CN103273484B - 一种等离子弧金属表面强化机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种等离子弧金属表面强化机器人，由腰部转动关节及其驱动装置、大臂转动关节及其驱动装置、小臂转动关节及其驱动装置和小臂移动关节及其驱动装置构成，是一种由三个转动自由度和一个移动自由度组成四自由度的机器人串联机构。小臂转动关节及其驱动装置安装在大臂关节处，降低了机器人的重心，提高了机器人的承载能力和运动稳定性；采用自锁蜗杆传动，简化了机械结构，提高了操作安全性。
Description
技术领域
本发明是一种等离子弧金属表面强化机器人，具体说一种实现工件固定等离子钜运动的金属表面硬化过程的机器人，能够完成复杂表面形状、非旋转体等机械零件表面的硬化过程。
背景技术
现有的等离子弧金属表面硬化方法多采用零件运动等离子钜固定的表面硬化工艺过程，适用于小型、旋转体零件的表面处理。机床导轨、轧辊、大型齿轮等零件的表面处理要求等离子钜运动才能完成，并且，等离子钜运动可以实现多种形状机械零件的表面处理过程，因此本发明的产品―一种等离子弧金属表面强化机器人具有广阔的应用前景。
发明内容
发明目的：
本发明提供一种等离子弧金属表面强化机器人机器人，其目的是解决大型零件的等离子弧表面硬化问题，通过等离子钜运动方法使工艺过程简单实用。
技术方案：
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种等离子弧金属表面强化机器人，其特征在于：该机器人由腰部转动关节及其驱动装置、大臂转动关节及其驱动装置、小臂转动关节及其驱动装置和小臂移动关节及其驱动装置构成，是一种四自由度串联机构；
腰部转动关节及其驱动装置由第一电动机、谐波减速器、腰部上箱体和腰部下箱体组成；第一电动机固定于腰部上箱体上，谐波减速器固定在腰部下箱体上；第一电动机的输出轴与谐波减速器的输入法兰相连，谐波减速器的输出法兰与腰部上箱体相连；实现机器人腰部偏转运动，作为腰部转动关节；
大臂转动关节及其驱动装置通过大臂转动关节及其驱动装置箱体固定在大臂基座体上，该装置由第二电动机、第一蜗杆、第一蜗轮、大臂组成；第一零件为第一蜗杆的支承轴承，大臂基座体固定于腰部上箱体上，第二电动机固定在大臂转动关节及其驱动装置箱体上，第二电动机的输出轴与第一蜗杆通过第一联轴器相连，第一蜗杆驱动第一蜗轮，大臂安装在第一蜗轮的输出轴上，实现大臂俯仰运动，第一蜗轮的输出轴作为大臂的转动关节；
小臂转动关节及其驱动装置通过小臂转动关节及其驱动装置箱体固定在大臂基座体上，该装置由第三电动机、第二蜗杆、第二蜗轮、主动同步带轮和同步带组成；第二零件为第二蜗杆的支承轴承；第三电动机固定在小臂转动关节及其驱动装置箱体上，第三电动机的输出轴与第二蜗杆通过第二联轴器相连；第二蜗杆驱动第二蜗轮；主动同步带轮安装在第二蜗轮的输出轴上；主动同步带轮通过同步带驱动小臂关节处的从动同步带轮，从动同步带轮安装在小臂关节转轴上，实现小臂的俯仰运动；
小臂移动关节及其驱动装置由第四电动机、滚珠丝杠、滑块组成；第四电动机固定在小臂上，第四电动机的输出轴与滚珠丝杠通过第三联轴器相连，滚珠丝杠驱动滑块移动，滚珠丝杠由一对轴承支承，滑块一端与滚珠丝杠构成螺旋副，滑块另一端安装等离子钜夹具，夹具固定等离子钜。
所述大臂转动关节及其驱动装置和小臂转动关节及其驱动装置均安装在大臂基座体上，呈同平面对称布置。
优点及效果：
与现有的技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明是由三个转动自由度和一个移动自由度组成四自由度的机器人串联机构；小臂转动关节及其驱动装置安装在大臂关节处，降低了机器人的重心，提高了机器人的承载能力和运动稳定性；采用自锁蜗杆传动，简化了机械结构，提高了操作安全性。
本发明解决了零件固定等离子钜运动的等离子弧表面硬化工艺的实现方法问题，可根据需要，完成复杂表面形状、非旋转体等机械零件表面的硬化过程。强化后，零件硬化层深度达：0.1mm—0.4mm，表面维氏硬度硬度达：500—880。本发明涉及的机械零件表面硬化工艺，过程简单，适用性强，易于实现工业化。
附图说明：
图1为本发明整体结构示意图；
图2为大臂转动关节及其驱动装置结构示意图；
图3为小臂转动关节及其驱动装置结构示意图。
附图标记说明：
1、腰部转动关节及其驱动装置；2、腰部下箱体；3、谐波减速器；4、腰部上箱体；5、第一电动机；6、大臂基座体；7、大臂转动关节及其驱动装置；8、小臂转动关节及其驱动装置；9、同步带；10、大臂；11、第四电动机；12、第三联轴器；13、滑块；14、滚珠丝杠；15、小臂；16、小臂移动关节及其驱动装置；17、轴承；18、夹具；19、等离子钜；20和23、第一零件；21、第一蜗轮；22、第一蜗杆；24、大臂转动关节及其驱动装置箱体；25、第一联轴器；26、第二电动机；27和31、第二零件；28、主动同步带轮；29、第二蜗轮；30、第二蜗杆；32、小臂转动关节及其驱动装置箱体；33、第二联轴器；34、第三电动机；35、小臂关节转轴；36、从动同步带轮。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明加做进一步的说明：
本发明是一种等离子弧金属表面强化机器人，如图1、图2和图3中所示，其特征在于：该机器人由腰部转动关节及其驱动装置1、大臂转动关节及其驱动装置7、小臂转动关节及其驱动装置8和小臂移动关节及其驱动装置16构成，是一种四自由度串联机构，即由三个转动自由度和一个移动自由度组成四自由度的机器人串联机构。
腰部转动关节及其驱动装置1由第一电动机5、谐波减速器3、腰部上箱体4和腰部下箱体2组成；第一电动机5固定于腰部上箱体4上，谐波减速器3固定在腰部下箱体2上；第一电动机5的输出轴与谐波减速器3的输入法兰相连，谐波减速器3的输出法兰与腰部上箱体4相连；实现机器人腰部偏转运动，作为腰部转动关节。
大臂转动关节及其驱动装置7通过大臂转动关节及其驱动装置箱体24固定在大臂基座体6上，该装置由第二电动机26、第一蜗杆22、第一蜗轮21、大臂10组成；第一零件20、23为第一蜗杆的支承轴承，大臂基座体6固定于腰部上箱体4上，第二电动机26固定在大臂转动关节及其驱动装置箱体24上，第二电动机26的输出轴与第一蜗杆22通过第一联轴器25相连，第一蜗杆22驱动第一蜗轮21，大臂10安装在第一蜗轮21的输出轴上，实现大臂俯仰运动，第一蜗轮21的输出轴作为大臂的转动关节。
小臂转动关节及其驱动装置8通过小臂转动关节及其驱动装置箱体32固定在大臂基座体6上，该装置由第三电动机34、第二蜗杆30、第二蜗轮29、主动同步带轮28和同步带9组成；第二零件27、31为第二蜗杆的支承轴承；第三电动机34固定在小臂转动关节及其驱动装置箱体32上，第三电动机34的输出轴与第二蜗杆30通过第二联轴器33相连；第二蜗杆30驱动第二蜗轮29；主动同步带轮28安装在第二蜗轮29的输出轴上；主动同步带轮28通过同步带9驱动小臂关节处的从动同步带轮36，从动同步带轮36安装在小臂关节转轴35上，实现小臂15的俯仰运动。
小臂移动关节及其驱动装置16由第四电动机11、滚珠丝杠14、滑块13组成；第四电动机11固定在小臂15上，第四电动机11的输出轴与滚珠丝杠14通过第三联轴器12相连，滚珠丝杠14驱动滑块13移动，滚珠丝杠14由一对轴承17支承，滑块13一端与滚珠丝杠14构成螺旋副，滑块13另一端安装等离子钜夹具18，夹具18固定等离子钜19。
上述四个装置共同构成四自由度串联机器人机构。
所述大臂转动关节及其驱动装置7和小臂转动关节及其驱动装置8均安装在大臂基座体6上，并且呈同平面对称布置。
本发明工作时：
腰部转动关节、大臂转动关节、小臂转动关节和小臂移动关节四轴联动，确定机械零件表面强化时等离子钜的初始位置与姿态。对于平面、圆柱面等零件，通过小臂移动关节和腰部转动关节两轴联动驱动等离子钜完成表面强化过程，对于复杂曲面零件，通过小臂移动关节和腰部转动关节、大臂转动关节、小臂转动关节四轴联动驱动等离子钜完完成表面强化过程。
本发明这种等离子弧金属表面强化机器人具有结构简单、操作安全、承载能力和运动稳定性高等优点，适于推广应用。
Claims (2)
1.一种等离子弧金属表面强化机器人，其特征在于：该机器人由腰部转动关节及其驱动装置（1）、大臂转动关节及其驱动装置（7）、小臂转动关节及其驱动装置（8）和小臂移动关节及其驱动装置（16）构成，是一种四自由度串联机构；
腰部转动关节及其驱动装置（1）由第一电动机（5）、谐波减速器（3）、腰部上箱体（4）和腰部下箱体（2）组成；第一电动机（5）固定于腰部上箱体（4）上，谐波减速器（3）固定在腰部下箱体（2）上；第一电动机（5）的输出轴与谐波减速器（3）的输入法兰相连，谐波减速器（3）的输出法兰与腰部上箱体（4）相连；实现机器人腰部偏转运动；
大臂转动关节及其驱动装置（7）通过大臂转动关节及其驱动装置箱体（24）固定在大臂基座体（6）上，该装置由第二电动机（26）、第一蜗杆（22）、第一蜗轮（21）、大臂（10）组成；第一零件（20、23）为第一蜗杆的支承轴承，大臂基座体（6）固定于腰部上箱体（4）上，第二电动机（26）固定在大臂转动关节及其驱动装置箱体（24）上，第二电动机（26）的输出轴与第一蜗杆（22）通过第一联轴器（25）相连，第一蜗杆（22）驱动第一蜗轮（21），大臂（10）安装在第一蜗轮（21）的输出轴上，实现大臂俯仰运动，第一蜗轮（21）的输出轴作为大臂的转动关节；
小臂转动关节及其驱动装置（8）通过小臂转动关节及其驱动装置箱体（32）固定在大臂基座体（6）上，该装置由第三电动机（34）、第二蜗杆（30）、第二蜗轮（29）、主动同步带轮（28）和同步带（9）组成；第二零件（27、31）为第二蜗杆的支承轴承；第三电动机（34）固定在小臂转动关节及其驱动装置箱体（32）上，第三电动机（34）的输出轴与第二蜗杆（30）通过第二联轴器（33）相连；第二蜗杆（30）驱动第二蜗轮（29）；主动同步带轮（28）安装在第二蜗轮（29）的输出轴上；主动同步带轮（28）通过同步带（9）驱动小臂关节处的从动同步带轮（36），从动同步带轮（36）安装在小臂关节转轴（35）上，实现小臂（15）的俯仰运动；
小臂移动关节及其驱动装置（16）由第四电动机（11）、滚珠丝杠（14）、滑块（13）组成；第四电动机（11）固定在小臂（15）上，第四电动机（11）的输出轴与滚珠丝杠（14）通过第三联轴器（12）相连，滚珠丝杠（14）驱动滑块（13）移动，滚珠丝杠（14）由一对轴承（17）支承，滑块（13）一端与滚珠丝杠（14）构成螺旋副，滑块（13）另一端安装等离子钜夹具（18），夹具（18）固定等离子钜（19）。
2.根据权利要求1所述的一种等离子弧金属表面强化机器人，其特征在于：所述大臂转动关节及其驱动装置（7）和小臂转动关节及其驱动装置（8）均安装在大臂基座体（6）上，呈同平面对称布置。
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