CN107695580A - 一种六自由度自重构变胞式并联焊接机器人 - Google Patents

Abstract

一种六自由度自重构变胞式并联焊接机器人，由焊枪、靠近焊枪动平板的平板复合铰链部分、可调支链部分、靠近机架的机架复合铰链部分和机架组成，五个部分连接成一六自由度自重构的并联平台，通过调节控制并联平台来实现焊枪的各种焊接工作，并联焊接机器人可通过自动地改变连接方式灵活实现多个不同构型的转换，以便适应用户不同的工作需求，该焊接机器人焊接速度快，动态响应好，灵活性强，稳定性好，无积累误差，精度较高，结构紧凑，刚度高，承载能力大，能够完成复杂的焊接工序。

Description

一种六自由度自重构变胞式并联焊接机器人

技术领域

本发明涉及一种焊接机器人领域，特别是一种六自由度自重构变胞式并联焊接机器人。

背景技术

传统的焊接机器人，一般采用多个关节的机械手臂，以实现工作空间内位置和姿态的挑战，是一种能够自动完成焊接操作的装置。随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，焊接机器人相关的技术日益成熟，焊接机器人能够稳定和提高焊接质量，能代替工人在有害的环境中工作，改善工人的强度，提高劳动生产率，缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。

传统的焊接机器人一般为关节串联式的机械手臂，其重复定位精度高，但是稳定性不好，焊接时电缆线基本都会随着机器人的运动而不停的摆动，也无法实现复杂的空间曲线和狭小区间连续重复回转的焊接工作。中国专利201510561271.9公布了一种七轴工业焊接机器人，虽然工作空间大，重复定位精度高，但是其机构沉重冗余，稳定性不好，灵活性不高，不能实现一些复杂空间曲线等的焊接工作。

目前，尚未见到一种具有六个自由度并能够自重构且变胞并联式的，动态响应好，灵活性高，稳定性好，无积累误差，精度较高，能够在丝杠构型之间灵活切换，可完成复杂空间曲线焊接工作的焊接机器人的创新发明设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种六自由度自重构变胞式并联焊接机器人，能够自重构且为变胞并联式的焊接机器人，该焊接机器人具有六个自由度，灵活性高，动态响应好，稳定性好，无积累误差，精度较高，能够在丝杠构型之间灵活切换，完成复杂空间曲线焊接工作。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种六自由度自重构变胞式并联焊接机器人，该焊接机器人由焊枪、靠近焊枪平板的平板复合铰链部分、可调支链部分、靠近机架的机架复合铰链部分和机架组成，具体结构和连接关系为：

所述焊枪一端为一平板，焊枪平板与平板复合铰链通过转动副连接；

所述平板复合铰链部分由三个结构相同的铰链组成，每个铰链由平板复合铰链块一和平板复合铰链块二组成，平板复合铰链块一和平板复合铰链块二通过转动副连接，平板复合铰链块一和焊枪平板通过转动副连接，平板复合铰链块二和可调支链部分通过转动副连接；三个平板复合铰链与焊枪平板连接的位置组成一正三角形；

所述可调支链部分的三条可调支链都是由转杆、丝杠滑块、转杆制动装置、丝杠制止装置、丝杠和丝杠连杆组成，转杆的一端与平板复合铰链块二通过转动副连接，转杆的另一端通过转动副与丝杠滑块相连，转杆制动装置叠加于转杆和丝杠滑块连接的转动副的轴线处，丝杠制止装置与丝杠滑块相连，两者的相对位置不发生变化，丝杠滑块在丝杠的带动下沿着丝杠连杆滑动；

所述机架复合铰链部分由三个结构相同的铰链组成，每个铰链都是由机架复合铰链块一和机架复合铰链块二组成，机架复合铰链块一与丝杠连杆的端部以转动副连接，机架复合铰链块二与底座通过转动副连接，机架复合铰链块一和机架复合铰链块二两者之间通过转动副连接；

所述机架的截面为一倒T字型，固连于地面，机架的竖直板面上连接三个机架复合铰链，三个机架复合铰链与机架连接的位置组成一等边三角形。

所述转杆制动装置由左端盖、弹簧、通电螺线管、第一摩擦片、第二摩擦片、右端盖依次连接组成，左端盖上安装弹簧与通电螺旋管，第二摩擦片与右端盖固连在一起，右端盖与丝杠滑块固连，第一摩擦片通过滑键的配合来实现相对轴向的来回运动。

本发明的突出优点在于：

1、该焊接机器人比传统的串联式的焊接机器人，它焊接的速度快，动态响应好，稳定性好，无积累误差，精度较高，且该焊接机器人具有六个全自由度，灵活性强，能够适应不同的工作任务。

2、该焊接机器人具有多种构型，且能自动迅速地在各个构型自重构变胞，面向不同工作任务获得相应构型，每种构型的工作空间都不相同，用户可根据自身需求灵活的转换，以得到最佳的生产加工成果。

3、该焊接机器人相比于传统的焊接机器人，它的结构紧凑，刚度高，承载能力大，能够完成复杂的焊接工序，适应不同需求的焊接工作。

附图说明

图1是本发明所述的六自由度自重构变胞式并联焊接机器人的结构示意图。

图2是本发明所述的六自由度自重构变胞式并联焊接机器人的平板复合铰链的结构示意图。

图3是本发明所述的六自由度自重构变胞式并联焊接机器人的丝杠转杆的结构示意图。

图4是本发明所述的六自由度自重构变胞式并联焊接机器人的机架复合铰链的结构示意图。

图5是本发明所述的六自由度自重构变胞式并联焊接机器人的丝杠制止装置的爆炸示意图。

图6是本发明所述的六自由度自重构变胞式并联焊接机器人的第一构型示意图。

图7是本发明所述的六自由度自重构变胞式并联焊接机器人的第二构型示意图。

图8是本发明所述的六自由度自重构变胞式并联焊接机器人的第三构型示意图。

图9是本发明所述的六自由度自重构变胞式并联焊接机器人的第四构型示意图。

图中标记为：1.焊枪；2.平板复合铰链部分；3.可调支链部分；4.机架复合铰链部分；5.机架；21.平板复合铰链块一；22.平板复合铰链块二；31.丝杠；32.丝杠连杆；33.丝杠滑块；34.丝杠制止装置；35.转杆制动装置；36.转杆；41.机架复合铰链块一；42.机架复合铰链块二；351.左端盖；352.弹簧；353.通电螺线管；354.第一摩擦片；355.第二摩擦片；356.右端盖。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图1至图8所示，本发明所述的六自由度自重构变胞式并联焊接机器人，由焊枪1、靠近焊枪平板的平板复合铰链部分2、可调支链部分3、靠近机架的机架复合铰链部分4和机架5组成，具体结构和连接关系为：

所述的焊枪1的一端为一平板，焊枪平板与平板复合铰链2通过转动副连接；

所述平板复合铰链部分2由三个结构相同的铰链组成，每个铰链由平板复合铰链块一21和平板复合铰链块二22组成，平板复合铰链块一21和平板复合铰链块二22通过转动副连接，平板复合铰链块一21和焊枪平板通过转动副连接，平板复合铰链块二22和可调支链部分3通过转动副连接；三个平板复合铰链2与焊枪1平板连接的位置组成一正三角形；

所述可调支链部分3的三条可调支链都是由转杆36、丝杠滑块33、丝杠制止装置34、转杆制动装置35、丝杠31、丝杠连杆32组成，转杆36通过转动副与丝杠滑块33相连，转杆制动装置35叠加于转动副的轴线处，丝杠制止装置34与丝杠滑块33相连，两者的相对位置不发生变化，丝杠滑块33在丝杠的带动下沿着丝杠连杆32滑动；

所述机架复合铰链部分4的铰链都是由机架复合铰链块一41和机架复合铰链块二42组成，机架复合铰链块一41与丝杠连杆32以转动副连接，机架复合铰链块二42与底座机架5通过转动副连接，机架复合铰链块一41和机架复合铰链块二42两者之间通过转动副连接。

所述机架5的截面为一倒T字型，固连于地面，机架5的竖直板面上连接三个机架复合铰链4，三个机架复合铰链4与机架5连接的位置组成一等边三角形。

所述转杆制动装置35由左端盖351、弹簧352、通电螺线管353、第一摩擦片354、第二摩擦片355、右端盖356依次连接组成，左端盖351上安装弹簧352与通电螺旋管353，第二摩擦片355与右端盖356固连在一起，右端盖356与丝杠滑块33固连，第一摩擦片354通过滑键的配合来实现相对轴向的来回运动。

本发明的工作原理是：

丝杠制止装置34可通过通电螺线管的通断电来控制的，当丝杠滑块33移动到丝杠连杆32的末端时，丝杠制止装置34工作，可将丝杠滑块33卡死在丝杠连杆32的末端。对于转杆制动装置35，当断电时，第一摩擦片354在左端盖351上弹簧352的作用下与第二摩擦片355贴合在一起，产生制动力矩，使转杆36被卡死，不能相绕着丝杠滑块33转动，当通电时，左端盖351上的通电螺线管353产生一个力使第一摩擦片往左端盖351的方向运动，第一摩擦片354与第二摩擦片355分离，制动力矩消失，转杆36可绕丝杠滑块33转动。

该焊接机器人的三个平板复合铰链2分别于三条丝杠支链的一端以转动副连接，丝杠支链的另一端以转动副的连接方式与机架复合铰链4连接，于是，焊枪平板通过平板复合铰链2、可调支链3和机架复合铰链4与机架5连接起来，形成完整的三支链六自由度并联平台，通过该并联平板来调节焊枪1的位置以便完成相应的工作。首先，平板复合铰链和机架复合铰链可实现球铰的功能，可将平板复合铰链和机架复合铰链当成球副；当三条丝杠支链的丝杠滑块33都沿丝杠连杆32滑动，此时转杆36可在丝杠滑块33平行于丝杠连杆32移动，此时，焊枪1的工作空间较小，能完成简单的焊接工作，此种情况为焊接机器人的第一构型，六自由度并联平台的三条支链的连接方式为“球副-移动副-球副”；其次，当其中一条丝杠支链的丝杠制止装置34和转杆制动装置35工作时，该条丝杠支链的丝杠滑块33无法工作，转杆36可绕着丝杠滑块33转动，其余两条丝杠支链的工作状态没有发生变化，此时，焊枪的工作空间一般，能完成较为一般的工作，此种情况为焊接机器人的第二构型，六自由度并联平台的两条支链的连接方式为“球副-移动副-球副”，另外一条支链的连接方式为“球副-转动副-球副”；同理，当其中两条丝杠支链的丝杠制止装置34和转杆制动装置35工作时，这两条支链的转杆36可绕着丝杠滑块33转动，剩余的一条支链的工作状态没有变化，此时，焊枪1的工作空间较大，此种情况为焊接机器人的第三构型，六自由度并联平台的两条支链的连接方式为“球副-转动副-球副”，另外一条支链的连接方式为“球副-移动副-球副”；最后，当三条丝杠支链的转杆36均绕着滑块33转动时，此时，焊枪1的工作空间最大，可完成复杂的焊接工作，此种情况为焊接机器人的第四构型，六自由度并联平台的三条支链的连接方式为“球副-转动副-球副”。

Claims (2)

1.一种六自由度自重构变胞式并联焊接机器人，其特征在于，该焊接机器人由焊枪、靠近焊枪平板的平板复合铰链部分、可调支链部分、靠近机架的机架复合铰链部分和机架组成，具体结构和连接关系为：

所述焊枪一端为一平板，焊枪平板与平板复合铰链通过转动副连接；

所述平板复合铰链部分由三个结构相同的铰链组成，每个铰链由平板复合铰链块一和平板复合铰链块二组成，平板复合铰链块一和平板复合铰链块二通过转动副连接，平板复合铰链块一和焊枪平板通过转动副连接，平板复合铰链块二和可调支链部分通过转动副连接；三个平板复合铰链与焊枪平板连接的位置组成一正三角形；

所述可调支链部分的三条可调支链都是由转杆、丝杠滑块、转杆制动装置、丝杠制止装置、丝杠和丝杠连杆组成，转杆的一端与平板复合铰链块二通过转动副连接，转杆的另一端通过转动副与丝杠滑块相连，转杆制动装置叠加于转杆和丝杠滑块连接的转动副的轴线处，丝杠制止装置与丝杠滑块相连，两者的相对位置不发生变化，丝杠滑块在丝杠的带动下沿着丝杠连杆滑动；

所述机架复合铰链部分由三个结构相同的铰链组成，每个铰链都是由机架复合铰链块一和机架复合铰链块二组成，机架复合铰链块一与丝杠连杆的端部以转动副连接，机架复合铰链块二与底座通过转动副连接，机架复合铰链块一和机架复合铰链块二两者之间通过转动副连接；

所述机架的截面为一倒T字型，固连于地面，机架的竖直板面上连接三个机架复合铰链，三个机架复合铰链与机架连接的位置组成一等边三角形。

2.根据权利要求1所述的六自由度自重构变胞式并联焊接机器人，其特征在于，所述转杆制动装置由左端盖、弹簧、通电螺线管、第一摩擦片、第二摩擦片、右端盖依次连接组成，左端盖上安装弹簧与通电螺旋管，第二摩擦片与右端盖固连在一起，右端盖与丝杠滑块固连，第一摩擦片通过滑键的配合来实现相对轴向的来回运动。