CN104096998A - 一种多自由度并联机构式点焊机器人 - Google Patents

一种多自由度并联机构式点焊机器人 Download PDF

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蔡敢为
王麾
张�林
石慧
关卓怀
范雨
王少龙
黄院星
王小纯
王湘
杨旭娟
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广西大学
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    • B23K37/00Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0252Steering means

Abstract

本发明公开了一种多自由度并联机构式点焊机器人,由机架、机身、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连杆、第十一连杆、第十二连杆和末端执行器连接成并联的四个可控四杆机构闭环执行机构子链和一个串联的执行机构主链,子链控制主链连杆在子链所在平面内运动,第一连杆和机身的运动实现平台的空间运动。本发明通过四个闭环子链和机身的合成运动实现控制,通过多个连杆与机身的连接,实现末端执行器的空间运动,执行器灵活度更高,工作空间比以往的机器人更大,而且带铰链的连杆能做成轻杆,使整个机构动力性能更好且易于控制。

Description

一种多自由度并联机构式点焊机器人
技术领域
[0001] 本发明涉及机器人领域,特别是一种多自由度并联机构式点焊机器人。
背景技术
[0002] 点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统组成,由于为 了适应灵活动作的工作要求,通常点焊机器人选用关节式工业机器人的基本设计,一般具 有六个自由度:腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。其驱动方式有液压驱动和电气驱 动两种。其中电气驱动具有保养维修简便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等优点,因此 应用较为广泛。点焊机器人按照示教程序规定的动作、顺序和参数进行点焊作业,其过程是 完全自动化的,并且具有与外部设备通信的接口,可以通过这一接口接受上一级主控与管 理计算机的控制命令进行工作。
[0003] 传统的串联机器人为了实现末端执行器在工作空间中多个自由度的灵巧操作,它 的运动链往往具有多个关节,通过控制各个关节的运动,可以实现末端执行器对工作空间 中任意连续轨迹的跟踪运动。一般而言,串联机器人具有结构简单、工作空间大、操作灵活、 正向运动学求解简便、成本低等优点,但是由于所有关节都集中在一条运动链上,串联机器 人存在关节误差累积效应,末端执行器所能达到的位置精度往往有限,而较低的末端执行 器刚度和负载驱动能力进一步限制了串联机器人在实际应用中的性能。
[0004] 并联机器人和传统的串联机器人相比较,具有无累积误差、精度较高、结构紧凑、 承载能力大、刚度高且末端执行器惯性小等特点,驱动装置可置于定平台上或接近定平台 的位置,这样运动部分重量轻,速度高,动态响应好;但是并联机器人的明显缺点是工作空 间小和结构复杂。含有对称机构式的闭环子链的并联机器人的性能则更加优越,它采用圆 柱坐标型和关节坐标型的机械手能有效而快捷的对末端机构进行控制,结构刚度好、机械 传动精度高、工作空间大、机械传动损耗小、无累积误差,能输出较大的动力,具有良好的控 制功能。此含并联闭环子链的机器人采用间接驱动方式,还能有效的减小驱动关节所需要 的力矩。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种多自由度并联机构式点焊机器人,解决传统串联机器 人关于所需力矩大,刚度低和定位精度差的缺点。
[0006] 本发明通过以下技术方案达到上述目的:一种多自由度并联机构式点焊机器人, 包括机架、机身、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、 第八连杆、第九连杆、第十连杆、第i 连杆、第十二连杆和末端执行器;
[0007] 机身第一个连接端通过第一转动副连接在机架上,机身第二个连接端通过第二转 动副与第一连杆一端连接,第一连杆另一端通过第三转动副与第二连杆第一个连接端连 接,第二连杆第二个连接端通过第四转动副与第三连杆一端连接,第三连杆另一端通过第 五转动副与第四连杆一端连接,第四连杆另一端通过第八转动副与第五连杆第三个连接端 连接,第二连杆第三个连接端通过第六转动副与第五连杆第一个连接端连接,机身第三个 连接端通过第七转动副与第五连杆第二个连接端连接,第五连杆第四个连接端通过第九转 动副与第六连杆第一个连接端连接,第六连杆第二个连接端通过第十转动副与第七连杆连 接,第七连杆另一端通过第十一转动副与第九连杆第二个连接端连接,第六连杆第三个连 接端通过第十二转动副与第八连杆一端连接,第八连杆另一端通过第十三转动副与第九连 杆第三个连接端连接,第九连杆第一个连接端通过第十四转动副与第五连杆第五个连接端 连接,第九连杆第四个连接端与第十连杆一端刚性连接,第十连杆另一端通过第十五转动 副与第十一连杆一端连接,第十一连杆另一端通过第十六转动副与第十二连杆一端连接, 第十二连杆另一端通过第十七转动副与末端执行器连接;
[0008] 所述的机身通过第一转动副驱动,第一转动副通过电机驱动,第一连杆通过第二 转动副驱动,第二转动副通过电机驱动,第十一连杆通过第十五转动副驱动,第十五转动副 通过电机驱动,第十二连杆通过第十六转动副驱动,第十六转动副通过电机驱动,末端执行 器通过第十七转动副驱动,第十七转动副通过电机驱动;
[0009] 所述第一转动副垂直于机架,第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、 第六转动副、第七转动副、第八转动副、第九转动副、第十转动副、第i^一转动副、第十二转 动副和第十三转动副的旋转轴线相互平行。
[0010] 本发明的突出优点在于:
[0011] 1、通过两个并联闭环子链,提高了机器人机构的刚度,并且闭环子链机构式的设 计大大提高机器人的工作空间,能避免机构的死点位置,微调装置能使机器人的作用范围 更大,并且能使机构更好的保持平衡;
[0012] 2、与传统的电机是安装在每个关节处的工业机器人相比,机构通过两个并联闭环 子链连接的机器人的电机是安装在四杆机构关节上,通过四杆机构上的运动副驱动闭环链 运动,从而间接驱动末端连杆,使末端执行器的活动度和活动空间更大,能减小能动力矩;
[0013] 3、电机安装在第五连杆的后面,降低了整个机构的重心,而且可以安装功率较大 的电机在机构上,使末端执行器可以适应在焊接、喷涂、搬运、装卸、装配、码垛等复杂作业 中;
[0014] 4、机器人机构在末端执行器由机构式控制,使执行器灵活度高,精度高;
附图说明
[0015] 图1为本发明所述一种多自由度并联机构式点焊机器人的结构示意图。
[0016] 图2为本发明所述一种多自由度并联机构式点焊机器人的机身结构示意图。
[0017] 图3为本发明所述一种多自由度并联机构式点焊机器人的第五连杆示意图。
[0018] 图4为本发明所述一种多自由度并联机构式点焊机器人的第六连杆示意图。
[0019] 图5为本发明所述一种多自由度并联机构式点焊机器人的第九连杆示意图。
[0020] 图6为本发明所述一种多自由度并联机构式点焊机器人的第十一连杆示意图。
[0021] 图7为本发明所述一种多自由度并联机构式点焊机器人的第十二连杆示意图。
[0022] 图8为本发明所述一种多自由度并联机构式点焊机器人的第一工作示意图。
[0023] 图9为本发明所述一种多自由度并联机构式点焊机器人的第二工作示意图。
[0024] 图10为本发明所述一种多自由度并联机构式点焊机器人的第三工作示意图。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0026] 对照图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7, 一种多自由度并联机构式点焊机器人, 由机架1、机身2、第一连杆3、第二连杆5、第三连杆20、第四连杆18、第五连杆11、第六连杆 8、第七连杆15、第八连杆10、第九连杆13、第十连杆21、第i^一连杆22、第十二连杆23及末 端执行器24连接而成,其结构和连接方式为:
[0027] 机身2第一个连接端通过第一转动副25连接在机架1上,机身2通过第一转动副 25驱动,第一转动副25通过电机驱动,机身2第二个连接端通过第二转动副26与第一连杆 3 -端连接,第一连杆3通过第二转动副26驱动,第二转动副26通过电机驱动,第一连杆3 另一端通过第三转动副4与第二连杆5第一个连接端连接,第二连杆5第二个连接端通过 第四转动副6与第三连杆20 -端连接,第三连杆20另一端通过第五转动副19与第四连杆 18 -端连接,第四连杆18另一端通过第八转动副16与第五连杆11第三个连接端连接,第 二连杆5第三个连接端通过第六转动副7与第五连杆11第一个连接端连接,机身2第三个 连接端通过第七转动副17与第五连杆11第二个连接端连接,第五连杆11第四个连接端通 过第九转动副27与第六连杆8第一个连接端连接,第六连杆8第二个连接端通过第十转动 副29与第七连杆15连接,第七连杆15另一端通过第i^一转动副14与第九连杆13第二个 连接端连接,第六连杆8第三个连接端通过第十二转动副9与第八连杆10 -端连接,第八 连杆10另一端通过第十三转动副12与第九连杆13第三个连接端连接,第九连杆13第一 个连接端通过第十四转动副28与第五连杆11第五个连接端连接,第九连杆13第四个连接 端30通过刚性连接与第十连杆21 -端连接,第十连杆21另一端通过第十五转动副31与 第i^一连杆22 -端连接,第i^一连杆22通过第十五转动副31驱动,第十五转动副31通过 电机驱动,第i 连杆22另一端通过第十六转动副32与第十二连杆23 -端连接,第十二 连杆23通过第十六转动副32驱动,第十六转动副32通过电机驱动,第十二连杆23另一端 通过第十七转动副33与末端执行器24连接,末端执行器24通过第十七转动副33驱动,第 十七转动副33通过电机驱动。
[0028] 所述第一转动副25垂直于机架1,第二转动副26、第三转动副4、第四转动副6、第 五转动副19、第六转动副7、第七转动副17、第八转动副16、第九转动副27、第十转动副29、 第十一转动副14、第十二转动副9和第十三转动副12的旋转轴线相互平行。
[0029] 对照图8、图9和图10,机身2和并联连杆在所在平面内的运动可实现末端执行器 的空间运动。

Claims (1)

1. 一种多自由度并联机构式点焊机器人,其特征在于:包括机架、机身、第一连杆、第 二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连 杆、第i 连杆、第十二连杆和末端执行器; 机身第一个连接端通过第一转动副连接在机架上,机身第二个连接端通过第二转动副 与第一连杆一端连接,第一连杆另一端通过第三转动副与第二连杆第一个连接端连接,第 二连杆第二个连接端通过第四转动副与第三连杆一端连接,第三连杆另一端通过第五转动 副与第四连杆一端连接,第四连杆另一端通过第八转动副与第五连杆第三个连接端连接, 第二连杆第三个连接端通过第六转动副与第五连杆第一个连接端连接,机身第三个连接端 通过第七转动副与第五连杆第二个连接端连接,第五连杆第四个连接端通过第九转动副与 第六连杆第一个连接端连接,第六连杆第二个连接端通过第十转动副与第七连杆连接,第 七连杆另一端通过第十一转动副与第九连杆第二个连接端连接,第六连杆第三个连接端通 过第十二转动副与第八连杆一端连接,第八连杆另一端通过第十三转动副与第九连杆第三 个连接端连接,第九连杆第一个连接端通过第十四转动副与第五连杆第五个连接端连接, 第九连杆第四个连接端与第十连杆一端刚性连接,第十连杆另一端通过第十五转动副与第 十一连杆一端连接,第十一连杆另一端通过第十六转动副与第十二连杆一端连接,第十二 连杆另一端通过第十七转动副与末端执行器连接; 所述的机身通过第一转动副驱动,第一转动副通过电机驱动,第一连杆通过第二转动 副驱动,第二转动副通过电机驱动,第i^一连杆通过第十五转动副驱动,第十五转动副通过 电机驱动,第十二连杆通过第十六转动副驱动,第十六转动副通过电机驱动,末端执行器通 过第十七转动副驱动,第十七转动副通过电机驱动; 所述第一转动副垂直于机架,第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六 转动副、第七转动副、第八转动副、第九转动副、第十转动副、第i^一转动副、第十二转动副 和第十三转动副的旋转轴线相互平行。
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