CN203062125U

CN203062125U - 焊接机器人用机械手

Info

Publication number: CN203062125U
Application number: CN 201220654998
Authority: CN
Inventors: 章功国; 谢勇
Original assignee: Maanshan Hengyi Machinery Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Maanshan Hengyi Machinery Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2022-12-03

Abstract

本实用新型公开了一种焊接机器人用机械手，包括有底座，底座底端安装有移动滚轮，底座上固定连接有竖轴，竖轴顶端转动设置于大摇臂上，大摇臂的外端部铰接有小摇臂，小摇臂的外端部转动设置有立轴，立轴外套装有外套轴，立轴的下端铰接有焊枪架，焊枪架上固定安装有焊枪头，立轴外设置有发条弹簧平衡机构，发条弹簧平衡机构内引出的钢丝另一端固定于立轴的下端。本实用新型在不含凹曲面的工件上焊接，使用SCARA型机械手，轴数减少两个，成本降低，控制算法简单，运算快，机械手移动迅速，工作效率高。

Description

焊接机器人用机械手

技术领域

本实用新型涉及机械手焊接领域，具体属于焊接机器人用机械手。

背景技术

采用机械手焊接是焊接自动化的革命性进步，它突破了传统的焊接刚性自动化方式，开拓了一种柔性自动化新方式，使小批量产品的自动化焊接生产成为可能。就目前的示教再现型焊接机械手而言，焊接机械手完成一项焊接任务，只需人给它做一次示教，它即可精确地再现示教的每一步操作，如要机械手去做另一项工作，无须改变任何硬件，只要对它再做一次示教即可。因此，在一条焊接机械手生产线上，可同时自动生产若干种焊件。

焊接机械手的主要优点如下：

1) 易于实现焊接产品质量的稳定和提高，保证其均一性；

2) 提高生产率，一天可 24h 连续生产；

3) 改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作：

4) 降低对工人操作技术难度的要求；

5) 缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资；

6) 可实现小批量产品焊接自动化；

7) 为焊接柔性生产线提供技术基础。

现在广泛应用的焊接机械手都属于第一代六轴工业机械手，它的基本工作原理是示教再现。示教也称导引，即由用户导引机械手，一步步按实际任务操作一遍，机械手在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、工艺参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教后，只需给机械手一个启动命令，机械手将精确地按示教动作，一步步完成全部操作。这就是示教与再现。

实现上述功能的主要工作原理，简述如下：

(1) 机械手的系统结构一台通用的工业机械手，按其功能划分，一般由 3 个相互关连的部分组成：机械手总成、控制器、示教系统。

机械手总成是机械手的执行机构，它由驱动器、传动机构、机械手臂、关节、末端操作器、以及内部传感器等组成。它的任务是精确地保证末端操作器所要求的位置，姿态和实现其运动。

控制器是机械手的神经中枢。它由计算机硬件、软件和一些专用电路构成，其软件包括控制器系统软件、机械手专用语言、机械手运动学、动力学软件、机械手控制软件、机械手自诊断、白保护功能软件等，它处理机械手工作过程中的全部信息和控制其全部动作。

示教系统是机械手与人的交互接口，在示教过程中它将控制机械手的全部动作，并将其全部信息送入控制器的存储器中，它实质上是一个专用的智能终端。

(2) 机械手手臂运动学机械手的机械臂是由数个刚性杆体由旋转或移动的关节串连而成，是一个开环关节链，开链的一端固接在基座上，另一端是自由的，安装着末端操作器 ( 如焊枪 ) ，在机械手操作时，机械手手臂前端的末端操作器必须与被加工工件处于相适应的位置和姿态，而这些位置和姿态是由若干个臂关节的运动所合成的。

但是这种模式的焊接机械手缺点也很明显。目前市场上的焊接机械手基本上都是以六轴的通用机械手为主；这六个轴中，底下三个轴空间定位，上面三个轴进行姿态调整。运动的正解和反解都使用李氏矩阵，每点运动的计算量都非常大。因此，机械手的控制对计算机硬件和软件的质量要求非常高。存在的主要问题是价格高，维护困难，容易损坏。而且不是每种焊接都适合选用这个机型。比如平面焊接和弧面焊接他都非常不合适。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种焊接机器人用机械手，在不含凹曲面的工件上焊接，使用SCARA 型机械手，轴数减少两个，成本降低，控制算法简单，运算快，机械手移动迅速，工作效率高。

本实用新型的技术方案如下：

焊接机器人用机械手，包括有底座，底座底端安装有移动滚轮，底座上固定连接有竖轴，竖轴顶端转动设置于大摇臂上，大摇臂的外端部铰接有小摇臂，小摇臂的外端部转动设置有立轴，立轴外套装有外套轴，立轴的下端铰接有焊枪架，焊枪架上固定安装有焊枪头，立轴外设置有发条弹簧平衡机构，发条弹簧平衡机构内引出的钢丝另一端固定于立轴的下端。

所述的底座拐角处安装有调平支座。

本实用新型平面关节式机械手的机构特点是上下运动由直线运动构成，其他运动均由旋转运动构成。这种结构在垂直方向刚度大，水平方向又十分灵活，较适合平面焊接和凸曲面焊接作业，又称为 SCARA 型机械手，如图 2 所示。我们选择这个形式就是基于上述的优点。

SCARA 型机械手的具体结构多种多样，但都是由常用的机构组合而成。每个关节都由一台伺服电动机驱动，机械手是采用齿轮减速、杆传动，但不同厂家采用的机构不尽相同，本机型采用谐波减速器。其技术关键是要保证传动双向无间隙 ( 即正反传动均无间隙 ) ，这是机械手精度的机械保证，当然还要求效率高，机构紧凑。

本实用新型焊接机械手采用伺服电动机驱动，采用交流伺服电动机系统，这种系统具有直流伺服系统的全部优点，而且取消了换相炭刷，不需要定期更换碳刷，大大延长了机械手的维修周期。

工业机械手的驱动器布置都采用一个关节一个驱动器。一个驱动器的基本组成为：电源、功率放大板、伺服控制板、电机、测角器、测速器和制动器。它的功能不仅能提供足够的功率驱动机械手各关节，而且要实现快速而频繁起停，精确地到位和运动。因此必须采用位置闭环、速度闭环、加速度闭环。为了保护电动机和电路，还要有电流闭环。为适应机械手的频繁起停和高的动态品质要求，一般都采用低惯量电动机，因此，机械手的驱动器是一个要求很高的驱动系统。

为了实现上述 3 个运动闭环，在机械手驱动器中都装有高精度测角、测速传感器。测速传感器一般都采用测速发电机，测角传感器一般都采用精密电位计或光电码盘，尤其是光电码盘。图 3 是它的原理图。光电码盘与电动机同轴安装，在电动机旋转时，带有细分刻槽的码盘同速旋转，固定光源射向光电管的光束则时通时断，因而输出电脉冲。实际的码盘是输出两路脉冲，由于在码盘内布置了两对光电管，它们之间有一定角度差，因此两路脉冲也有固定的相位差，电动机正反转时，其输出脉冲的相位差不同，从而可判断电动机的旋转方向。机器个以上脉冲。

机械手控制器是机械手的核心部件，它实施机械手的全部信息处理和对机械手的运动控制。图 4是控制器的工作原理图。工业机械手控制器大多采用二级计算机结构，虚线框内为第一级计算机，它的任务是规划和管理。机械手在示教状态时，接受示教系统送来的各示教点位置和姿态信息、运动参数和工艺参数，并通过计算把各点的示教 ( 关节 ) 坐标值转换成直角坐标值，存入计算机内存。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

参见附图，焊接机器人用机械手，包括有底座1，底座1拐角处安装有调平支座11，底座1底端安装有移动滚轮2，底座1上固定连接有竖轴3，竖轴3顶端转动设置于大摇臂4上，大摇臂4的外端部铰接有小摇臂5，小摇臂5的外端部转动设置有立轴6，立轴6外套装有外套轴7，立轴6的下端铰接有焊枪架8，焊枪架8上固定安装有焊枪头9，立轴3外设置有发条弹簧平衡机构10，发条弹簧平衡机构10内引出的钢丝另一端固定于立轴的下端。

Claims

1.焊接机器人用机械手，包括有底座，底座底端安装有移动滚轮，其特征在于：底座上固定连接有竖轴，竖轴顶端转动设置于大摇臂上，大摇臂的外端部铰接有小摇臂，小摇臂的外端部转动设置有立轴，立轴外套装有外套轴，立轴的下端铰接有焊枪架，焊枪架上固定安装有焊枪头，立轴外设置有发条弹簧平衡机构，发条弹簧平衡机构内引出的钢丝另一端固定于立轴的下端。

2.根据权利要求1所述的焊接机器人用机械手，其特征在于：所述的底座拐角处安装有调平支座。