CN104439813A - 一种大空间多自由度可控机构式焊接机器人 - Google Patents

Abstract

一种大空间多自由度可控机构式焊接机器人，包括电机、旋转底座、底座移动机构、竖直移动机构、水平移动机构以及焊枪，所述电机为可控电机，由第一可控电机、第二可控电机和第三可控电机组成，所述旋转底座为圆柱体，本发明根据高等数学中柱面坐标的概念而设计，能实现在较大的空间中精确灵活定位，并且工作时能平稳焊接，其结构简单，具有可控、可调、性能优良、输出柔性、机电融合的性能，并可以根据功能需求或环境的变化，柔性调节运动轨迹。

Description

一种大空间多自由度可控机构式焊接机器人

技术领域

本发明涉及焊接机器人设计领域，特别是一种大空间多自由度可控机构式焊接机器人。

背景技术

焊接机器人是从事焊接包括切割与喷涂的工业机器人，这种机器人能替代人工在恶劣的环境下进行连续作业。随着现代化工业的不断发展，生产过程机械化及自动化水平的提升，焊接机器人在机械加工、机械材料成型等领域能到了广泛的应用。

中国专利201310692637.7公开了一种可控多自由度焊接机器人，该机构通过连杆的转动来实现运动输出端的定位，但连杆的长度有限，空间定位范围不大，对于简单的水平焊缝，也需要较为复杂的激烈信号才能实现平稳。中国专利201210084813.4公开了一种三维平动一维转动的四自由度并联焊接机器人，该机构虽能实现较大空间的定位,但是焊接机器人需要占较大的空间。目前，尚未见有一种结构简单、占空间小、制造成本低、并容易实现在较大的空间中精确灵活定位并且工作时能平稳焊接的焊接机器人创新设计发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种大空间多自由度可控机构式焊接机器人，能实现在三维空间中的精确灵活定位，克服现有焊接机器人的不足，其结构简单，具有可控、可调、性能优良、输出柔性、机电融合的性能，并可以根据功能需求或环境的变化，柔性调节运动轨迹。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种大空间多自由度可控机构式焊接机器人，包括电机、旋转底座、底座移动机构、竖直移动机构、水平移动机构、焊枪组成。

所述电机为可控电机，由第一可控电机、第二可控电机和第三可控电机组成，第一可控电机固定在底座移动导轨上，第二可控电机固定在可移动机架上，第三可控电机固定在竖直伸长板上。

所述旋转底座为圆柱体，圆柱体轴线与底座移动导轨的底面垂直，底座移动导轨于旋转底座固定相连。

所述底座移动机构由底座移动驱动杆、底座移动推拉杆、可移动机架和底座移动导轨组成，底座移动驱动杆的一端固定在第一可控电机的转动轴上并由该可控电机驱动，底座移动驱动杆的另一端通过第一圆柱铰链与底座移动推拉杆的一端相连，底座移动推拉杆的另一端通过第二光滑圆柱铰链与可移动机架相连，可移动机架套在底座移动导轨上，可移动机架可在沿底座移动导轨上移动。

所述竖直移动机构由竖直移动驱动杆、竖直移动旋块、竖直伸长板和竖直导轨组成，竖直移动驱动杆的一端固定在第二可控电机的转动轴上并由该可控电机驱动，第三光滑圆柱铰链的一端竖直固定在竖直移动旋块上，竖直移动旋块套在竖直移动驱动杆上，竖直移动旋块通过第三光滑圆柱铰链与竖直伸长板相连，竖直导轨固定在可移动机架上，竖直伸长板套在竖直导轨上，竖直伸长板可在沿竖直导轨上移动。

所述水平移动机构由水平移动驱动杆、水平移动旋块、水平伸长板和水平导轨组成，水平移动驱动杆的一端固定在第三可控电机的转动轴上并由该可控电机驱动，第四光滑圆柱铰链的一端竖直固定在水平移动旋块上，水平移动旋块套在水平移动驱动杆上，水平移动旋块通过第四光滑圆柱铰链与水平伸长板相连，水平导轨的一端与竖直伸长板固定连接，水平伸长板套在水平导轨上，水平伸长板可在水平导轨上移动。

所述焊枪固定在水平伸长板上。

工作原理及过程：

工作时，旋转底座可绕其轴线作定轴转动，从而实现大空间多自由度可控机构式焊接机器人定轴转动，竖直移动驱动杆绕第二可控电机作旋转运动，从而实现竖直伸长板沿竖直导轨上移动，水平移动驱动杆绕第三可控电机作旋转运动，从而实现水平伸长板沿水平导轨上移动，因此实现了大空间多自由度可控机构式焊接机器人的在三维空间任意位置的定位，底座伸缩驱动杆绕第一可控电机作旋转运动，通过控制第一可控电机的正转和反转使可移动机架在底座移动导轨上的移动，保证大空间多自由度可控机构式焊接机器人在焊水平焊缝时能保持运动平稳。第二可控电机驱动竖直移动驱动杆做旋转运动从而使竖直伸长板沿竖直导轨上移动，保证大空间多自由度可控机构式焊接机器人在焊竖直焊缝时能保持运动平稳，旋转底座可绕其轴线作定轴转动，保证大空间多自由度可控机构式焊接机器人在焊圆周焊缝时能保持运动平稳。

本发明的突出优点在于：

1、本发明是根据高等数学中柱面坐标的概念而设计，旋转底座可绕旋转底座轴线作旋转运动，第二可控电机驱动竖直移动驱动杆作旋转运动，第三可控电机驱动水平移动驱动杆作旋转运动，从而实现焊接机器人的伸缩运动，从而增大伸缩空间，并完成其在三维空间中任意点的精确灵活定位，工作时可以实现平稳焊接，具有可控、可调、性能优良、输出柔性，并可以根据功能需求或环境的变化，柔性调节运动轨迹。

2、本发明为可控电机驱动，可控原件便于计算机编程，通过编程可实现可控机构式机械手在工作空间内任意的末端轨迹的输出。

附图说明

图1为本发明所述的大空间多自由度可控机构式焊接机器人的结构主视图。

图2为本发明所述的大空间多自由度可控机构式焊接机器人的结构仰视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

对照图1和图2，一种大空间多自由度可控机构式焊接机器人，包括电机、旋转底座、底座移动机构、竖直移动机构、水平移动机构以及焊枪。

所述电机为可控电机，由第一可控电机4、第二可控电机15和第三可控电机22组成，第一可控电机4固定在底座移动导轨3上，第二可控电机15固定在可移动机架16上，第三可控电机23固定在竖直伸长板8上。

所述旋转底座17为圆柱体，圆柱体轴线与底座移动导轨3的底面垂直，底座移动导轨3于旋转底座17固定相连。

所述底座移动机构由底座移动驱动杆5、底座移动推拉杆2、可移动机架16和底座移动导轨3组成，底座移动驱动杆5的一端固定在第一可控电机4的转动轴上并由该可控电机驱动，底座移动驱动杆5的另一端通过第一圆柱铰链6与底座移动推拉杆2的一端相连，底座移动推拉杆2的另一端通过第二光滑圆柱铰链1与可移动机架16相连，可移动机架16套在底座移动导轨3上，可移动机架16可在沿底座移动导轨3上移动。

所述竖直移动机构由竖直移动驱动杆14、竖直移动旋块12、竖直伸长板8和竖直导轨7组成，竖直移动驱动杆14的一端固定在第二可控电机15的转动轴上并由该可控电机驱动，第三光滑圆柱铰链13的一端竖直固定在竖直移动旋块12上，竖直移动旋块12套在竖直移动驱动杆14上，竖直移动旋块12通过第三光滑圆柱铰链13与竖直伸长板8相连，竖直导轨7固定在可移动机架16上，竖直伸长板8套在竖直导轨7上，竖直伸长板8可在沿竖直导轨7上移动。

所述水平移动机构由水平移动驱动杆21、水平移动旋块20、水平伸长板10和水平导轨9组成，水平移动驱动杆21的一端固定在第三可控电机22的转动轴上并由该可控电机驱动，第四光滑圆柱铰链19的一端竖直固定在水平移动旋块20上，水平移动旋块20套在水平移动驱动杆21上，水平移动旋块20通过第四光滑圆柱铰链19与水平伸长板10相连，水平导轨9的一端与竖直伸长板8固定连接，水平伸长板10套在水平导轨9上，水平伸长板10可在水平导轨9上移动。

所述焊枪11固定在水平伸长板10上。

工作时，旋转底座17可绕其轴线作定轴转动，从而实现大空间多自由度可控机构式焊接机器人定轴转动，竖直移动驱动杆14绕第二可控电机15作旋转运动，从而实现竖直伸长板8沿竖直导轨7上移动，水平移动驱动杆21绕第三可控电机22作旋转运动，从而实现水平伸长板10沿水平导轨9上移动，因此实现了大空间多自由度可控机构式焊接机器人的在三维空间任意位置的定位，底座伸缩驱动杆绕5第一可控电机4作旋转运动，通过控制第一可控电机4的正转和反转使可移动机架16在底座移动导轨3上的移动，保证大空间多自由度可控机构式焊接机器人在焊水平焊缝时能保持运动平稳。第二可控电机15驱动竖直移动驱动杆14做旋转运动从而使竖直伸长板8沿竖直导轨7上移动，保证大空间多自由度可控机构式焊接机器人在焊竖直焊缝时能保持运动平稳，旋转底座17可绕其轴线作定轴转动，保证大空间多自由度可控机构式焊接机器人在焊圆周焊缝时能保持运动平稳。

Claims (1)

1.一种大空间多自由度可控机构式焊接机器人，包括电机、旋转底座、底座移动机构、竖直移动机构、水平移动机构以及焊枪，其特征在于，具体结构和连接关系为：

所述电机为可控电机，由第一可控电机、第二可控电机和第三可控电机组成，第一可控电机固定在底座移动导轨上，第二可控电机固定在可移动机架上，第三可控电机固定在竖直伸长板上；

所述旋转底座为圆柱体，圆柱体轴线与底座移动导轨的底面垂直，底座移动导轨与旋转底座固定相连；

所述底座移动机构由底座移动驱动杆、底座移动推拉杆、可移动机架和底座移动导轨组成，底座移动驱动杆的一端固定在第一可控电机的转动轴上并由该可控电机驱动，底座移动驱动杆的另一端通过第一圆柱铰链与底座移动推拉杆的一端相连，底座移动推拉杆的另一端通过第二光滑圆柱铰链与可移动机架相连，可移动机架套在底座移动导轨上，可移动机架可在沿底座移动导轨上移动；

所述竖直移动机构由竖直移动驱动杆、竖直移动旋块、竖直伸长板和竖直导轨组成，竖直移动驱动杆的一端固定在第二可控电机的转动轴上并由该可控电机驱动，第三光滑圆柱铰链一端竖直固定在竖直移动旋块上，竖直移动旋块套在竖直移动驱动杆上，竖直移动旋块通过第三光滑圆柱铰链与竖直伸长板相连，竖直导轨固定在可移动机架上，竖直伸长板套在竖直导轨上，竖直伸长板可在沿竖直导轨上移动；

所述水平移动机构由水平移动驱动杆、水平移动旋块、水平伸长板和水平导轨组成，水平移动驱动杆一端固定在第三可控电机的转动轴上并由该可控电机驱动，第四光滑圆柱铰链一端竖直固定在水平移动旋块上，水平移动旋块套在水平移动驱动杆上，水平移动旋块通过第四光滑圆柱铰链与水平伸长板相连，水平导轨的一端与竖直伸长板固定连接，水平伸长板套在水平导轨上，水平伸长板可在水平导轨上移动，所述焊枪固定在水平伸长板上；

所述第二可控电机驱动竖直移动驱动杆作旋转运动，第三可控电机驱动水平移动驱动杆作旋转运动，实现焊接机器人的伸缩运动，完成其在三维空间中任意点的精确灵活定位。