CN104625517A - 一种七自由度可控机构式移动焊接手 - Google Patents

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蔡敢为
邓承祥
王麾
李智杰
张永文
李荣康
朱凯君
王龙
王小纯
李岩舟
杨旭鹃
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Guangxi University
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Guangxi University
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02—Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0252—Steering means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/007—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明提供一种七自由度可控机构式移动焊接手，其中，转盘通过旋转机构连接在水平行走机构上，第一主动杆下端通过第一转动副与转盘相连，上端通过第二转动副与第一连杆一端相连；第二主动杆下端通过第三转动副连接在转盘上，上端通过第四转动副与第二连杆下端相连，第二连杆上端通过第五转动副与第一连杆另一端相连；第三连杆刚性连接在第一连接另一端上，第四连杆一端通过第六转动副与第三连杆相连，第四连杆另一端通过第七转动副与末端执行器相连。本发明通过并联的连杆机构、转盘和水平行走机构的合成运动来控制末端执行器的空间运动，使末端执行器更加灵活，各个关节的转动惯量小，动态性能更好。

Description

一种七自由度可控机构式移动焊接手
【技术领域】
本发明涉及工程机械领域，尤指一种七自由度可控机构式移动焊接手。
【背景技术】
机器人的产生和科学技术的发展极大地改变了人类的生产和生活方式。机器人可以完成长时间的高频率重复性工作，减少人的疲劳；可以代替人类在恶劣危险的环境下可靠地完成任务，保护人的安全；可以凭借精准的操作完成工作，提高生产效率和生产质量等等。工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备而得到工业界广泛应用，焊接机器人是其中很典型的一种。通常焊接机器人采用关节式工业机器人基本设计。
传统的串联机器人为了实现末端执行器的在空间中的任意运动，往往是用多个关节串联成一条运动连链，通过控制各个关节的运动，实现末端执行器的灵巧操作。通常是将电机安装在各个关节上，这样可以跟加直接的操作末端执行器。串联机器人研究得较为成熟，具有结构简单，成本低，控制简单，运动空间大等优点，已成功应用于很多领域，如各种机床，装配车间等。但是正是由于所有的关节都集中在一条运动链上，各个关节的运动误差和缺点会渐渐累积，逐级放大，到了末端执行器那里就会不精确，而且由于串联的关节较长，离心力较大，且残余震动大。各个电机安装在关节上也会造成转动惯量大、负载能力差等缺点。
并联机器人和串联机器人相比，串联机器人就像人的一个手拿东西，而并联机器人就相当于两个手一起端东西。所以并联机器人有以下优点：无累积误差，精度较高；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；结构紧凑，刚度高，承载能力大；完全对称的并联机构具有较好的各向同性；工作空间较小等。
传统的机器人大多是在固定点工作，只能在其固定位置周边一定范围内运动，有很大的限制。而能够移动的并联机器人显然能够改善这种缺点。可移动的并联机器人可以完成更加复杂、跟多的任务，作业空间更大。
【发明内容】
针对背景技术所述面临的种种问题，本发明的目的在于提供一种七自由度可控机构式移动焊接手。
为达到上述目的，本发明一种七自由度可控机构式移动焊接手所采用的技术方案是：一种七自由度可控机构式移动焊接手，包括水平行走机构、转盘、第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、及末端执行器；转盘通过旋转机构连接在水平行走机构上，第一主动杆下端通过第一转动副与转盘相连，上端通过第二转动副与第一连杆一端相连；第二主动杆下端通过第三转动副连接在转盘上，上端通过第四转动副与第二连杆下端相连，第二连杆上端通过第五转动副与第一连杆另一端相连；第三连杆刚性连接在第一连接另一端上，第四连杆一端通过第六转动副与第三连杆相连，第四连杆另一端通过第七转动副与末端执行器相连。
进一步地，水平行走机构由电机驱动，转盘由旋转机构驱动，旋转机构由电机驱动，第一主动杆由第一转动副驱动，第一转动副由电机驱动，第二主动杆由第二转动副驱动，第二转动副由电机驱动，第四连杆由第六转动副驱动，第六转动副由电机驱动，末端执行器有第七转动副驱动，第七转动副由电机驱动。
进一步地，所述的旋转机构垂直于水平行走机构，第一转动副、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、第七转动副轴线相互平行。
本发明具有以下有益效果：
1.与传统的串联机构相比，本移动焊接手上的机构通过并联闭环四杆机构和2个串联关节相结合实现对末端执行器的主要控制，具有结构紧凑、承载能力大、累积误差小、精度高等优点。
2.电机主要安装在机架和转盘上，很大程度上降低了整个移动机械平台的重心，末端执行器的转动是用功率小、质量轻、体积小的电机驱动的，使杆件机构更加轻便，各个关节的转动惯量小，残余震动小，动力矩小，是整个移动焊接手的精确度更高。
3.本移动焊接手装有移动机构，可以在平面内运动，与传统的固定位置焊接手相比，本移动焊接手的工作空间更大，可以完成更加复杂和作业空间更大的任务。
为便于贵审查委员能对本发明的目的、形状、构造、特征及其功效皆能有进一步的认识与了解，并结合实施例作详细说明。
【附图说明】
图1为本发明整体立体图。
具体实施方式的附图标号说明：
水平行走机构1 转盘2 第一主动杆4
第二主动杆15 第一连杆6 第二连杆13
第三连杆7 第四连杆9 第一转动副3
第二转动副5 第三转动副16 第四转动副14
第五转动副12 第六转动副8 第七转动副10
末端执行器11
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明一种七自由度可控机构式移动焊接手作进一步说明。
请参阅图1，为本发明一种七自由度可控机构式移动焊接手，包括水平行走机构1、转盘2、第一主动杆4、第二主动杆15、第一连杆6、第二连杆13、第三连杆7、第四连杆9、及末端执行器11。
转盘2通过旋转机构连接在水平行走机构1上，第一主动杆4下端通过第一转动副3与转盘2相连，上端通过第二转动副5与第一连杆6一端相连。
第二主动杆15下端通过第三转动副16连接在转盘2上，上端通过第四转动副14与第二连杆13下端相连，第二连杆13上端通过第五转动副与第一连杆6另一端相连。
第三连杆7刚性连接在第一连接另一端上，第四连杆9一端通过第六转动副8与第三连杆7相连，第四连杆9另一端通过第七转动副10与末端执行器11相连。
水平行走机构1由电机驱动，转盘2由旋转机构驱动，旋转机构由电机驱动，第一主动杆4由第一转动副3驱动，第一转动副3由电机驱动，第二主动杆15由第二转动副5驱动，第二转动副5由电机驱动，第四连杆9由第六转动副8驱动，第六转动副8由电机驱动，末端执行器11有第七转动副10驱动，第七转动副10由电机驱动。
所述的旋转机构垂直于水平行走机构1，第一转动副3、第二转动副5、第三转动副16、第四转动副14、第五转动副、第六转动副8、第七转动副10轴线相互平行。
工作时，通过控制水平行走机构1实现机械平台的水平位置的改变，通过转盘2的转动实现移动机械平台的三百六十度的旋转，通过控制第一主动杆4、第二主动杆15、第四连杆9，实现对末端执行器11的控制。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.与传统的串联机构相比，本移动焊接手上的机构通过并联闭环四杆机构和2个串联关节相结合实现对末端执行器的主要控制，具有结构紧凑、承载能力大、累积误差小、精度高等优点。
2.电机主要安装在机架和转盘上，很大程度上降低了整个移动机械平台的重心，末端执行器的转动是用功率小、质量轻、体积小的电机驱动的，使杆件机构更加轻便，各个关节的转动惯量小，残余震动小，动力矩小，是整个移动焊接手的精确度更高。
3.本移动焊接手装有移动机构，可以在平面内运动，与传统的固定位置焊接手相比，本移动焊接手的工作空间更大，可以完成更加复杂和作业空间更大的任务。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (3)

1.一种七自由度可控机构式移动焊接手，其特征在于：包括水平行走机构、转盘、第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、及末端执行器；
转盘通过旋转机构连接在水平行走机构上，第一主动杆下端通过第一转动副与转盘相连，上端通过第二转动副与第一连杆一端相连；
第二主动杆下端通过第三转动副连接在转盘上，上端通过第四转动副与第二连杆下端相连，第二连杆上端通过第五转动副与第一连杆另一端相连；
第三连杆刚性连接在第一连接另一端上，第四连杆一端通过第六转动副与第三连杆相连，第四连杆另一端通过第七转动副与末端执行器相连。
2.如权利要求1所述的一种七自由度可控机构式移动焊接手，其特征在于：水平行走机构由电机驱动，转盘由旋转机构驱动，旋转机构由电机驱动，第一主动杆由第一转动副驱动，第一转动副由电机驱动，第二主动杆由第二转动副驱动，第二转动副由电机驱动，第四连杆由第六转动副驱动，第六转动副由电机驱动，末端执行器有第七转动副驱动，第七转动副由电机驱动。
3.如权利要求1所述的一种七自由度可控机构式移动焊接手，其特征在于：所述的旋转机构垂直于水平行走机构，第一转动副、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、第七转动副轴线相互平行。
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