CN103085061A

CN103085061A - 宏微复合五自由度led焊线机执行机构

Info

Publication number: CN103085061A
Application number: CN2013100258786A
Authority: CN
Inventors: 刘冠峰; 吴上伟; 陈新; 李泽湘; 高健
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-01-21
Also published as: CN103085061B

Abstract

本发明提出了一种宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，包括焊头机构、与焊头机构连接的工作台机构，工作台机构包括下基板、与下基板连接的第一部件、与第一部件连接的第二部件、与第二部件连接的物料台，第一部件与第二部件通过双转动副连接；第一部件包括下底座、设置于下底座外侧的第一驱动臂和第一从动臂，第二部件包括上底座、设置于上底座外侧的连杆，第一驱动臂和第一从动臂通过双转动副和连杆分别连接。本发明提出的执行机构一方面焊头机构可以实现高速高加速运动并满足精度要求，另一方面微转动机构能保证劈刀和焊接平面的垂直度，从而使得整个焊线机的焊接机构的运动控制和力控制更加平稳，焊接质量更好。

Description

宏微复合五自由度LED焊线机执行机构

技术领域

本发明涉及焊线机领域，特别是指一种宏微复合五自由度LED焊线机执行机构。

背景技术

并联机器人相对于目前广泛应用的串联机器人来讲，具有刚度强、精度高、自重负荷比小、速度高等显著的优点，并联机器人机构多种多样，Clavel提出了一种称为Delta的三维移动机构，Delta机构是最典型的空间三自由度并联机构都是从Delta机构衍生的。Delta机器人是一种具有3个平动自由度的高速并联机器人，也是商业应用最成功的并联机器人之一。由于机构中有空间平行四边形存在，限制了机构的三个转动自由度，仅仅留下三个平动自由度。

目前焊线机出现的难题是，原理上劈刀与LED阵列即与工作台必须垂直，才能保证焊点质量的一致性，而现在情况是，由于加工、装配等原因，劈刀与工作台是不垂直的，导致LED的焊接一致性不好，有些LED可以焊到，有些会出现位置偏差导致废品。目前的解决方案是除了提高加工与装配精度，一般是通过人工调节劈刀的角度使其与工作台尽量垂直，然后再试焊，再调试，如此反复以达到理想的效果，但这样的过程主要靠肉眼及手工反复调试，时间长，精度低，不稳定。

发明内容

本发明提出一种宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，本发明提出的执行机构调整时间短，精度高，使LED焊线机工作更稳定，成品率大大提高。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，包括焊头机构、与所述焊头机构连接的工作台机构，所述工作台机构包括下基板、与所述下基板连接的第一部件、与所述第一部件连接的第二部件、与所述第二部件连接的物料台，所述第一部件与所述第二部件通过双转动副连接；所述第一部件包括下底座、设置于所述下底座外侧的第一驱动臂和第一从动臂，所述第二部件包括上底座、设置于所述上底座外侧的连杆，所述第一驱动臂与所述连杆通过所述双转动副连接，所述第一从动臂与所述连杆通过所述双转动副连接。

优选地，所述焊头机构包括依次连接的上基板、驱动部件、从动部件、移动平台；所述上基板设置有用于固定所述驱动部件的第一固定件，所述移动平台设置有用于固定所述从动部件的第二固定件，所述驱动部件包括第二驱动臂、与所述第二驱动臂连接的第二驱动臂旋转轴，所述从动部件包括第二从动臂、与所述第二从动臂连接的第二从动臂旋转轴；所述第二驱动臂旋转轴通过第一固定件与所述第二驱动臂一端连接，所述第二从动臂旋转轴通过第二固定件与所述第二从动臂连接，所述第二驱动臂、所述第二驱动臂旋转轴、所述第二从动臂旋转轴组成四边形，所述第二驱动臂另一端与所述第二从动臂旋转轴连接，所述第二从动臂和所述第二从动臂旋转轴组成四边形。

进一步的，所述移动平台上设置有邦头。

进一步的，所述驱动部件和所述从动部件的数量为三个，所述驱动部件中包括两个所述第二驱动臂和一个所述第二驱动臂旋转轴，所述从动部件包括两个所述第二从动臂和两个所述第二从动臂旋转轴。

进一步的，所述第二从动臂由碳纤维材料制成。

进一步的，所述第二从动臂两端为中空的半球形，所述第二从动臂旋转轴两端为与所述第二从动臂相配合连接的圆球形。

进一步的，所述第一固定件和所述第二固定件形状相同，所述第一固定孔和所述第二固定孔形状相同。

进一步的，所述第二驱动臂旋转轴长度小于或等于所述第二从动臂旋转轴。

优选地，所述物料台上设置有LED灯。

优选地，所述上底座和所述下底座最大可形成100度转角。

发明的有益效果是：

1、本发明将两种不同的并联机构组成一套宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，其中宏观机构是上方的三自由度DELTA机构，其特点在于可在其工作范围内快速运动，实现LED的快速焊接；而微观机构是指下方的二自由度Omni-Wrist机构，其工作空间为一个半球面，使得其可以带到工作平台做任意角度的微小偏转调整，使工作平台与劈刀始终保持垂直状态；

2、一方面焊头机构可以实现高速高加速运动并满足精度要求，另一方面微转动机构能保证劈刀和焊接平面的垂直度，从而使得整个焊线机的焊接机构的运动控制和力控制更加平稳，焊接质量更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种宏微复合五自由度LED焊线机执行机构一个实施例的立体结构示意图；

图2为本发明一种宏微复合五自由度LED焊线机执行机构一个实施例的主视结构示意图；

图3为图1所示宏微复合五自由度LED焊线机执行机构中的部件上基板结构示意图；

图4为图1所示宏微复合五自由度LED焊线机执行机构中的第一部件结构示意图；

图5为图1所示宏微复合五自由度LED焊线机执行机构中的第一驱动臂主视结构示意图；

图6为图1所示宏微复合五自由度LED焊线机执行机构中的第一驱动臂左视结构示意图；

图中：焊头机构1；上基板11；第一固定件111；第一固定孔1111；驱动部件12；第二驱动臂121；第二驱动臂旋转轴122；从动部件13；第二从动臂131；第二从动臂旋转轴132；移动平台14；第二固定件141；第二固定孔1411；邦头142；工作台机构2；下基板21；第一部件22；下底座221；第一驱动臂222；第一梯层2221；第二梯层2222；第一从动臂223；第二部件23；上底座231；连杆232；物料台24；LED灯241；双转动副25；连接孔3。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1-图6所示的优选实施例，一种宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，包括焊头机构1、与焊头机构1连接的工作台机构2，焊头机构1包括上基板11、与上基板11连接的驱动部件12、与驱动部件12连接的从动部件13、与从动部件13连接的移动平台14；上基板11设置有用于固定驱动部件12的第一固定件111，第一固定件111设置有第一固定孔1111，移动平台14设置有用于固定从动部件13的第二固定件141，第二固定件141设置有第二固定孔1411，第一固定件111和第二固定件141的形状可以相同也可以不同，同理第一固定孔1111和第二固定孔1411的形状可以相同也可以不同，在本实施例中第一固定件111和第二固定件1411的形状相同，第一固定孔1111和第二固定孔1411的形状也相同，这样的设计一方面便于加工，另一方面形状相同，有利于整个焊线机机构的稳定。由于焊头机构为Delta机构，因此在此焊头机构中第一固定件111为三个，其均匀设置于上基板11四周，且第一固定件111和上基板11一体成型；同理，第二固定件141为三个，其均匀设置于移动平台14四周，且第二固定件141和移动平台14一体成型。

驱动部件12包括第二驱动臂121、与第二驱动臂121连接的第二驱动臂旋转轴122，从动部件13包括第二从动臂131、与第二从动臂131连接的第二从动臂旋转轴132；第二驱动臂旋转轴122穿过第一固定孔1111与第二驱动臂121一端连接，第二从动臂旋转轴132穿过第二固定孔1411与第二从动臂131连接，第二驱动臂121、第二驱动臂旋转轴122、第二从动臂旋转轴132组成四边形，第二驱动臂121另一端与第二从动臂旋转轴132连接，第二从动臂131和第二从动臂旋转轴132组成四边形，在两个四边形结构中，两个四边形有一个共用边为第二从动臂旋转轴132；在本实施例中为了整个机构的稳定设置，第二驱动臂121、第二驱动臂旋转轴122、第二从动臂旋转轴132组成平行四边形，第二驱动臂121另一端与第二从动臂旋转轴132连接，第二从动臂131和第二从动臂旋转轴132组成平行四边形，规则的平行四边形结构利于机构的稳定，在本实施例中第二驱动臂121采用刚性平行四边形结构与第二从动臂131组成的平行四边形相连。

本发明中第二从动臂131由碳纤维材料制成，碳纤维材料有显著的各向异性、柔软等性能，沿纤维轴方向表现出很高的强度，其能使焊头机构更好的运动，第二从动臂131两端为半球形，即其为球关节，且第二从动臂旋转轴132两端为球形，由第二从动臂131和第二从动臂旋转轴132组成的平行四边形4条边均由碳纤维材料组成并通过球关节形成能在空间运动的平行四边形。在本实施例中驱动部件12和从动部件13的数量均为三个，其与第一固定件111和第二固定件141的数量相对应。第二驱动臂旋转轴122的长度小于或等于第二从动臂旋转轴132的长度，在本实施例中第二驱动臂旋转轴122的长度小于第二从动臂旋转轴132的长度，这样的设计是为了便于焊头机构运动。

焊头机构的工作原理是：上基板11上设置有连接孔3，连接孔3用来连接控制装置，使焊线机焊头机构1可以随时调整高度，从而使焊头机构1准确的位于工作台机构2的上方，利于焊接，移动平台14上设置有邦头142，邦头142的一端端部连接有劈刀，邦头中间穿金线，然后通过邦头运动和超声波作用将金线键合至LED灯的正负极上。

工作台机构2包括下基板21、与下基板21连接的第一部件22、与第一部件22连接的第二部件23、与第二部件23连接的物料台24，第一部件22与第二部件23通过双转动副25连接；第一部件22包括下底座221、设置于下底座221外侧的第一驱动臂222和第一从动臂223，第一驱动臂222和第一从动臂223数量均为两个；第二部件23包括上底座231、设置于上底座231外侧的连杆232，连杆232的数量为四个，第一驱动臂222与连杆232通过双转动副25连接，第一从动臂223与连杆232通过双转动副25连接。在本发明中，物料台24上设置有LED灯241，LED灯241均匀设置于物料台24上。在本实施例中，第一驱动臂222、第一从动臂223和连杆232三者形状相同，便于加工，同时工作台机构美观、实用、稳定。

如图5-6所示，第一驱动臂222为阶梯层结构，分为第一梯层2221、第二梯层2222和第三梯层，其中这三者的高度依次为第一梯层＞第三梯层＞第二梯层，并且第一梯层2221、第二梯层2222和第三梯层的形状均为S形。

上底座231和下底座221均为中空结构，其中空结构可用来连接控制装置，从而使工作台机构2收到信号，利于焊线机工作。

工作台机构的工作原理是：工作台机构2收到信号，首先第一驱动臂222工作，带动第一从动臂223开始工作，从而带动连杆232工作，从而使得物料台24移动到合适的位置。工作台机构2通过控制装置发出的信号，得到的数据实时地较正工作台机构2的位姿，使得物料台24与劈刀始终保持垂直，上底座231与下底座221最大可形成100度转角，即该工作台机构2的工作空间为一个半球面，工作台机构2可以做任意角度的微小偏转调整，从而使物料台24与劈刀始终保持垂直状态。

本发明将两种不同的并联机构结合起来，并通过他们的相对运动完成LED焊线工艺：一方面焊头机构可以实现高速高加速运动并满足精度要求，令一方面微转动机构能保证劈刀和焊接平面的垂直度，从而使得整个焊线机的焊接机构的运动控制和力控制更加平稳，焊接质量更好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，包括焊头机构、与所述焊头机构连接的工作台机构，其特征在于：所述工作台机构包括下基板、与所述下基板连接的第一部件、与所述第一部件连接的第二部件、与所述第二部件连接的物料台，所述第一部件与所述第二部件通过双转动副连接；所述第一部件包括下底座、设置于所述下底座外侧的第一驱动臂和第一从动臂，所述第二部件包括上底座、设置于所述上底座外侧的连杆，所述第一驱动臂与所述连杆通过所述双转动副连接，所述第一从动臂与所述连杆通过所述双转动副连接。

2.如权利要求1所述的宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，其特征在于：所述焊头机构包括依次连接的上基板、驱动部件、从动部件、移动平台；所述上基板设置有用于固定所述驱动部件的第一固定件，所述移动平台设置有用于固定所述从动部件的第二固定件，所述驱动部件包括第二驱动臂、与所述第二驱动臂连接的第二驱动臂旋转轴，所述从动部件包括第二从动臂、与所述第二从动臂连接的第二从动臂旋转轴；所述第二驱动臂旋转轴通过第一固定件与所述第二驱动臂一端连接，所述第二从动臂旋转轴通过第二固定件与所述第二从动臂连接，所述第二驱动臂、所述第二驱动臂旋转轴、所述第二从动臂旋转轴组成四边形，所述第二驱动臂另一端与所述第二从动臂旋转轴连接，所述第二从动臂和所述第二从动臂旋转轴组成四边形。

3.如权利要求2所述的宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，其特征在于：所述移动平台上设置有邦头。

4.如权利要求2所述的宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，其特征在于：所述驱动部件和所述从动部件的数量分别为三个，每个所述驱动部件中包括两个所述第二驱动臂和一个所述第二驱动臂旋转轴，每个所述从动部件包括两个所述第二从动臂和两个所述第二从动臂旋转轴。

5.如权利要求2所述的宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，其特征在于：所述第二从动臂由碳纤维材料制成。

6.如权利要求2所述的宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，其特征在于：所述第二从动臂两端为中空的半球形，所述第二从动臂旋转轴两端为与所述第二从动臂相配合连接的圆球形。

7.如权利要求2所述的宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，其特征在于：所述第一固定件和所述第二固定件形状相同，所述第一固定孔和所述第二固定孔形状相同。

8.如权利要求2所述的宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，其特征在于：所述第二驱动臂旋转轴长度小于或等于所述第二从动臂旋转轴。

9.如权利要求1所述的宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，其特征在于：所述物料台上设置有LED灯。

10.如权利要求1所述的宏微复合五自由度LED焊线机执行机构，其特征在于：所述上底座和所述下底座最大可形成100度转角。