CN108453713A - 全位置自动焊接机器人的末端执行器设计 - Google Patents
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Abstract
全位置自动焊接机器人的末端执行器设计。相贯线机器人在进行焊接作业时，结构不够灵活，运动干涉性太强，局限性大，不利于焊接工作的正常进行，基于此在焊接机器人的基础上对机器人的末端执行器进行设计，以蛇形机构为主体，单电机驱动多关节的方式控制焊枪进行姿态变换，使得焊枪部分能够更加灵活，有益于全位置焊接作业。本发明用于自动焊接领域。
Description
技术领域
本发明涉及机器人自动焊接领域，具体涉及一种全位置自动焊接机器人的末端执行器设计。
背景技术
在自动化行业越来越成熟的现代化工业中，自动焊接机器人的地位也越来越高。传统的焊接机器人机构体型大，各关节运动耦合，干涉明显，难以有效地实现焊接操作，局限性太大，且在完成工件焊接之后，需等待下一个工件进行安装完毕之后才能进行焊接，浪费时间。基于此，采用旋转机构和蛇形机构的方式对机器人进行设计，使机器人更加灵活，结构更加紧凑，并且能够对多个工件进行整周旋转焊接。
发明内容
本发明的目的是提供一种全位置自动焊接机器人的设计，其特征在于，该组成包括直线位移机构、旋转机构、图像采集机构、末端执行机构，直线位移机构包括X移动关节（2）、Z移动关节（4）、Y移动关节（5）和升降关节（6），用于调整机器人相对于工件的焊接位置；旋转机构包括旋转关节（3），使机器人能够灵活地进行圆周旋转，调整机器人的位姿，方便对一个或者多个工件进行焊接操作；图像采集机构包括视觉系统（9），通过采集到的工件焊缝信息指导机器人系统进行精确的焊接作业；末端执行机构（8）即为所设计的蛇形焊枪，通过焊枪枪身（10）夹持在机械臂（7）上，基座（11）用于放置电机，通过基座内的电机为全部关节提供动力，各弯曲关节通过连接齿轮轴（13）进行铰接，通过齿轮之间的传动实现关节弯曲变换，最终改变焊枪枪嘴（14）相对于焊缝的姿态，实现焊枪焊接时的工作角变化，各个关节上均装有一个滑孔（12）用于送气软管（15）穿过并最终到达枪嘴处，用于输送保护气体；
焊枪采用蛇形机构进行设计，采用单电机驱动多关节的方式实现控制，电机置于焊枪基座内，使用机械传动的方式实现各个关节的控制，驱动各关节之间的轴联动，通过输入换向齿轮组将高速旋转运动传递给耦合传动结构，通过两个同轴的锥齿轮行星轮系将高速运动传递给低速运动结构和下一个关节，实现焊枪的弯曲运动；
高速运动结构由输入换向齿轮组（直齿轮2、3、4）、离合器（1）和锥齿轮组（锥齿轮1、3、4、5）组成，将基座内直流电机输出的高速旋转运动无损或少损的依次通过各个串联关节传递到机械臂末端；
耦合传动结构其组成包括输入换向齿轮组（直齿轮2、3、4）、离合器组（离合器1、2和制动器）、输出换向齿轮组（直齿轮5、6、7），输入换向齿轮组和输出换向齿轮组一般均为定轴轮系，其中输入换向齿轮组用于将高速运动结构传递来的运动无损的传递给离合器组中所有的离合器，输出换向齿轮组用于将离合器组输出的运动传递给低速运动结构输入端；
低速运动结构由一只谐波减速器和待驱动体组成，用于将关节所需的能量进行力矩放大驱动待驱动体。
本发明的有益效果。
本发明采用蛇形机构的方式进行设计减少了复杂的关节驱动器和控制器，在节约能量、降低造价、减轻重量、增强系统灵活度等方面有优越性。
附图说明
图1为全位置自动焊接机器人的整体示意图。
图2为全位置自动焊接机器人蛇形焊枪的示意图。
图3为蛇形焊枪的传动机构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，参照附图，对本发明进一步详细说明。
全位置自动焊接机器人的设计，该组成包括直线位移机构、旋转机构、末端执行机构、图像采集机构。
所述的直线位移机构包括X移动关节、Z移动关节、Y移动关节和升降关节，用于调整机器人相对于工件的焊接位置。
所述的旋转机构包括旋转关节，使机器人能够灵活地进行圆周旋转，调整机器人的位姿，方便对一个或者多个工件进行焊接操作。
所述的末端执行机构包括焊枪控制基座、固定环孔、连接轴、软管和导电嘴组成。
所述的图像采集机构包括视觉系统，通过采集到的工件焊缝信息指导机器人系统进行精确的焊接作业。
所述的焊枪采用蛇形机构进行设计，采用单电机驱动多关节的方式实现控制，电机置于焊枪基座内，使用机械传动的方式实现各个关节的控制，驱动各关节之间的轴联动，通过输入换向齿轮组将高速旋转运动传递给耦合传动结构，通过两个同轴的锥齿轮行星轮系将高速运动传递给低速运动结构和下一个关节，实现焊枪的弯曲运动。
所述的高速运动结构由输入换向齿轮组（直齿轮2、3、4）、离合器（1）和锥齿轮组（锥齿轮1、3、4、5）组成，将基座内直流电机输出的高速旋转运动无损或少损的依次通过各个串联关节传递到机械臂末端。
所述的耦合传动结构其组成包括输入换向齿轮组（直齿轮2、3、4）、离合器组（离合器1、2和制动器）、输出换向齿轮组（直齿轮5、6、7），输入换向齿轮组和输出换向齿轮组一般均为定轴轮系，其中输入换向齿轮组用于将高速运动结构传递来的运动无损的传递给离合器组中所有的离合器，输出换向齿轮组用于将离合器组输出的运动传递给低速运动结构输入端。
所述的低速运动结构由一只谐波减速器和待驱动体组成，用于将关节所需的能量进行力矩放大驱动待驱动体。
具体实施例。
当一个工件固定完成之后，调整机器人的旋转关节和X移动关节使机器人整体对准工件，驱动Z移动关节调整机械臂与工件的垂直距离，驱动Y移动关节调整机械臂与工件的水平距离。
初步调整整体机器人相对工件的距离，调整完成之后，使用视觉系统对焊缝进行采样提取，使用图像处理技术对提取到的图像进行分析处理。
根据图像处理得到的信息，控制系统驱动机器人通过移动关节的运动调整焊枪与工件的位置，使焊枪导电嘴能够到达焊缝焊点处。
当焊枪位于焊点时，机器人根据焊缝信息开始进行焊接作业。
焊接过程中，驱动Y移动关节和升降关节对焊枪的行走进行微调整，使焊枪能够大致沿着焊缝进行行走。
同时，焊枪本身能够调整工作角度，通过焊枪控制系统使电机通过各个轴进行动力传送，通过输入换向齿轮组将高速旋转运动传递给耦合传动结构，耦合传动结构中输入换向齿轮组和输出换向齿轮组为定轴轮系，输入换向齿轮组将高速运动结构传递来的运动无损的传递给离合器组中所有的离合器。
输出换向齿轮组将离合器组输出的运动传递给低速运动结构输入端，通过两个同轴的锥齿轮行星轮系将高速运动传递给低速运动结构和下一个关节，实现关节弯曲变化，最终使导电嘴精确对准焊缝。
通过软管向导电嘴处输送保护气和焊丝，焊枪开始工作进行焊接。
当一个工件焊接完成之后，通过旋转机构调整机器人的位置，开始对另外一个工件进行焊接，同时原工作台可以安装新的工件。
Claims (2)
1.全位置自动焊接机器人的末端执行器设计，其特征在于，该组成包括直线位移机构、旋转机构、图像采集机构、末端执行机构，其中；
所述的旋转机构包括旋转关节（3），使机器人能够灵活地进行圆周旋转，调整机器人的位置，方便对一个或者多个工件进行焊接操作；
所述的末端执行机构（8）即为所设计的蛇形焊枪，通过焊枪枪身（10）夹持在机械臂上，基座（11）用于放置电机，通过基座内的电机为全部关节提供动力，各弯曲关节通过连接齿轮轴（13）进行铰接，通过齿轮之间的传动实现关节弯曲变换，最终改变焊枪枪嘴（14）相对于焊缝的姿态，实现焊枪焊接时的工作角变化，各个关节上均装有一个滑孔（12）用于送气软管（15）穿过并最终到达枪嘴处，用于输送保护气体。
2.根据权利要求1所述的全位置自动焊接机器人的末端执行器设计，其特征在于，末端执行机构所用的焊枪采用蛇形机构进行设计，使用单电机驱动多关节的方式实现控制，电机置于焊枪基座内，由电机带来的高速旋转运动需要经过输入换向齿轮组传递给耦合传动结构，通过两个同轴的锥齿轮行星轮系将高速运动传递给低速运动结构和下一个关节，使用机械传动的方式实现各个关节的控制，驱动各关节之间的轴联动，实现焊枪的弯曲运动；
所述的耦合传动结构其组成包括输入换向齿轮组(直齿轮2、3、4)、离合器组（离合器1、2和制动器）、输出换向齿轮组（直齿轮5、6、7），输入换向齿轮组和输出换向齿轮组一般均为定轴轮系，其中输入换向齿轮组用于将高速运动结构传递来的运动无损的传递给离合器组中所有的离合器，输出换向齿轮组用于将离合器组输出的运动传递给低速运动结构输入端。
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