CN110900631A - 一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人及其加工控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人及其加工控制方法，属于机械制造领域。履带行走装置水平布置，所述焊接机械臂固定安装在所述履带行走装置上方，所述铣磨工具头固定安装在所述履带行走装置左侧面。本发明结构稳定，为五轴串联多关节机器人，通过将焊接部分和铣削部分合理布置在行走装置上使得工件无需换用机床以提高生产效率，灵活性高，生产效率高，能够适用更多场合的焊接铣削，具有较好的应用价值和市场前景。

Description

一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人及其加工控制方法

技术领域

本发明属于机械制造领域，具体为一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人。

背景技术

伴随着新一轮工业革命的到来，制造业正向着大型化、微型化，两级发展。制造大型装备，离不开能够加工其的大型加工设备，然而我国对大型钢结构的加工研究起步较晚，面临诸多挑战。

钢结构具有强度高、质量轻、材料均匀、塑性、韧性好、抗震性能优越、制造简单、工业化程度高等特点，其中大型钢结构在建筑、矿山机械、石油机械、船舶、舰艇等领域得到广泛应用。大型钢结构件在使用之前，首先要把牛角、斜板、檩托等支撑件固定连接到标准钢结构的确定位置，现有焊接、铆接和螺栓连接方式，但是主要以焊接为主，焊接后一般需要对焊缝进行铣磨和抛光处理。大型钢结构件往往是单件小批量生产，现场进行加工组装，一般机器人所需的轨道铺设不便，灵活度不够高。在对大型钢结构件焊接完后往往需要换用专用铣床，搬运移动不方便，经济性差。

发明内容

本发明提供一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人及其加工控制方法，以解决现有的大型结构钢工件加工中存在不易搬运，多为现场加工，机器人灵活性较差，且专用机床费用昂贵柔性低适应性弱等问题。

本发明采取的技术方案是：包括焊接机械臂、铣磨工具头、履带行走装置，其中履带行走装置水平布置，所述焊接机械臂固定安装在所述履带行走装置上方，所述铣磨工具头固定安装在所述履带行走装置左侧面。

所述的焊接机械臂包括小臂大端、底座组件、交流伺服电机四、腰座、大臂、小臂小端、CCD传感器、焊枪架、焊枪、防撞传感器、防撞支架，所述的小臂大端与所述小臂小端通过谐波减速器一联接，所述CCD传感器固定安装在所述小臂小端上传感器支架上，所述焊枪固定安装在所述焊枪架上，所述焊枪架通过螺钉与所述防撞传感器固定联接，所述防撞传感器通过螺钉与所述防撞支架固定联接，所述防撞支架固定安装在所述小臂小端上的谐波减速器二外壳上部。所述小臂大端通过谐波减速器三与所述大臂联接，所述大臂通过谐波减速器四与所述腰座联接，所述交流伺服电机四固定安装在所述腰座上，其输出轴通过平键与谐波减速器四联接，所述腰座通过螺钉连接固定安装在所述底座组件的底座上壳体上。

所述的小臂大端包括交流伺服电机一、梅花弹性联轴器一、交流伺服电机二、梅花弹性联轴器二、空心轴光电编码器、谐波减速器一、内六角圆柱头螺钉一、开槽紧定螺钉、齿轮轴、齿轮减速器、光电编码器、连接套、五轴传动轴、空心齿轮轴、电机座，其中交流伺服电机一固定安装在所述电机座上，所述交流伺服电机二固定安装在所述电机座上，所述交流伺服电机一的输出轴通过所述梅花弹性联轴器一与齿轮轴联接，所述交流伺服电机二的输出轴通过梅花弹性联轴器二与所述五轴传动轴联接，所述空心轴光电编码器通过开槽紧定螺钉固定在所述梅花弹性联轴器二和所述齿轮减速器之间的所述五轴传动轴上，所述空心齿轮轴套在所述五轴传动轴上，并与所述齿轮轴上的小齿轮形成配合，所述光电编码器通过开槽紧定螺钉固定安装在齿轮轴最右侧的轴段上，所述连接套通过平键固定在空心齿轮轴上，所述谐波减速器一通过螺钉连接固定安装在所述小臂大端的外壳以及所述连接套上，右侧通过螺钉固定联接在所述小臂小端的外壳上，所述小臂大端外壳通过所述内六角圆柱头螺钉一与谐波减速器三固定联接，所述齿轮减速器固定安装在所述小臂大端外壳内，所述电机座固定安装在所述小臂大端外壳内。

所述小臂小端包括梅花弹性联轴器三、锥齿轮减速器、谐波减速器二、右侧锥齿轮轴、传感器支架、左侧锥齿轮轴，其种五轴传动轴穿过所述小臂大端外壳右侧和谐波减速器一以及小臂小端外壳左侧上的中心孔，通过梅花弹性联轴器三与左侧锥齿轮轴联接，所述锥齿轮减速器通过螺钉连接固定安装在所述小臂小端外壳内，其内部主要由所述右侧锥齿轮轴和所述左侧锥齿轮轴通过锥齿轮配合联接构成，所述右侧锥齿轮轴穿过所述小臂小端外壳上部中心孔，通过平键与所述谐波减速器二联接，所述谐波减速器二通过螺钉连接固定安装在小臂小端外壳上侧，所述传感器支架固定安装在所述小臂小端外壳的右侧上。

所述大臂包括谐波减速器三、交流伺服电机五、谐波减速器四、内六角圆柱头螺钉二，其中所述谐波减速器三固定安装在所述大臂右侧，所述交流伺服电机五的输出轴通过所述大臂上的孔与所述谐波减速器三联接，并且所述交流伺服电机五通过螺钉固定安装在大臂左侧，所述谐波减速器四通过内六角圆柱头螺钉二固定安装在大臂上，同时所述谐波减速器四通过螺钉与腰座联接。

所述底座组件包括交流伺服电机三、连接板、底座上壳体、防尘盖、底座、内六角圆柱头螺钉三、中心轴、小齿轮、中心大齿轮、齿轮连接短轴、内六角圆柱头长螺钉、谐波减速器五、轴承一、轴承二、立柱，其中防尘盖通过14个均等分布的内六角圆柱头螺钉三与底座上壳体固定连接，所述底座上壳体通过轴承一支撑在所述底座上，并与所述底座形成上下配合，所述中心轴下侧通过挡板固定安装在所述底座上，上侧通过轴承二与所述底座上壳体形成以中心线为基准的里外配合，其中所述轴承二通过圆螺母固定轴向运动，所述中心大齿轮与所述底座固定联接，并与所述小齿轮形成齿轮配合。所述齿轮连接短轴穿过小齿轮中心孔形成孔轴配合，并通过平键连接与小齿轮形成周向固定，同时所述齿轮连接短轴通过螺钉连接固定安装在所述谐波减速器五上，所述交流伺服电机三固定安装在所述连接板上，所述连接板与所述谐波减速器五以及立柱一起通过所述内六角圆柱头长螺钉固定安装在所述底座上壳体上，所述交流伺服电机三的输出轴通过平键与所述谐波减速器五形成周向联接，所述谐波减速器五下端穿过所述底座上壳体右侧圆孔与所述齿轮连接短轴联接。

所述的铣磨工具头包括上步进电机、上线性线绕联轴器、上导轨、上底座、下丝杠、下线性线绕联轴器、下步进电机、下底座、下导轨、下滑块、下工作台、上滑块、磨抛头、上工作台、电主轴、内六角圆柱头螺钉四、上丝杠、滚珠螺母、螺母座、铣磨转台、铣刀，其中上步进电机通过内六角圆柱头螺钉四固定安装在所述上底座上，其输出轴通过所述上线性线绕联轴器与所述上丝杠联接，所述滚珠螺母通过螺钉连接固定安装在所述螺母座的左右两侧，所述滚珠螺母通过滚珠螺母副联接在所述上丝杠上，所述螺母座在两个所述滚珠螺母之间同过自身中心孔穿过所述上丝杠，所述螺母座通过螺钉与所述上工作台固定连接。所述电主轴固定安装在所述铣磨转台上，所述铣磨转台固定安装在上工作台上。所述磨抛头和所述铣刀分别安装在所述电主轴两侧。所述上滑块固定安装在所述上工作台下面前后两端，所述上滑块坐在所述上导轨上，形成导轨滑块副，所述上导轨固定安装在所述上底座上，所述下工作台固定安装在所述上底座下方，所述下滑块固定安装在所述下工作台下方，所述下滑块坐在下导轨上形成滑块导轨副，所述下导轨固定安装在所述下底座上，所述下步进电机的输出轴通过所述下线性线绕联轴器与所述下丝杠联接。

所述的履带行走装置包括同轴双输入行星减速器传动组件、机器人底盘、支重轮、右限位螺钉、支重轮摆臂、左限位螺钉、履带、张紧轮组件、螺旋拉伸弹簧、底盘盖板、摆臂轴，其中同轴双输入行星减速器传动组件穿过并固定安装在所述机器人底盘上，所述张紧轮组件固定安装在所述机器人底盘上，所述螺旋拉伸弹簧左端固定连接在所述机器人底盘上，右端与所述支重轮摆臂上部中心孔联接，所述摆臂轴固定安装在所述机器人底盘上，穿过所述支重轮摆臂下部中心孔，所述支重轮安装在所述支重轮摆臂末端，均匀分布在所述机器人底盘两侧，并与两侧所述履带配合。

所述同轴双输入行星减速器传动组件包括蜗杆、蜗轮轴、蜗轮、H同步带轮、太阳轮轴、驱动轮连接法兰、行星架空心轴、行星齿轮、压板、连接柱、主动链轮轮毂、带轮输入电机、梅花弹性联轴器四、蜗杆输入减速器，其中同轴双输入行星减速器传动组件对称分布在所述履带行走装置两端，所述带轮输入电机固定安装在所述底盘盖板上，所述带轮输入电机的输出轴通过平键与所述H同步带轮联接，所述H同步带轮通过平键与所述行星架空心轴联接，固定所述行星架空心轴的周向运动，所述行星架空心轴穿过所述驱动轮连接法兰中心孔以及所述主动链轮轮毂上的轴孔，并通过螺钉连接与所述行星齿轮固定联接，同时所述行星架空心轴通过所述连接柱与压板固定联接，所述压板通过螺钉连接与所述行星齿轮固定联接，所述行星齿轮与所述主动链轮轮毂齿圈内啮合，同时所述行星齿轮与所述太阳轮轴外啮合，所述蜗杆输入减速器固定安装在所述底盘盖板上，所述蜗杆输入减速器的输出轴通过所述梅花弹性联轴器四与所述蜗杆联接，所述蜗杆与对应的所述蜗轮啮合，所述蜗轮通过平键与所述蜗轮轴联接，所述涡蜗轮轴下端空心部分通过键连接与所述太阳轮轴联接，所述太阳轮轴套在所述行星架空心轴内部形成配合关系，所述太阳轮轴下端穿过所述主动链轮轮毂中心孔，所述太阳轮轴末端的太阳轮与所述行星齿轮外啮合，所述驱动轮连接法兰固定安装在所述机器人底盘上。

所述张紧轮组件包括螺纹活塞缸、弹簧座、活塞轴、螺旋压缩弹簧、张紧轮轴、张紧轮轮毂，其中螺纹活塞缸固定安装在所述机器人底盘上，所述弹簧座中心孔套在所述螺纹活塞缸外螺纹上，并通过旋紧在所述螺纹活塞缸上的两个圆螺母进行定位，所述活塞轴右侧端轴通过键连接与螺钉连接以及套筒固定安装在所述机器人底盘下边缘壁上，所述活塞轴左端穿过所述螺纹活塞缸并通过套筒与挡板与所述螺纹活塞缸联接，所述螺旋压缩弹簧穿过所述活塞轴并通过左右所述弹簧座定位压紧，所述张紧轮轴上端有一个与轴垂直方向的圆通孔，所述活塞轴穿过该通孔，并通过左右两个垫片定位所述张紧轮轴，所述张紧轮轮毂通过轴承与所述张紧轮轴形成轴孔配合。

一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人加工控制方法，包括下列步骤：

步骤一：操作者将要加工的工序数据信息发送给现场控制PC平台端，同时，该焊接铣磨一体化机器人通过CCD图像识别检验非安全区内是否有人，若非安全区无人则可以启动机器人，否则不能启动装置；

步骤二：现场控制PC平台端接收到焊接指令后，首先启动履带行走装置，通过同轴双输入行星减速器可实现6种工况的运动，控制系统分析计算出最优路径后给出指令，两侧的同轴双输入行星减速器内部的4个输入电机接到指令后做出相应的转速和转向的改变，保证履带行走装置正常运行，当履带行走装置走到指定位置之后，CCD传感器将信号传递给控制系统，履带行走装置移动完毕；

同轴双输入行星减速器输出表(+：正转；-：反转)

步骤三：在履带行走装置移动地同时，控制系统将指令一并传给焊接机械臂，当收到工作指令后焊接机械臂五轴联动，同时CCD传感器识别路径，实时反馈并将信息传给控制系统，控制系统对各个电主轴及电机进行控制，将焊枪移动到指定位置。现场控制PC平台端检测安全环境，若环境安全可以开始焊接工作，系统指令焊枪开始进行焊接工作，完成接铣磨一体化机器人的焊接过程；

步骤四：现场控制PC平台端接收到铣削指令后，首先启动履带行走装置，通过同轴双输入行星减速器可实现6种工况的运动，控制系统分析计算出最优路径后给出指令，两侧的同轴双输入行星减速器内部的4个输入电机接到指令后做出相应的转速和转向的改变，保证履带行走装置正常运行，当履带行走装置走到指定位置之后，CCD传感器将信号传递给控制系统，履带行走装置移动完毕；

步骤五：在履带行走装置到达指定位置后，铣磨工具头开始工作，当收到现场控制PC平台端工作指令后，x、y二轴丝杠电机以及铣磨转台开始运转并将铣刀或磨抛头移动到指定位置，待现场控制PC平台端检测安全环境合格后，控制系统发送指令，铣磨电主轴在接收到系统指令后开始运转，同时铣刀或磨抛头开始工作，完成焊接铣磨一体化机器人的铣磨过程；

步骤六：如机器人发生干涉、故障，现场可自动控制PC端或手动操控面板紧急启动安全模式，停止所有指令，关闭焊接铣磨一体化机器人，随后待故障解除后再按动启动按钮，机器人在复位后自动检测自身环境，安全无误后再开始继续工作。

本发明的有益效果是：为五轴串联多关节机器人，通过将焊接部分和铣削部分合理布置在行走装置上使得工件无需换用机床以提高生产效率，同时解决了现有的大型结构钢工件不易搬运，多为现场加工，机器人灵活性较差且专用机床费用昂贵柔性低适应性弱等问题，本发明具有更广的适应性。

采用弹簧摆臂结构的支重轮来抵消支撑面的不平，同时采用左右限位螺钉限制摆臂活动范围，这种类似汽车独立悬挂的摆臂结构，可使机器人行进过程中，部分抵消坑洼基面而导致机器人倾斜的影响，可以使得机器人自由通过不平路段，提高稳定性和生产效率。

通过一种同轴双输入行星减速器使机器人结构更加紧凑的同时实现多工况输出，该结构将传统的并行输入的行星减速器改为同轴输入置于驱动轮轮毂内，可以通过改变两输入电机转速及转向，实现六种工况的动力输出，在不改变电机转速的情况下实现三种工况的动力输出。同时因为该减速器置于轮毂内可以减小上一级减速器的尺寸，使得机器人结构更加紧凑、重量更轻。

机械臂各轴的驱动动力形式为交流伺服电动机通过谐波减速器配与不同的齿轮减速器减速驱动，焊接机械臂采用多关节结构，该种结构运动灵活，工作范围大，并使用电主轴作为主轴电机，可简化机床设计，切削运动精度高，响应速度快。

通过将铣刀和磨抛头安装在电主轴两端，通过铣磨转台换用刀头，使机器人可以同时或分别进行铣削和磨抛，提高了工作效率。

本发明可在不换用机床的情况下实现焊接和铣磨两个工序，提高加工精度和效率。采用轻量谐波减速器作为减速装置，可大大降低机械臂的整体重量。履带式行走机构的驱动轮采用双电机输入的同轴行星轮边减速器结构，行星减速器置于驱动轮内，其太阳轮与蜗轮蜗杆减速器连接，行星架与同步带轮连接，该种驱动方式可以在不改变电机转速的情况下实现三种工况的动力输出，在改变电机转速和转向情况下可以实现六种及更多工况的输出。通过在三自由度工作台上安装铣磨电主轴，既可以铣削又可以实现磨抛，无需换用机床，提高了工作效率。通过弹簧摆臂结构的支重轮来抵消支撑面的不平，可以使机器人自由通过多种路况，适应性更强。本发明结构稳定，灵活性高，生产效率高，能够适用更多场合的焊接铣削，具有较好的应用价值和市场前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明焊接机械臂的结构示意图；

图3是本发明焊接机械臂的左剖视图；

图4是本发明焊接机械臂上部的正面剖视图；

图5是本发明焊接机械臂底座组件爆炸图；

图6是本发明铣磨工具头的正面部分剖视图；

图7是本发明铣磨工具头的结构示意图；

图8是本发明履带行走装置的结构示意图；

图9是本发明同轴双输入行星减速器传动组件剖视图；

图10是本发明张紧轮组件剖视图；

图11是本发明系统控制流程图；

图中，焊接机械臂1、铣磨工具头2、履带行走装置3、小臂大端101、交流伺服电机一102、梅花弹性联轴器一103、交流伺服电机二104、梅花弹性联轴器二105、空心轴光电编码器106、谐波减速器一107、交流伺服电机三108、连接板109、底座上壳体110、防尘盖111、底座112、交流伺服电机四113、腰座114、大臂115、小臂小端116、梅花弹性联轴器三117、锥齿轮减速器118、CCD传感器119、谐波减速器二120、防撞传感器121、焊枪架122、焊枪123、内六角圆柱头螺钉一124、谐波减速器三125、交流伺服电机五126、谐波减速器四127、内六角圆柱头螺钉二128、内六角圆柱头螺钉三129、中心轴130、小齿轮131、中心大齿轮132、齿轮连接短轴133、内六角圆柱头长螺钉134、谐波减速器五135、开槽紧定螺钉136、齿轮轴137、齿轮减速器138、光电编码器139、防撞支架140、右侧锥齿轮轴141、传感器支架142、左侧锥齿轮轴143、连接套144、五轴传动轴145、空心齿轮轴146、电机座147、轴承一148、轴承二149、立柱150、底座组件151、上步进电机201、上线性线绕联轴器202、上导轨203、上底座204、下丝杠205、下线性线绕联轴器206、下步进电机207、下底座208、下导轨209、下滑块210、下工作台211、上滑块212、磨抛头213、上工作台214、电主轴215、内六角圆柱头螺钉四216、上丝杠217、滚珠螺母218、螺母座219、铣磨转台220、铣刀221、同轴双输入行星减速器传动组件301、机器人底盘302、支重轮303、右限位螺钉304、支重轮摆臂305、左限位螺钉306、履带307、张紧轮组件308、螺旋拉伸弹簧309、底盘盖板310、摆臂轴311、蜗杆30101、蜗轮轴30102、蜗轮30103、H同步带轮30104、太阳轮轴30105、驱动轮连接法兰30106、行星架空心轴30107、行星齿轮30108、压板30109、连接柱30110、主动链轮轮毂30111、带轮输入电机30112、梅花弹性联轴器四30113、蜗杆输入减速器30114、螺纹活塞缸3081、弹簧座3082、活塞轴3083、螺旋压缩弹簧3084、张紧轮轴3085、张紧轮轮毂3086。

具体实施方式

参见图1，包括焊接机械臂1、铣磨工具头2、履带行走装置3，其中履带行走装置3水平布置，焊接机械臂1固定安装在履带行走装置3上方，铣磨工具头2固定安装在履带行走装置3左侧面。

如图2、图3、图4所示，所述焊接机械臂1包括小臂大端101、底座组件151、交流伺服电机四113、腰座114、大臂115、小臂小端116、CCD传感器119、焊枪架122、焊枪123、防撞传感器121、防撞支架140，其中小臂大端101与小臂小端116通过谐波减速器一107联接，CCD传感器119固定安装在小臂小端116上传感器支架142上。焊枪123固定安装在焊枪架122上，焊枪架122通过螺钉与防撞传感器121固定联接，防撞传感器121通过螺钉与防撞支架140固定联接，防撞支架140固定安装在小臂小端116上的谐波减速器二120外壳上部。小臂大端101通过谐波减速器三125与大臂115联接，大臂115通过谐波减速器四127与腰座114联接。交流伺服电机四113固定安装在腰座114上，其输出轴通过平键与谐波减速器四127联接。腰座114通过螺钉连接固定安装在底座组件151的底座上壳体110上。

如图2、图3、图4所示，所述小臂大端101包括交流伺服电机一102、梅花弹性联轴器一103、交流伺服电机二104、梅花弹性联轴器二105、空心轴光电编码器106、谐波减速器一107、内六角圆柱头螺钉一124、开槽紧定螺钉136、齿轮轴137、齿轮减速器138、光电编码器139、连接套144、五轴传动轴145、空心齿轮轴146、电机座147；其中交流伺服电机一102固定安装在电机座147上，交流伺服电机二104固定安装在电机座147上。交流伺服电机一102的输出轴通过梅花弹性联轴器一103与齿轮轴137联接，交流伺服电机二104的输出轴通过梅花弹性联轴器二105与五轴传动轴145联接，空心轴光电编码器106通过开槽紧定螺钉136固定在梅花弹性联轴器二105和齿轮减速器138之间的五轴传动轴145上，空心齿轮轴146套在五轴传动轴145上，并与齿轮轴137上的小齿轮形成配合。光电编码器139通过开槽紧定螺钉固定安装在齿轮轴137最右侧的轴段上。连接套144通过平键固定在空心齿轮轴146上。谐波减速器一107通过螺钉连接固定安装在小臂大端101的外壳以及连接套144上，右侧通过螺钉固定联接在小臂小端116的外壳上。小臂大端101外壳通过内六角圆柱头螺钉一124与谐波减速器三125固定联接。齿轮减速器138固定安装在小臂大端101外壳内，电机座147固定安装在小臂大端101外壳内。

如图2、图4所示，小臂小端116包括梅花弹性联轴器三117、锥齿轮减速器118、谐波减速器二120、右侧锥齿轮轴141、传感器支架142、左侧锥齿轮轴143，其中五轴传动轴145穿过小臂大端101外壳右侧和谐波减速器一107以及小臂小端116外壳左侧上的中心孔，通过梅花弹性联轴器三117与左侧锥齿轮轴143联接，锥齿轮减速器118通过螺钉连接固定安装在小臂小端116外壳内，其内部主要由右侧锥齿轮轴141和左侧锥齿轮轴143通过锥齿轮配合联接构成，右侧锥齿轮轴141穿过小臂小端116外壳上部中心孔，通过平键与谐波减速器二120联接，谐波减速器二120通过螺钉连接固定安装在小臂小端116外壳上侧，传感器支架142固定安装在小臂小端116外壳的右侧上。

大臂115，如图3所示，大臂115包括谐波减速器三125、交流伺服电机五126、谐波减速器四127、内六角圆柱头螺钉二128等。谐波减速器三125固定安装在大臂115右侧。交流伺服电机五126的输出轴通过大臂115上的孔与谐波减速器三125联接，并且交流伺服电机五126通过螺钉固定安装在大臂115左侧。谐波减速器四127通过内六角圆柱头螺钉二128固定安装在大臂115上，同时谐波减速器四127通过螺钉与腰座114联接。

如图2、图3、图5所示，底座组件151包括交流伺服电机三108、连接板109、底座上壳体110、防尘盖111、底座112、内六角圆柱头螺钉三129、中心轴130、小齿轮131、中心大齿轮132、齿轮连接短轴133、内六角圆柱头长螺钉134、谐波减速器五135、轴承一148、轴承二149、立柱150，其中防尘盖通过14个均等分布的内六角圆柱头螺钉三129与底座上壳体110固定连接。底座上壳体110通过轴承一148支撑在底座112上，并与底座112形成上下配合，中心轴130下侧通过挡板固定安装在底座112上，上侧通过轴承二149与底座上壳体110形成以中心线为基准的里外配合，其中轴承二149通过圆螺母固定轴向运动，中心大齿轮132与底座112固定联接，并与小齿轮131形成齿轮配合。齿轮连接短轴133穿过小齿轮131中心孔形成孔轴配合，并通过平键连接与小齿轮131形成周向固定，同时齿轮连接短轴133通过螺钉连接固定安装在谐波减速器五135上。交流伺服电机三108固定安装在连接板109上，连接板109与谐波减速器五135以及立柱150一起通过内六角圆柱头长螺钉134固定安装在底座上壳体110上，交流伺服电机三108的输出轴通过平键与谐波减速器五135形成周向联接。谐波减速器五135下端穿过底座上壳体110右侧圆孔与齿轮连接短轴133联接。

如图6、图7所示，铣磨工具头2包括上步进电机201、上线性线绕联轴器202、上导轨203、上底座204、下丝杠205、下线性线绕联轴器206、下步进电机207、下底座208、下导轨209、下滑块210、下工作台211、上滑块212、磨抛头213、上工作台214、电主轴215、内六角圆柱头螺钉四216、上丝杠217、滚珠螺母218、螺母座219、铣磨转台220、铣刀221，其中上步进电机201通过内六角圆柱头螺钉四216固定安装在上底座204上，其输出轴通过上线性线绕联轴器202与上丝杠217联接，滚珠螺母218通过螺钉连接固定安装在螺母座219的左右两侧，滚珠螺母218通过滚珠螺母副联接在上丝杠217上，螺母座219在两个滚珠螺母218之间同过自身中心孔穿过上丝杠217，螺母座219通过螺钉与上工作台214固定连接，电主轴215固定安装在铣磨转台220上，铣磨转台220固定安装在上工作台214上。磨抛头213和铣刀221分别安装在电主轴215两侧，上滑块212固定安装在上工作台214下面前后两端，上滑块212坐在上导轨203上形成导轨滑块副，上导轨203固定安装在上底座204上，下工作台211固定安装在上底座204下方，下滑块210固定安装在下工作台211下方，下滑块210坐在下导轨209上形成滑块导轨副，下导轨209固定安装在下底座208上，下步进电机207的输出轴通过下线性线绕联轴器206与下丝杠205联接。

如图1、图8所示，履带行走装置3包括同轴双输入行星减速器传动组件301、机器人底盘302、支重轮303、右限位螺钉304、支重轮摆臂305、左限位螺钉306、履带307、张紧轮组件308、螺旋拉伸弹簧309、底盘盖板310、摆臂轴311，其中同轴双输入行星减速器传动组件301穿过并固定安装在机器人底盘302上，张紧轮组件308固定安装在机器人底盘302上，螺旋拉伸弹簧309左端固定连接在机器人底盘302上，右端与支重轮摆臂305上部中心孔联接，摆臂轴311固定安装在机器人底盘302上，穿过支重轮摆臂305下部中心孔，支重轮303安装在支重轮摆臂305末端，均匀分布在机器人底盘302两侧，并与两侧履带307配合。

如图9所示，同轴双输入行星减速器传动组件301包括蜗杆30101、蜗轮轴30102、蜗轮30103、H同步带轮30104、太阳轮轴30105、驱动轮连接法兰30106、行星架空心轴30107、行星齿轮30108、压板30109、连接柱30110、主动链轮轮毂30111、带轮输入电机30112、梅花弹性联轴器四30113、蜗杆输入减速器30114，其中同轴双输入行星减速器传动组件301对称分布在履带行走装置3两端，带轮输入电机30112固定安装在底盘盖板310上，带轮输入电机30112的输出轴通过平键与H同步带轮30104联接，H同步带轮30104通过平键与行星架空心轴30107联接，固定行星架空心轴30107的周向运动，行星架空心轴30107穿过驱动轮连接法兰30106中心孔以及主动链轮轮毂30111上的轴孔，并通过螺钉连接与行星齿轮30108固定联接，同时行星架空心轴30107通过连接柱30110与压板30109固定联接，压板30109通过螺钉连接与行星齿轮30108固定联接，行星齿轮30108与主动链轮轮毂30111齿圈内啮合，同时行星齿轮30108与太阳轮轴30105外啮合，蜗杆输入减速器30114固定安装在底盘盖板310上，蜗杆输入减速器30114的输出轴通过梅花弹性联轴器四30113与蜗杆30101联接，蜗杆30101与对应的蜗轮30103啮合，蜗轮30103通过平键与蜗轮轴30102联接，蜗轮轴30102下端空心部分通过键连接与太阳轮轴30105联接，太阳轮轴30105套在行星架空心轴30107内部形成配合关系，太阳轮轴30105下端穿过主动链轮轮毂30111中心孔，太阳轮轴30105末端的太阳轮与行星齿轮30108外啮合，驱动轮连接法兰30106固定安装在机器人底盘302上。

如图10所示，张紧轮组件308包括螺纹活塞缸3081、弹簧座3082、活塞轴3083、螺旋压缩弹簧3084、张紧轮轴3085、张紧轮轮毂3086，其中螺纹活塞缸3081固定安装在机器人底盘302上，弹簧座3082中心孔套在螺纹活塞缸3081外螺纹上，并通过旋紧在螺纹活塞缸3081上的两个圆螺母进行定位，活塞轴3083右侧端轴通过键连接与螺钉连接以及套筒固定安装在机器人底盘302下边缘壁上，活塞轴3083左端穿过螺纹活塞缸3081并通过套筒与挡板与螺纹活塞缸3081联接，螺旋压缩弹簧3084穿过活塞轴3083并通过左右弹簧座3082定位压紧，张紧轮轴3085上端有一个与轴垂直方向的圆通孔，活塞轴3083穿过该通孔，并通过左右两个垫片定位张紧轮轴3085，张紧轮轮毂3086通过轴承与张紧轮轴3085形成轴孔配合。

一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人加工控制方法，包括下列步骤：

步骤一：操作者将要加工的工序数据信息发送给现场控制PC平台端，同时，该焊接铣磨一体化机器人通过CCD图像识别检验非安全区内是否有人，若非安全区无人则可以启动机器人，否则不能启动装置；

步骤二：现场控制PC平台端接收到焊接指令后，首先启动履带行走装置，通过同轴双输入行星减速器可实现6种工况的运动，控制系统分析计算出最优路径后给出指令，两侧的同轴双输入行星减速器内部的4个输入电机接到指令后做出相应的转速和转向的改变，保证履带行走装置正常运行，当履带行走装置走到指定位置之后，CCD传感器将信号传递给控制系统，履带行走装置移动完毕；

同轴双输入行星减速器输出表(+：正转；-反转)

步骤三：在履带行走装置移动地同时，控制系统将指令一并传给焊接机械臂，当收到工作指令后焊接机械臂五轴联动，同时CCD传感器识别路径，实时反馈并将信息传给控制系统，控制系统对各个电主轴及电机进行控制，将焊枪移动到指定位置。现场控制PC平台端检测安全环境，若环境安全可以开始焊接工作，系统指令焊枪开始进行焊接工作，完成接铣磨一体化机器人的焊接过程；

步骤四：现场控制PC平台端接收到铣削指令后，首先启动履带行走装置，通过同轴双输入行星减速器可实现6种工况的运动，控制系统分析计算出最优路径后给出指令，两侧的同轴双输入行星减速器内部的4个输入电机接到指令后做出相应的转速和转向的改变，保证履带行走装置正常运行，当履带行走装置走到指定位置之后，CCD传感器将信号传递给控制系统，履带行走装置移动完毕；

步骤五：在履带行走装置到达指定位置后，铣磨工具头开始工作，当收到现场控制PC平台端工作指令后，x、y二轴丝杠电机以及铣磨转台开始运转并将铣刀或磨抛头移动到指定位置，待现场控制PC平台端检测安全环境合格后，控制系统发送指令，铣磨电主轴在接收到系统指令后开始运转，同时铣刀或磨抛头开始工作，完成焊接铣磨一体化机器人的铣磨过程；

步骤六：如机器人发生干涉、故障，现场可自动控制PC端或手动操控面板紧急启动安全模式，停止所有指令，关闭焊接铣磨一体化机器人，随后待故障解除后再按动启动按钮，机器人在复位后自动检测自身环境，安全无误后再开始继续工作。

Claims (10)

1.一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人，其特征在于：包括焊接机械臂、铣磨工具头、履带行走装置，其中履带行走装置水平布置，所述焊接机械臂固定安装在所述履带行走装置上方，所述铣磨工具头固定安装在所述履带行走装置左侧面。

2.根据权利要求1所述的一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人，其特征在于：所述的焊接机械臂包括小臂大端、底座组件、交流伺服电机四、腰座、大臂、小臂小端、CCD传感器、焊枪架、焊枪、防撞传感器、防撞支架，所述的小臂大端与所述小臂小端通过谐波减速器一联接，所述CCD传感器固定安装在所述小臂小端上传感器支架上，所述焊枪固定安装在所述焊枪架上，所述焊枪架通过螺钉与所述防撞传感器固定联接，所述防撞传感器通过螺钉与所述防撞支架固定联接，所述防撞支架固定安装在所述小臂小端上的谐波减速器二外壳上部，所述小臂大端通过谐波减速器三与所述大臂联接，所述大臂通过谐波减速器四与所述腰座联接，所述交流伺服电机四固定安装在所述腰座上，其输出轴通过平键与谐波减速器四联接，所述腰座通过螺钉连接固定安装在所述底座组件的底座上壳体上。

3.根据权利要求2所述的一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人，其特征在于：所述的小臂大端包括交流伺服电机一、梅花弹性联轴器一、交流伺服电机二、梅花弹性联轴器二、空心轴光电编码器、谐波减速器一、内六角圆柱头螺钉一、开槽紧定螺钉、齿轮轴、齿轮减速器、光电编码器、连接套、五轴传动轴、空心齿轮轴、电机座，其中交流伺服电机一固定安装在所述电机座上，所述交流伺服电机二固定安装在所述电机座上，所述交流伺服电机一的输出轴通过所述梅花弹性联轴器一与齿轮轴联接，所述交流伺服电机二的输出轴通过梅花弹性联轴器二与所述五轴传动轴联接，所述空心轴光电编码器通过开槽紧定螺钉固定在所述梅花弹性联轴器二和所述齿轮减速器之间的所述五轴传动轴上，所述空心齿轮轴套在所述五轴传动轴上，并与所述齿轮轴上的小齿轮形成配合，所述光电编码器通过开槽紧定螺钉固定安装在齿轮轴最右侧的轴段上，所述连接套通过平键固定在空心齿轮轴上，所述谐波减速器一通过螺钉连接固定安装在所述小臂大端的外壳以及所述连接套上，右侧通过螺钉固定联接在所述小臂小端的外壳上，所述小臂大端外壳通过所述内六角圆柱头螺钉一与谐波减速器三固定联接，所述齿轮减速器固定安装在所述小臂大端外壳内，所述电机座固定安装在所述小臂大端外壳内。

4.根据权利要求2所述的一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人，其特征在于：所述小臂小端包括梅花弹性联轴器三、锥齿轮减速器、谐波减速器二、右侧锥齿轮轴、传感器支架、左侧锥齿轮轴，其种五轴传动轴穿过所述小臂大端外壳右侧和谐波减速器一以及小臂小端外壳左侧上的中心孔，通过梅花弹性联轴器三与左侧锥齿轮轴联接，所述锥齿轮减速器通过螺钉连接固定安装在所述小臂小端外壳内，其内部主要由所述右侧锥齿轮轴和所述左侧锥齿轮轴通过锥齿轮配合联接构成，所述右侧锥齿轮轴穿过所述小臂小端外壳上部中心孔，通过平键与所述谐波减速器二联接，所述谐波减速器二通过螺钉连接固定安装在小臂小端外壳上侧，所述传感器支架固定安装在所述小臂小端外壳的右侧上。

5.根据权利要求2所述的一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人，其特征在于：所述大臂包括谐波减速器三、交流伺服电机五、谐波减速器四、内六角圆柱头螺钉二，其中所述谐波减速器三固定安装在所述大臂右侧，所述交流伺服电机五的输出轴通过所述大臂上的孔与所述谐波减速器三联接，并且所述交流伺服电机五通过螺钉固定安装在大臂左侧，所述谐波减速器四通过内六角圆柱头螺钉二固定安装在大臂上，同时所述谐波减速器四通过螺钉与腰座联接。

6.根据权利要求1所述的一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人，其特征在于：所述底座组件包括交流伺服电机三、连接板、底座上壳体、防尘盖、底座、内六角圆柱头螺钉三、中心轴、小齿轮、中心大齿轮、齿轮连接短轴、内六角圆柱头长螺钉、谐波减速器五、轴承一、轴承二、立柱，其中防尘盖通过14个均等分布的内六角圆柱头螺钉三与底座上壳体固定连接，所述底座上壳体通过轴承一支撑在所述底座上，并与所述底座形成上下配合，所述中心轴下侧通过挡板固定安装在所述底座上，上侧通过轴承二与所述底座上壳体形成以中心线为基准的里外配合，其中所述轴承二通过圆螺母固定轴向运动，所述中心大齿轮与所述底座固定联接，并与所述小齿轮形成齿轮配合，所述齿轮连接短轴穿过小齿轮中心孔形成孔轴配合，并通过平键连接与小齿轮形成周向固定，同时所述齿轮连接短轴通过螺钉连接固定安装在所述谐波减速器五上，所述交流伺服电机三固定安装在所述连接板上，所述连接板与所述谐波减速器五以及立柱一起通过所述内六角圆柱头长螺钉固定安装在所述底座上壳体上，所述交流伺服电机三的输出轴通过平键与所述谐波减速器五形成周向联接，所述谐波减速器五下端穿过所述底座上壳体右侧圆孔与所述齿轮连接短轴联接。

7.根据权利要求1所述的一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人，其特征在于：所述的铣磨工具头包括上步进电机、上线性线绕联轴器、上导轨、上底座、下丝杠、下线性线绕联轴器、下步进电机、下底座、下导轨、下滑块、下工作台、上滑块、磨抛头、上工作台、电主轴、内六角圆柱头螺钉四、上丝杠、滚珠螺母、螺母座、铣磨转台、铣刀，其中上步进电机通过内六角圆柱头螺钉四固定安装在所述上底座上，其输出轴通过所述上线性线绕联轴器与所述上丝杠联接，所述滚珠螺母通过螺钉连接固定安装在所述螺母座的左右两侧，所述滚珠螺母通过滚珠螺母副联接在所述上丝杠上，所述螺母座在两个所述滚珠螺母之间同过自身中心孔穿过所述上丝杠，所述螺母座通过螺钉与所述上工作台固定连接，所述电主轴固定安装在所述铣磨转台上，所述铣磨转台固定安装在上工作台上，所述磨抛头和所述铣刀分别安装在所述电主轴两侧，所述上滑块固定安装在所述上工作台下面前后两端，所述上滑块坐在所述上导轨上，形成导轨滑块副，所述上导轨固定安装在所述上底座上，所述下工作台固定安装在所述上底座下方，所述下滑块固定安装在所述下工作台下方，所述下滑块坐在下导轨上形成滑块导轨副，所述下导轨固定安装在所述下底座上，所述下步进电机的输出轴通过所述下线性线绕联轴器与所述下丝杠联接。

8.根据权利要求1所述的一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人，其特征在于：所述的履带行走装置包括同轴双输入行星减速器传动组件、机器人底盘、支重轮、右限位螺钉、支重轮摆臂、左限位螺钉、履带、张紧轮组件、螺旋拉伸弹簧、底盘盖板、摆臂轴，其中同轴双输入行星减速器传动组件穿过并固定安装在所述机器人底盘上，所述张紧轮组件固定安装在所述机器人底盘上，所述螺旋拉伸弹簧左端固定连接在所述机器人底盘上，右端与所述支重轮摆臂上部中心孔联接，所述摆臂轴固定安装在所述机器人底盘上，穿过所述支重轮摆臂下部中心孔，所述支重轮安装在所述支重轮摆臂末端，均匀分布在所述机器人底盘两侧，并与两侧所述履带配合。

9.根据权利要求8所述的一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人，其特征在于：所述同轴双输入行星减速器传动组件包括蜗杆、蜗轮轴、蜗轮、H同步带轮、太阳轮轴、驱动轮连接法兰、行星架空心轴、行星齿轮、压板、连接柱、主动链轮轮毂、带轮输入电机、梅花弹性联轴器四、蜗杆输入减速器，其中同轴双输入行星减速器传动组件对称分布在所述履带行走装置两端，所述带轮输入电机固定安装在所述底盘盖板上，所述带轮输入电机的输出轴通过平键与所述H同步带轮联接，所述H同步带轮通过平键与所述行星架空心轴联接，固定所述行星架空心轴的周向运动，所述行星架空心轴穿过所述驱动轮连接法兰中心孔以及所述主动链轮轮毂上的轴孔，并通过螺钉连接与所述行星齿轮固定联接，同时所述行星架空心轴通过所述连接柱与压板固定联接，所述压板通过螺钉连接与所述行星齿轮固定联接，所述行星齿轮与所述主动链轮轮毂齿圈内啮合，同时所述行星齿轮与所述太阳轮轴外啮合，所述蜗杆输入减速器固定安装在所述底盘盖板上，所述蜗杆输入减速器的输出轴通过所述梅花弹性联轴器四与所述蜗杆联接，所述蜗杆与对应的所述蜗轮啮合，所述蜗轮通过平键与所述蜗轮轴联接，所述涡蜗轮轴下端空心部分通过键连接与所述太阳轮轴联接，所述太阳轮轴套在所述行星架空心轴内部形成配合关系，所述太阳轮轴下端穿过所述主动链轮轮毂中心孔，所述太阳轮轴末端的太阳轮与所述行星齿轮外啮合，所述驱动轮连接法兰固定安装在所述机器人底盘上；

所述张紧轮组件包括螺纹活塞缸、弹簧座、活塞轴、螺旋压缩弹簧、张紧轮轴、张紧轮轮毂，其中螺纹活塞缸固定安装在所述机器人底盘上，所述弹簧座中心孔套在所述螺纹活塞缸外螺纹上，并通过旋紧在所述螺纹活塞缸上的两个圆螺母进行定位，所述活塞轴右侧端轴通过键连接与螺钉连接以及套筒固定安装在所述机器人底盘下边缘壁上，所述活塞轴左端穿过所述螺纹活塞缸并通过套筒与挡板与所述螺纹活塞缸联接，所述螺旋压缩弹簧穿过所述活塞轴并通过左右所述弹簧座定位压紧，所述张紧轮轴上端有一个与轴垂直方向的圆通孔，所述活塞轴穿过该通孔，并通过左右两个垫片定位所述张紧轮轴，所述张紧轮轮毂通过轴承与所述张紧轮轴形成轴孔配合。

10.一种大型结构钢焊接铣磨一体化机器人加工控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：操作者将要加工的工序数据信息发送给现场控制PC平台端，同时，该焊接铣磨一体化机器人通过CCD图像识别检验非安全区内是否有人，若非安全区无人则可以启动机器人，否则不能启动装置；

步骤二：现场控制PC平台端接收到焊接指令后，首先启动履带行走装置，通过同轴双输入行星减速器可实现6种工况的运动，控制系统分析计算出最优路径后给出指令，两侧的同轴双输入行星减速器内部的4个输入电机接到指令后做出相应的转速和转向的改变，保证履带行走装置正常运行，当履带行走装置走到指定位置之后，CCD传感器将信号传递给控制系统，履带行走装置移动完毕；

步骤三：在履带行走装置移动地同时，控制系统将指令一并传给焊接机械臂，当收到工作指令后焊接机械臂五轴联动，同时CCD传感器识别路径，实时反馈并将信息传给控制系统，控制系统对各个电主轴及电机进行控制，将焊枪移动到指定位置，现场控制PC平台端检测安全环境，若环境安全可以开始焊接工作，系统指令焊枪开始进行焊接工作，完成接铣磨一体化机器人的焊接过程；

步骤四：现场控制PC平台端接收到铣削指令后，首先启动履带行走装置，通过同轴双输入行星减速器可实现6种工况的运动，控制系统分析计算出最优路径后给出指令，两侧的同轴双输入行星减速器内部的4个输入电机接到指令后做出相应的转速和转向的改变，保证履带行走装置正常运行，当履带行走装置走到指定位置之后，CCD传感器将信号传递给控制系统，履带行走装置移动完毕；

步骤五：在履带行走装置到达指定位置后，铣磨工具头开始工作，当收到现场控制PC平台端工作指令后，x、y二轴丝杠电机以及铣磨转台开始运转并将铣刀或磨抛头移动到指定位置，待现场控制PC平台端检测安全环境合格后，控制系统发送指令，铣磨电主轴在接收到系统指令后开始运转，同时铣刀或磨抛头开始工作，完成焊接铣磨一体化机器人的铣磨过程；

步骤六：如机器人发生干涉、故障，现场可自动控制PC端或手动操控面板紧急启动安全模式，停止所有指令，关闭焊接铣磨一体化机器人，随后待故障解除后再按动启动按钮，机器人在复位后自动检测自身环境，安全无误后再开始继续工作。

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