动依次吸附放开，由此实现机器人的运动功能。转向机构为直线电机通过电机法兰固定在机架上，直线电机伸出轴通过连接叉杆与L型转接轴连接，L型转接轴分别与从动轴和导向轮连接。直线电机、从动轴和L型转接轴形成平行四边形机构，随着直线电机伸出轴的伸缩，导向轮可以发生一定偏转，导向轮带动其上缠绕的侧弯链，侧弯链随导向轮偏转，同时这部分链条上的吸盘可以偏转一定的角度。随着机器人的连续移动, 机器人可以逐渐改变其运动方向。控制系统协调控制驱动电机和直线电机相互配合，实现机器人对焊缝的跟踪。
该真空吸盘吸附机构的工作原理是：吸盘提升挡块是为了避免吸盘在滚动过程中发生卷摺，在吸盘滚入前，轨迹滚轮作用在提升挡块上，将吸盘组件相对于工作表面提升一段距离，使吸盘边缘避开了工作表面，在吸盘进入吸附位置后，吸盘组件在弹簧作用下恢复，并进入吸附状态。
吸盘采用机械阀控制，当吸盘进入吸附位置，固定在机架上的机械阀开启导轨将机械阀顶柱压下，机械阀与真空系统接通，吸盘吸气工作。当吸盘离开吸附位置时，机械阀脱离机械阀开关机导轨，顶柱复原，机械阀与大气导通，吸盘断气。吸盘随履带滚动做交替吸附。
磨抛执行模块的工作原理是：线性模组分别由步进电机驱动，水平进给线性模组和垂直进给线性模组分别通过电机驱动丝杠，实现磨抛机构的水平进给和垂直进给。
磨抛机构中，通过直线电机伸出轴的伸缩带动磨抛工具绕着销轴摆动，可以对非平面上的焊缝进行磨抛。
在控制系统的控制下，水平进给步进电机、垂直进给步进电机和直线电机相互协调配合，实现磨抛工具对焊缝的磨抛。
Claims (5)
1.一种大型结构件焊缝自主磨抛机器人，行走模块和磨抛执行模块分别与机架连接，其特征在于：所述行走模块的结构是主动轴和从动轴固定在机架上，直流步进减速电机固定在机架上，通过齿轮副与主动轴连接，驱动轮与导向轮分别与主动轴和从动轴连接，履带结构由缠绕在驱动轮和导向轮上的带附板侧弯链构成，真空吸盘吸附机构通过附板与侧弯链连接，转向机构固定在机架上，并分别与从动轴和导向轮连接。
2.根据权利要求1所述的大型结构件焊缝自主磨抛机器人，其特征在于：真空吸盘吸附机构的结构是吸盘提升挡块和机械阀开关导轨固定在机架上，吸盘、机械阀和轨迹滚轮通过连接块相互连接，吸附机构通过转接附板与侧弯链连接。
3.根据权利要求1所述的大型结构件焊缝自主磨抛机器人，其特征在于：转向机构的结构是直线电机通过电机法兰固定在机架上，直线电机伸出轴通过连接叉杆与L型转接轴连接，L型转接轴分别与从动轴和导向轮连接。
4.根据权利要求1所述的大型结构件焊缝自主磨抛机器人，其特征在于：磨抛执行模块的结构是由两自由度线性模组构成进给机构，水平进给线性模组固定在机架上，垂直进给线性模组通过滑块与水平进给线性模组连接，磨抛机构通过滑块与垂直进给模组连接。
5.根据权利要求4所述的大型结构件焊缝自主磨抛机器人，其特征在于：磨抛机构的结构是磨抛工具安装在夹持块上，夹持块通过销轴与夹持框架连接，直线电机安装在电机法兰上，电机法兰通过销轴与夹持框架连接，直线电机伸出轴通过杆端轴承与夹持块连接。
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