CN117206776B - 一种三维导轨便携式机器人移动底盘 - Google Patents

Abstract

本发明属于箱型钢结构焊接机器人领域，具体涉及一种三维导轨便携式机器人移动底盘；包括车体模块、行走驱动模块、锁紧机构和车轮模块；锁紧机构和行走驱动模块整体集成在车体模块上；车体模块前后各布置一个车轮模块；每个车轮模块包括两个互为镜像的分体单元，车轮模块的两个分体单元分别与同一锁紧机构的两个夹紧臂连接；行走驱动模块的驱动轮位于两个车轮模块之间，驱动轮连接在行走驱动模块中的变距机构上，随三维导轨曲率变化变距机构调整驱动轮与车轮模块之间的宽度；通过变距机构调整驱动轮的位置，实现了底盘行进过程不同曲率的过弯功能；从而在相应三维导轨上实现箱型钢结构直角拐角处连续焊接。

Description

一种三维导轨便携式机器人移动底盘

技术领域

本发明属于箱型钢结构焊接机器人领域，具体涉及一种三维导轨便携式机器人移动底盘。

背景技术

随着箱型钢结构件的普遍应用，箱型钢结构的现场焊接作业量也呈线性增加，单靠技术工人已经不能满足现场作业量的要求。现场箱型钢结构焊接过程中，由于箱型钢结构件有四个直角拐角，焊接难点在于拐角焊接时由于焊接小车无法平稳过渡导致焊接时出现焊缝质量不良现象。

在进行箱型钢结构焊接时，目前采用的焊接方式，很少通过改变行走底盘机械结构来实现焊接至拐角处的平稳过渡，从而实现焊接过程的平稳连续。

因此，为了解决上述问题，本发明提出了一种三维导轨便携式机器人移动底盘。

发明内容

本发明为了解决目前箱型钢结构焊接现场作业量大、工人连续操作困难、焊接效果不理想等问题，尤其是箱型钢结构直角弯处易产生焊接不连续的问题。

本发明提供了如下技术方案：一种三维导轨便携式机器人移动底盘，包括车体模块、行走驱动模块、锁紧机构和车轮模块；锁紧机构和行走驱动模块整体集成在车体模块上；车体模块上设有焊枪安装座；

车体模块上前后各布置一个车轮模块；每个车轮模块包括两个互为镜像的分体单元，车轮模块的两个分体单元分别与同一锁紧机构的两个夹紧臂连接，锁紧机构调节夹紧臂使两个分体单元卡夹在三维导轨上，两个分体单元位于三维导轨上下两侧，分体单元通过车轮与三维导轨滚动接触；

行走驱动模块的驱动轮位于两个车轮模块之间，驱动轮用于与三维导轨的侧面滚动接触，驱动轮连接在行走驱动模块中的变距机构上，随三维导轨曲率变化变距机构调整驱动轮与车轮模块之间的宽度。

进一步地，行走驱动模块包括驱动轮支架、主动带轮、从动带轮、若干个固定带轮、一个活动带轮、伺服电机、摆动连杆、扭矩弹簧、皮带以及弹簧推杆；伺服电机通过电机支架安装在车体模块内，主动带轮安装在伺服电机的输出轴上，从动带轮与驱动轮同轴固定，驱动轮由两侧轴端的驱动轮支架支撑，驱动轮支架与车体模块铰接，弹簧推杆一端与车体模块铰接、另一端与驱动轮支架铰接，皮带绕在主动带轮和从动带轮上并经固定带轮和活动带轮换向，固定带轮的轴安装在车体模块上，活动带轮的轴安装在摆动连杆上，摆动连杆与车体模块铰接，并且摆动连杆与车体模块之间连接扭矩弹簧，扭矩弹簧始终施予摆动连杆绕铰接轴摆动的弹力，从动带轮随驱动轮跳动，摆动连杆调节活动带轮使皮带保持张紧。

进一步地，锁紧机构包括旋钮、传动组件、蜗轮蜗杆驱动副、驱动齿轮、齿条以及滑块；

夹紧臂的下端连接车轮模块、上端设有长孔、中间设有圆孔，通过圆孔与车体模块铰接；

蜗轮蜗杆驱动副的蜗杆与旋钮连接，蜗轮蜗杆驱动副的蜗轮与驱动齿轮啮合，滑块限制在车体模块的导孔内作直线运动，齿条固定在滑块上并与驱动齿轮啮合，齿条上的销轴保持在夹紧臂的长孔内，旋钮通过蜗轮蜗杆驱动副使驱动齿轮转动时，与驱动齿轮啮合的齿条上下移动，推动夹紧臂张开和靠合。

进一步地，车轮模块的分体单元包括轮架、顶车轮、底车轮和侧车轮；轮架三面围合、一面开口，顶车轮、底车轮和侧车轮分别安装在轮架内侧的顶面、底面和侧面，顶车轮、底车轮和侧车轮的滚动方向相同，轮架外侧的侧面连接夹紧臂。

进一步地，驱动轮支架呈L形，L形的长臂的端头与车体模块铰接，L形的短臂的端头连接驱动轮，弹簧推杆与L形的短臂连接。

进一步地，驱动轮是圆柱体，圆柱面上刻有防滑槽。

进一步地，轮架上安装有两个顶车轮、两个底车轮和一个侧车轮，两个顶车轮和两个底车轮对齐，侧车轮相对顶车轮和底车轮居中。

进一步地，车体模块包括车体、上盖、焊枪锁紧卡扣和焊枪锁紧旋钮；上盖通过螺钉与车体固定，焊枪锁紧卡扣固定在车体的后部凸台上实现与焊枪连接，焊枪锁紧旋钮通过螺纹安装在焊枪锁紧卡扣上用于固定焊枪。

进一步地，传动组件包括相啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮为大轮，从动齿轮为小轮，主动齿轮的轴连接旋钮，从动齿轮与蜗杆共轴。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明提供的一种三维导轨便携式机器人移动底盘，利用齿轮齿条、蜗轮蜗杆结构的组合，实现了锁紧机构的夹紧功能，使车轮模块稳固保持在三维导轨上；通过多个同步带轮及扭矩弹簧的作用，实现了底盘行进过程不同曲率的过弯功能；从而在相应三维导轨上实现箱型钢结构直角拐角处连续焊接，在复杂工况现场能够实现焊接小车的平稳运行及完整连续焊接。

附图说明

图1是三维导轨便携式机器人移动底盘整体结构示意图（无上盖）；

图2是三维导轨便携式机器人移动底盘整体轴测图；

图3是三维导轨便携式机器人移动底盘内部轴测图；

图4是三维导轨便携式机器人移动底盘内部正视图；

图5是三维导轨便携式机器人移动底盘内部俯视图；

图6是行走驱动模块示意图；

图7是锁紧机构示意图；

图8是三维导轨便携式机器人移动底盘工作状态图；

图9是图7中A处的放大图；

图10是驱动轮支架与弹簧推杆配合示意图。

图中：1-车体模块；101-车体；102-上盖；103-焊枪锁紧卡扣；104-焊枪锁紧旋钮；

2-行走驱动模块；201-驱动轮；202-驱动轮支架；203-主动带轮；204-从动带轮；205-固定带轮；206-活动带轮；207-伺服电机；208-摆动连杆；209-扭矩弹簧；210-电机支架；211-皮带；

3-锁紧机构；301-旋钮；302-主动齿轮；303-从动齿轮；304-蜗杆；305-蜗轮；306-驱动齿轮；307-齿条；308-滑块；309-夹紧臂；3091-长孔；3092-圆孔；310-盒体；

4-车轮模块；401-轮架；402-顶车轮；403-底车轮；404-侧车轮；5-弹簧推杆；6-三维导轨；7-箱型钢结构。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1~图10所示：一种三维导轨便携式机器人移动底盘，包括车体模块1、行走驱动模块2、锁紧机构3和车轮模块4；锁紧机构3和行走驱动模块2整体集成在车体模块1上；车体模块1上设有焊枪安装座。

车体模块1上前后各布置一个车轮模块4，车体模块1通过车轮模块4可滑动的装夹在三维导轨上；每个车轮模块4包括两个互为镜像的分体单元，车轮模块4的两个分体单元分别与同一锁紧机构3的两个夹紧臂309连接，两个分体单元随夹紧臂309互相远离或接近，锁紧机构3调节夹紧臂309使两个分体单元卡夹在三维导轨上，两个分体单元位于三维导轨上下两侧，分体单元通过车轮与三维导轨滚动接触。

行走驱动模块2的驱动轮201位于两个车轮模块4之间，驱动轮201用于与三维导轨的侧面滚动接触，驱动轮201连接在行走驱动模块2中的变距机构上，随三维导轨曲率变化变距机构调整驱动轮与车轮模块之间的宽度，宽度”指的是沿三维导轨的宽度方向驱动轮201与车轮模块4之间的距离，即当移动底盘行走至三维导轨拐弯处时变距机构被压缩，驱动轮201与车轮模块4之间的宽度增大。

如图5、图6、图10所示：行走驱动模块2包括驱动轮支架202、主动带轮203、从动带轮204、若干个固定带轮205、一个活动带轮206、伺服电机207、摆动连杆208、扭矩弹簧209、皮带211以及弹簧推杆5；伺服电机207通过电机支架210安装在车体模块1内，主动带轮203安装在伺服电机207的输出轴上，从动带轮204与驱动轮201同轴固定，驱动轮201由两侧轴端的驱动轮支架202支撑，驱动轮支架202与车体模块1铰接，弹簧推杆5一端与车体模块1铰接、另一端与驱动轮支架202铰接，即驱动轮201可以随驱动轮支架202摆动，皮带211绕在主动带轮203和从动带轮204上并经固定带轮205和活动带轮206换向，伺服电机207驱动主动带轮203转动，皮带211将动力传递至从动带轮204，使驱动轮201转动，产生驱动力，固定带轮205的轴安装在车体模块1上，活动带轮206的轴安装在摆动连杆208上，摆动连杆208与车体模块1铰接，并且摆动连杆208与车体模块1之间连接扭矩弹簧209 ，扭矩弹簧209 始终施予摆动连杆208绕铰接轴摆动的弹力，从动带轮204随驱动轮201跳动，摆动连杆208调节活动带轮206使皮带211保持张紧；驱动轮201行走至三维导轨的弯曲处时三维导轨向上顶推驱动轮201，驱动轮支架202克服弹簧推杆5的推力向上摆动使皮带211松弛，同时摆动连杆208受扭矩弹簧209的弹力向外摆动使皮带211维持张紧状态。驱动轮201离开三维导轨的弯曲处进去直线段时，弹簧推杆5的推力使驱动轮支架202向下摆动，皮带211通过活动带轮206将拉力传递给摆动连杆208，摆动连杆208复位，扭矩弹簧209蓄力。

驱动轮支架202呈L形，L形的长臂的端头与车体模块1铰接，L形的短臂的端头连接驱动轮201，弹簧推杆5与L形的短臂连接。

驱动轮201是圆柱体，圆柱面上刻有防滑槽，增加与三维导轨接触时的摩擦力，防止打滑，造成移动底盘在同一位置停留时间过长，焊接处融化。

如图5、图7、图9所示：锁紧机构3包括旋钮301、传动组件、蜗轮蜗杆驱动副、驱动齿轮306、齿条307以及滑块308；传动组件、蜗轮蜗杆驱动副、驱动齿轮306、齿条307以及滑块308被罩在盒体310内，旋钮301露出在盒体310外。

夹紧臂309的下端连接车轮模块4、上端设有长孔3091、中间设有圆孔3092，通过圆孔3092与车体模块1铰接。夹紧臂309通过中间的圆孔3092与车体模块1上的销轴连接，夹紧臂309绕该销轴转动。

蜗轮蜗杆驱动副的蜗杆304与旋钮301连接，蜗轮蜗杆驱动副的蜗轮305与驱动齿轮306啮合，滑块308限制在车体模块1的导孔内作直线运动，齿条307固定在滑块308上并与驱动齿轮306啮合，齿条307上的销轴保持在夹紧臂309的长孔内。

转动旋钮301时蜗杆304转动，蜗杆304驱动与之啮合的蜗轮305转动，蜗轮305将转矩传递给驱动齿轮306，与驱动齿轮306啮合的齿条307上下移动，齿条307的销轴在夹紧臂309的长孔内滑动，并向夹紧臂309施加上下方向的推力，推动夹紧臂309张开和靠合。

锁紧机构3中加入蜗轮蜗杆驱动副，利用蜗轮蜗杆结构自锁的特性，使夹紧臂309保持在固定位置。

传动组件包括相啮合的主动齿轮302和从动齿轮303，主动齿轮302为大轮，从动齿轮303为小轮，主动齿轮302的轴连接旋钮301，从动齿轮303与蜗杆304共轴。

如图3所示：车轮模块4的分体单元包括轮架401、顶车轮402、底车轮403和侧车轮404；轮架401三面围合、一面开口，顶车轮402、底车轮403和侧车轮404分别安装在轮架401内侧的顶面、底面和侧面，顶车轮402、底车轮403和侧车轮404的滚动方向相同，轮架401外侧的侧面连接夹紧臂309。

轮架401上安装有两个顶车轮402、两个底车轮403和一个侧车轮404，两个顶车轮402和两个底车轮403对齐，侧车轮404相对顶车轮402和底车轮403居中。

如图2所示：车体模块1包括车体101、上盖102、焊枪锁紧卡扣103和焊枪锁紧旋钮104；上盖102通过螺钉与车体101固定，焊枪锁紧卡扣103固定在车体101的后部凸台上实现与焊枪连接，焊枪锁紧旋钮104通过螺纹安装在焊枪锁紧卡扣103上用于固定焊枪。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种三维导轨便携式机器人移动底盘，其特征在于：包括车体模块（1）、行走驱动模块（2）、锁紧机构（3）和车轮模块（4）；锁紧机构（3）和行走驱动模块（2）整体集成在车体模块（1）上；车体模块（1）上设有焊枪安装座；

车体模块（1）上前后各布置一个车轮模块（4）；每个车轮模块（4）包括两个互为镜像的分体单元，车轮模块（4）的两个分体单元分别与同一锁紧机构（3）的两个夹紧臂（309）连接，锁紧机构（3）调节夹紧臂（309）使两个分体单元卡夹在三维导轨上，两个分体单元位于三维导轨上下两侧，分体单元通过车轮与三维导轨滚动接触；

行走驱动模块（2）的驱动轮（201）位于两个车轮模块（4）之间，驱动轮（201）用于与三维导轨的侧面滚动接触，驱动轮（201）连接在行走驱动模块（2）中的变距机构上，随三维导轨曲率变化变距机构调整驱动轮（201）与车轮模块（4）之间的宽度；

所述的行走驱动模块（2）包括驱动轮支架（202）、主动带轮（203）、从动带轮（204）、若干个固定带轮（205）、一个活动带轮（206）、伺服电机（207）、摆动连杆（208）、扭矩弹簧（209）、皮带（211）以及弹簧推杆（5）；伺服电机（207）通过电机支架（210）安装在车体模块（1）内，主动带轮（203）安装在伺服电机（207）的输出轴上，从动带轮（204）与驱动轮（201）同轴固定，驱动轮（201）由两侧轴端的驱动轮支架（202）支撑，驱动轮支架（202）与车体模块（1）铰接，弹簧推杆（5）一端与车体模块（1）铰接、另一端与驱动轮支架（202）铰接，皮带（211）绕在主动带轮（203）和从动带轮（204）上并经固定带轮（205）和活动带轮（206）换向，固定带轮（205）的轴安装在车体模块（1）上，活动带轮（206）的轴安装在摆动连杆（208）上，摆动连杆（208）与车体模块（1）铰接，并且摆动连杆（208）与车体模块（1）之间连接扭矩弹簧（209 ），扭矩弹簧（209 ）始终施予摆动连杆（208）绕铰接轴摆动的弹力，从动带轮（204）随驱动轮（201）跳动，摆动连杆（208）调节活动带轮（206）使皮带（211）保持张紧；

所述的锁紧机构（3）包括旋钮（301）、传动组件、蜗轮蜗杆驱动副、驱动齿轮（306）、齿条（307）以及滑块（308）；

夹紧臂（309）的下端连接车轮模块（4）、上端设有长孔（3091）、中间设有圆孔（3092），通过圆孔（3092）与车体模块（1）铰接；

蜗轮蜗杆驱动副的蜗杆（304）与旋钮（301）连接，蜗轮蜗杆驱动副的蜗轮（305）与驱动齿轮（306）啮合，滑块（308）限制在车体模块（1）的导孔内作直线运动，齿条（307）固定在滑块（308）上并与驱动齿轮（306）啮合，齿条（307）上的销轴保持在夹紧臂（309）的长孔（3091）内，旋钮（301）通过蜗轮蜗杆驱动副使驱动齿轮（306）转动时，与驱动齿轮（306）啮合的齿条（307）上下移动，推动夹紧臂（309）张开和靠合；

所述的车轮模块（4）的分体单元包括轮架（401）、顶车轮（402）、底车轮（403）和侧车轮（404）；轮架（401）三面围合、一面开口，顶车轮（402）、底车轮（403）和侧车轮（404）分别安装在轮架（401）内侧的顶面、底面和侧面，顶车轮（402）、底车轮（403）和侧车轮（404）的滚动方向相同，轮架（401）外侧的侧面连接夹紧臂（309）；

所述的驱动轮支架（202）呈L形，L形的长臂的端头与车体模块（1）铰接，L形的短臂的端头连接驱动轮（201），弹簧推杆（5）与L形的短臂连接；

所述的驱动轮（201）是圆柱体，圆柱面上刻有防滑槽。

2.根据权利要求1所述的一种三维导轨便携式机器人移动底盘，其特征在于：所述的轮架（401）上安装有两个顶车轮（402）、两个底车轮（403）和一个侧车轮（404），两个顶车轮（402）和两个底车轮（403）对齐，侧车轮（404）相对顶车轮（402）和底车轮（403）居中。

3.根据权利要求1所述的一种三维导轨便携式机器人移动底盘，其特征在于：所述的车体模块（1）包括车体（101）、上盖（102）、焊枪锁紧卡扣（103）和焊枪锁紧旋钮（104）；上盖（102）通过螺钉与车体（101）固定，焊枪锁紧卡扣（103）固定在车体（101）的后部凸台上实现与焊枪连接，焊枪锁紧旋钮（104）通过螺纹安装在焊枪锁紧卡扣（103）上用于固定焊枪。

4.根据权利要求1所述的一种三维导轨便携式机器人移动底盘，其特征在于：所述的传动组件包括相啮合的主动齿轮（302）和从动齿轮（303），主动齿轮（302）为大轮，从动齿轮（303）为小轮，主动齿轮（302）的轴连接旋钮（301），从动齿轮（303）与蜗杆（304）共轴。