CN105127633A - 一种七轴工业焊接机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及七轴工业焊接机器人，包括底座(1)、安装在底座(1)上的第一转动机构(100)及与第一转动机构(100)上部联接的回转座(103)、以及通过设在回转座(103)上的第二转动机构(200)与回转座(103)相连的下臂(2)、以及通过上臂回转轴(4)与下臂(2)的另一端转动联接的上臂(3)、以及与上臂(3)的另一端联接的腕部转动机构(500)；其中，上臂(3)和腕部转动机构(500)之间通过第四转动机构(400)相连。本发明的工业焊接机器人采用七轴冗余机构，布局合理，精度和稳定性高，臂杆工作范围大，可传递较大载荷，能够构筑出更多类型的臂杆工作姿态，对焊接构件的应用特征有较强的适用性。
Description
技术领域
本发明属于大型焊接机器人设备技术领域，具体涉及一种七轴工业焊接机器人。
背景技术
工业机器人能够替代人力完成各种复杂工况条件和高危有害环境下的长时间、高强度重复劳动，在焊接生产制造领域有较大应用。焊接制造作为机械制造中的第三大加工方法，钢铁产量的45％要用焊接方法制造成产品。焊接制品尺寸较大，受集装、运输标准限制，工厂化生产的焊接制品的宽、高尺寸大多在3米以内。在工业机器人焊接应用细分市场领域，发明一种大型工业机器人，能够最大限度满足焊接工业生产的直接应用，有着广阔的市场前景。
传统六轴关节工业焊接机器人包括若干臂杆和六轴关节的组合，其中，自下而上设置的一轴关节为腰关节，二、三轴关节是相互平行的两个俯仰关节，四、五、六轴关节的轴线交于一点，形成腕关节。这种六轴关节工业焊接机器人能够通过腕关节夹持焊枪工具以实现焊接生产的工艺需要，但其操作空间相对有限，仅适用于简单形状焊缝的焊接操作。在某些特定位置姿态运动过程中，六轴关节工业焊接机器人的自由度下降，在空间连续轨迹的焊接应用有一定限制。更多情况下，六轴关节工业机器人焊接系统是需要增加外部坐标行走轴来扩展机器人焊接应用范围。
如何实现工业机器人在焊接应用中既有灵活的焊接操作，又有较大的空间可达性，适用于多种焊接工艺需要，降低机器人焊接系统的集成应用成本，是研究人员急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种七轴工业焊接机器人，该工业焊接机器人采用七轴冗余机构，布局合理，精度和稳定性高，臂杆工作范围大，可传递较大载荷，能够构筑出更多类型的臂杆工作姿态，对焊接构件的应用特征有较强的适用性。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种七轴焊接工业机器人，包括顶部开口的中空底座、安装在底座空腔内的第一转动机构及设在底座上方并与第一转动机构上部联接的回转座、以及通过设在回转座上的第二转动机构与回转座相连的下臂、以及通过上臂回转轴与下臂的另一端转动联接的上臂、以及与上臂的另一端联接的腕部转动机构；其中，上臂和腕部转动机构之间通过第四转动机构相连。
进一步，回转座上还设有用于驱动所述上臂回转轴转动第三转动机构，第三转动机构通过一连杆机构与上臂回转轴相连，所述连杆机构包括与下臂共同组成平行四边形结构的与下臂平行的连杆及上摆杆和下摆杆；上摆杆的一端连接在上臂回转轴的端部，另一端通上连轴与连杆一端相连；下摆杆的一端通过下连轴与连杆的另一端相连，下摆杆的另一端与第三转动机构相连。
再进一步，第一转动机构包括设在底座空腔内的输出轴竖直向上设置的第一伺服电机、与第一伺服电机的输出轴相连的第一减速机构；回转座的中部开口，第一减速机构的动力输出端自底座的顶部开口处伸出并套装在回转座的中部开口处；回转座底部与底座的顶部之间设有回转支撑件；回转座的两侧设有平行的分别用于支撑第二转动机构、第三转动机构的支架。
再进一步，第二转动机构包括输出轴与第一伺服电机输出轴相垂直的第二伺服电机以及与第二伺服电机的输出轴相连的第二减速机构，第二减速机构固定在回转座的一个支架上；第二减速机构的动力输出端联接在下臂的下端。
再进一步，第三转动机构包括输出轴与第二伺服电机输出轴设于同一轴线的第三伺服电机以及与第三伺服电机的输出轴相连的第三减速机构，第三减速机构固定在回转座的另一个支架上，第三减速机构的动力输出端上套装有主动齿轮，下摆杆上与第三转动机构相连的一端连接有从动齿轮轴，从动齿轮轴上设有与主动齿轮相配合的从动齿轮。
再进一步，上臂的与下臂相连的一端固连有上臂连接件，下臂的两端分别固连有下臂上连接件、下臂下连接件，上臂连接件和下臂上连接件通过贯穿它们端部的上臂回转轴相连。
进一步，第四转动机构包括输出轴与上臂相垂直的第四伺服电机、与第四伺服电机的输出轴相连的第四减速机构；第四减速机构的动力输出端的端部与上臂连接座相连，上臂连接座连接在上臂的一端；第四减速机构的动力输出端的侧面与一转臂相连。
本发明的有益效果在于：
第一、本发明最关键的创新点是在传统六轴关节机器人机械臂的第三、四轴关节之间添加的一个关节(即本申请的第四转动机构)，此轴关节的回转轴(即第四转动机构的第四驱动电机的输出轴)与本申请第二转动机构中的回转轴(即第二转动机构的第2二驱动电机的输出轴)垂直，形成七轴冗余机构机器人，应用上相当于使传统六轴关节机器人在增加的以臂杆长度为半径的球面上运动。通过冗余关系设定，在机器人极坐标系x方向的运动中对于高精度低速度要求条件下，本申请的第四转动机构对于腰部(即本申请第1转动机构)的回转有补偿作用，并且，通过第四转动机构对臂杆的调整设定，能够构筑出多种特征的臂杆工作姿态，满足各种焊缝焊接需要，这是普通机器人无法做到的。
第二、本发明在传统六轴关节机器人机械臂的二、三轴关节之间增加了一个连杆机构，并增设了一个第三转动机构来驱动连杆机构运动，该连杆机构中的上摆杆、连杆、下摆杆与下臂共同组成平行四边形四杆结构，利于传递较大载荷，提高了机器人运动的刚性，尤其适合于焊接、搬运操作需要。
附图说明
图1是本发明提供的七轴工业焊接机器人的立体结构图；
图2是图1所示七轴工业焊接机器人在一种工作状态下的示意图；
图3是图2的右视图；
图4是图2中A部分的放大示意图；
图5是图3中B部分的放大示意图；
图6是图2中C部分的放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明所提供的一种七轴工业焊接机器人包括顶部开口的中空底座1、安装在底座1空腔内的第一转动机构100及设在底座1上方并与第一转动机构100上部联接的回转座103(见图2)、以及通过设在回转座103上的第二转动机构200与回转座103相连的下臂2、以及通过上臂回转轴4与下臂2的另一端转动联接的上臂3、以及与上臂3的另一端联接的腕部转动机构500；其中，上臂3和腕部转动机构500之间通过第四转动机构400相连。
如图1所示，本发明中，回转座103上还设有用于驱动所述上臂回转轴4转动第三转动机构300，第三转动机构300通过一连杆机构800与上臂回转轴4相连，所述连杆机构800包括与下臂2共同组成平行四边形结构的上摆杆801、下摆杆802及与下臂2平行的连杆803；上摆杆801的一端连接在上臂回转轴4的端部，另一端通上连轴804与连杆803一端相连；下摆杆802的一端通过下连轴805与连杆803的另一端相连，下摆杆802的另一端与第三转动机构300相连(见图2)。
如图4所示，本发明中，第一转动机构100包括设在底座1空腔内的输出轴竖直向上设置的第一伺服电机101、与第一伺服电机101的输出轴相连的第一减速机构102；回转座103的中部开口，第一减速机构102的动力输出端自底座1的顶部开口处伸出并套装在回转座103的中部开口处；回转座103底部与底座1的顶部之间设有回转支撑件104(其随回转座103一起转动)；回转座103的两侧设有平行的分别用于支撑第二转动机构200、第三转动机构300的支架1031。
并且，如图5所示，第二转动机构200包括输出轴与第一伺服电机101输出轴相垂直的第二伺服电机201以及与第二伺服电机201的输出轴相连的第二减速机构202，第二减速机构202固定在回转座103的一个支架1031上；第二减速机构202的动力输出端联接在下臂2的下端。
如图5所示，第三转动机构300包括输出轴与第二伺服电机201输出轴设于同一轴线的第三伺服电机301以及与第三伺服电机301的输出轴相连的第三减速机构302，第三减速机构302固定在回转座103的另一个支架1031上，第三减速机构302的动力输出端上套装有主动齿轮303，下摆杆802上与第三转动机构300相连的一端连接有从动齿轮轴5，从动齿轮轴5上设有与主动齿轮303相配合的从动齿轮304。
由于第三伺服电机301的输出轴与第二伺服电机201输出轴设在同一轴线上，用连杆803传递扭矩，这样可使机器臂中心降低，惯量减少，更增加了机器人的运行平稳性。
此外，本发明中，上臂3的与下臂2相连的一端固连有上臂连接件31，下臂2的两端分别固连有下臂上连接件21、下臂下连接件22，上臂3通过贯穿交叠的上臂连接件31和下臂上连接件21通过贯穿它们端部的上臂回转轴4相连，见图1、2。
如图6所示，在本发明优选的实施方式中，第四转动机构400包括输出轴与上臂3相垂直的第四伺服电机401、与第四伺服电机401的输出轴相连的第四减速机构402；第四减速机构402的动力输出端的端部与上臂连接座32相连，上臂连接座32连接在上臂3的一端。此外，第四减速机构402的动力输出端的侧面与一转臂403相连。采用这种结构，在第四伺服电机401和第四减速机构402的带动下，转臂403能够以第四伺服电机401的输出轴为中心在上臂3所在平面内转动，从而带动腕部转动机构500转动。
本发明中，所有的减速机构可采用常规的减速机构。
另外，本发明中的腕部转动机构500可以是传统五轴关节工业焊接机器人的腕部转动结构(腕部转动结构采用2个回转轴实现自旋转和俯仰)，也可以是六轴关节工业焊接机器人的腕部转动结构(腕部转动结构采用3个回转轴实现自旋转和俯仰)，后者见已递交的发明名称为“一种新型机器人腕部传动结构”的专利申请。即所述腕部传动结构可包括中空的前臂座和后臂座；前臂座的前端通过连接轴连接有用于连接机器人夹持部的夹持部连接件；前臂座和后臂座的相同的两侧分别连接有中空的第一侧臂、第二侧臂；所述后臂座中设有第一驱动机构，前臂座中设有与第一驱动机构相配合驱动夹持部连接件旋转的从动驱动机构，所述从动驱动机构通过设在第一侧臂中的第一腕连杆与第一驱动机构相连。
本发明在使用时，可通过第一转动机构100的回转座103的旋转带动整个机械人的机械臂在水平方向作圆周运动，可通过第二转动机构200带动下臂2摆动，可通过第三转动机构300和连杆机构800带动上臂3摆动，可通过第四转动机构400带动腕部转动机构500在水平方向作圆周运动，以补偿第一转动机构100带动回转座103旋转的精度问题，可以增大作业空间，也提高了运行精度。
本发明所述结构并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
Claims (7)
1.一种七轴工业焊接机器人，其特征在于，包括顶部开口的中空底座(1)、安装在底座(1)空腔内的第一转动机构(100)及设在底座(1)上方并与第一转动机构(100)上部联接的回转座(103)、以及通过设在回转座(103)上的第二转动机构(200)与回转座(103)相连的下臂(2)、以及通过上臂回转轴(4)与下臂(2)的另一端转动联接的上臂(3)、以及与上臂(3)的另一端联接的腕部转动机构(500)；其中，上臂(3)和腕部转动机构(500)之间通过第四转动机构(400)相连。
2.根据权利要求1所述的一种七轴工业焊接机器人，其特征在于，回转座(103)上还设有用于驱动所述上臂回转轴(4)转动第三转动机构(300)，第三转动机构(300)通过一连杆机构(800)与上臂回转轴(4)相连，所述连杆机构(800)包括与下臂(2)共同组成平行四边形结构的上摆杆(801)、下摆杆(802)及与下臂(2)平行的连杆(803)；上摆杆(801)的一端连接在上臂回转轴(4)的端部，另一端通上连轴(804)与连杆(803)一端相连；下摆杆(802)的一端通过下连轴(805)与连杆(803)的另一端相连，下摆杆(802)的另一端与第三转动机构(300)相连。
3.根据权利要求2所述的一种七轴工业焊接机器人，其特征在于，第一转动机构(100)包括设在底座(1)空腔内的输出轴竖直向上设置的第一伺服电机(101)、与第一伺服电机(101)的输出轴相连的第一减速机构(102)；回转座(103)的中部开口，第一减速机构(102)的动力输出端自底座(1)的顶部开口处伸出并套装在回转座(103)的中部开口处；回转座(103)底部与底座(1)的顶部之间设有回转支撑件(104)；回转座(103)的两侧设有平行的分别用于支撑第二转动机构(200)、第三转动机构(300)的支架(1031)。
4.根据权利要求3所述的一种七轴工业焊接机器人，其特征在于，第二转动机构(200)包括输出轴与第一伺服电机(101)输出轴相垂直的第二伺服电机(201)以及与第二伺服电机(201)的输出轴相连的第二减速机构(202)，第二减速机构(202)固定在回转座(103)的一个支架(1031)上；第二减速机构(202)的动力输出端联接在下臂(2)的下端。
5.根据权利要求4所述的一种七轴工业焊接机器人，其特征在于，第三转动机构(300)包括输出轴与第二伺服电机(201)输出轴设于同一轴线的第三伺服电机(301)以及与第三伺服电机(301)的输出轴相连的第三减速机构(302)，第三减速机构(302)固定在回转座(103)的另一个支架(1031)上，第三减速机构(302)的动力输出端上套装有主动齿轮(303)，下摆杆(802)上与第三转动机构(300)相连的一端连接有从动齿轮轴(5)，从动齿轮轴(5)上设有与主动齿轮(303)相配合的从动齿轮(304)。
6.根据权利要求1所述的一种七轴工业焊接机器人，其特征在于，上臂(3)的与下臂(2)相连的一端固连有上臂连接件(31)，下臂(2)的两端分别固连有下臂上连接件(21)、下臂下连接件(22)，上臂连接件(31)和下臂上连接件(21)通过贯穿它们端部的上臂回转轴(4)相连。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种七轴工业焊接机器人，其特征在于，第四转动机构(400)包括输出轴与上臂(2)相垂直的第四伺服电机(401)、与第四伺服电机(401)的输出轴相连的第四减速机构(402)；第四减速机构(402)的动力输出端的端部与上臂连接座(32)相连，上臂连接座(32)连接在上臂(3)的一端；第四减速机构(402)的动力输出端的侧面与一转臂(403)相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Seven-axis industrial welding robot Effective date of registration: 20190228 Granted publication date: 20170104 Pledgee: Bank of Jiangsu Limited by Share Ltd. Beijing branch Pledgor: WISE WELDING TECHNOLOGY & ENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: 2019990000164 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170104 Termination date: 20210906 |