CN209363935U - 一种全气动焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种全气动焊接机器人，包括底盘、回旋气缸组件、大臂、中间臂、小臂、气动控制系统、气动马达和全方位运动装置，所述大臂、中间臂、小臂和末端执行器首尾依次通过回旋气缸组件转动装配，且大臂首端通过回转气缸组件和轴承座转动安装在底盘上表面，所述底盘下表面设置有气动控制系统。该实用新型装置机械手结构简单，且设计时各关节互不干涉，机械臂可以完成完全收缩，便于携带和进出入狭窄的工作空间；机器人使用全气动的控制系统，具有安全、动作迅速、平稳、可靠、结构简单、较轻、体积小、节能和工作寿命长的特点，使用传递介质清洁，不会造成污染；设计关节多，自由度大，可灵活操作。

Description

一种全气动焊接机器人

技术领域

本实用新型涉及汽车制造技术领域，具体为一种全气动焊接机器人。

背景技术

现如今，由于大型机械的发展及其使用越来越广泛，使得焊接行业愈发壮大。但是，由于焊接时所产生的有害气体、残渣以及其高温强光等的影响，使得焊接成为一个高危，高伤害的工种。因此使用焊接机器人代替人工成为了焊接行业的一种走向自动化、现代化、安全化的潮流。

焊接机械手如今广泛应用于自动化生产线上，尤其是在汽车制造领域。焊接机器人代替人工进行工作，其要求具有完善的轨迹，能够根据焊接需要，按照焊缝的轨迹进行工作。我国从上世纪开始引进焊接机械手用于生产线上，并在本世纪开始大量的将其安装在生产线上的各个位置上，致力于将生产线完全自动化；现如今，也逐渐的将各种技术运用到焊接机械手中来，例如仿真技术，控制技术，传感器等，且由于功能及使用环境的要求多样化，焊接机械手也如大多数的工业机器人一样逐渐的走向模块化设计，根据不同的功能需要，进行模块拼装。

在机械行业越来越多的自动化设备中采用了焊接机械手，主要是液压和电动两种驱动方式，这些控制方式的焊接机械手与气动焊接机械手相比，存在环境污染、抗干扰性弱、价格昂贵、结构复杂、功率体积比低等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种全气动焊接机器人，本装置机械手结构简单，且设计时各关节互不干涉，机械臂可以完成完全收缩，便于携带和进出入狭窄的工作空间；机器人使用全气动的控制系统，具有安全、动作迅速、平稳、可靠、结构简单、较轻、体积小、节能和工作寿命长的特点，使用传递介质清洁，不会造成污染；设计关节多，自由度大，可灵活操作。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种全气动焊接机器人，包括底盘、回旋气缸组件、大臂、中间臂、小臂、气动控制系统、气动马达和全方位运动装置，所述大臂、中间臂、小臂和末端执行器首尾依次通过回旋气缸组件转动装配，且大臂首端通过回转气缸组件和轴承座转动安装在底盘上表面，所述底盘下表面设置有气动控制系统，所述底盘四周均固定安装有气动马达，气动马达输出端设置有全方位运动装置；

所述气动控制系统包括气泵、截流器、蓄气器、滤气器、调速阀、油雾器、溢流阀和气压表，且气泵、截流器、蓄气器、滤气器、调速阀和油雾器通过导管依次相连通，所述油雾器输出端通过导管分别与溢流阀和气压表相连通，所述溢流阀和气压表的输出端与三通的两个通孔相连通，且三通的另一个通孔通过多个连管器和导管与八个三位四通电磁阀相连通，八个所述三位四通电磁阀分别通过单向调速器与回旋气缸组件和四个所述气动马达相连通，所述末端执行器、气泵和三位四通电磁阀均与外接电源电连接。

所述回旋气缸组件包括第一回旋气缸、第二回旋气缸、第三回旋气缸、第四回旋气缸和第五回旋气缸，所述第一回旋气缸输出轴、第二回旋气缸输出轴和第三回旋气缸输出轴平行设置，且三个输出轴延伸端指向同一侧，所述底盘上表面固定安装有第一回旋气缸和轴承座，且轴承座转动装配在第一回旋气缸输出轴的外侧壁，所述第一回旋气缸输出轴延伸端固定安装在大臂的一端，且大臂另一端固定安装有第二回旋气缸，所述第二回旋气缸输出轴延伸端固定安装在中间臂的一端，且中间臂另一端固定安装有第三回旋气缸，所述第三回旋气缸输出轴延伸端固定安装有小臂，且小臂另一端固定安装有第四回旋气缸，所述第四回旋气缸输出轴与第三回旋气缸输出轴相垂直，所述第四回旋气缸输出轴固定安装有第五回旋气缸，且第五回旋气缸输出轴与第四回旋气缸输出轴相垂直，所述第五回旋气缸输出轴固定安装有末端执行器。

所述全方位运动装置包括支撑架、万向节、麦克纳姆轮和悬挂系统，所述支撑架固定安装在底盘下表面，且气动马达输出轴通过轴承与支撑架转动装配，所述气动马达输出轴延伸端依次通过联轴器和万向节与麦克纳姆轮中心轴相连接，且联轴器、万向节和麦克纳姆轮中心轴贯穿支撑架，所述底盘的上表面四周均固定安装有悬挂系统，且悬挂系统伸缩端与支撑架位于麦克纳姆轮中心轴的一侧相连接。

所述第五回旋气缸输出轴延伸端通过通用法兰固定安装有末端执行器。

所述第一回旋气缸输出轴的外侧壁通过深沟球轴承与轴承座转动装配。

本实用新型一种全气动焊接机器人的有益效果是：

该实用新型是一种全气动焊接机器人，本次设计的机器人摒弃了传统的底座固定的机械手理念，机械手结构简单，且设计时各关节互不干涉，机械臂可以完成完全收缩，便于携带和进出入狭窄的工作空间；机器人使用全气动的控制系统，具有安全、动作迅速、平稳、可靠、结构简单、较轻、体积小、节能和工作寿命长的特点，使用传递介质清洁，不会造成污染；设计关节多，自由度大，可灵活操作。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例机械臂的结构示意图；

图3为本实用新型实施例四个全方位运动装置的整体结构示意图；

图4为本实用新型实施例全方位运动装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例气动控制系统的气路控制原理示意图；

图中：1、底盘，2、回旋气缸组件，21、第一回旋气缸，22、第二回旋气缸，23、第三回旋气缸，24、第四回旋气缸，25、第五回旋气缸，3、大臂，4、轴承座，5、中间臂，6、小臂，7、气动控制系统，71、气泵，72、截流器，73、蓄气器，74、滤气器，75、调速阀，76、油雾器，77、溢流阀、78、压力表，79、单向调速器，8、气动马达，9、全方位运动装置，91、支撑架，92、联轴器，93、万向节，94、麦克纳姆轮，95、悬挂系统。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图5所示，本实用新型提供一种全气动焊接机器人，包括底盘1、回旋气缸组件2、大臂3、中间臂5、小臂6、气动控制系统7、气动马达8和全方位运动装置9，大臂3、中间臂5、小臂6和末端执行器首尾依次通过回旋气缸组件2转动装配，且大臂3首端通过回转气缸组件2和轴承座4转动安装在底盘1上表面，底盘1下表面设置有气动控制系统7，底盘1四周均固定安装有气动马达8，气动马达8输出端设置有全方位运动装置9；

如图5所示，气动控制系统7包括气泵71、截流器72、蓄气器73、滤气器74、调速阀75、油雾器76、溢流阀77和气压表78，且气泵71、截流器72、蓄气器73、滤气器74、调速阀75和油雾器76通过导管依次相连通，油雾器76输出端通过导管分别与溢流阀77和气压表78相连通，溢流阀77和气压表78的输出端与三通的两个通孔相连通，且三通的另一个通孔通过多个连管器和导管与八个三位四通电磁阀相连通，八个三位四通电磁阀分别通过单向调速器79与回旋气缸组件2和四个气动马达8相连通，末端执行器、气泵71和三位四通电磁阀均与外接电源电连接。

本实施例中，气泵71为整个气路提供动力源；截流器72可控制总气路的通断；蓄气器73便于储存一定量的压力气体，以作为备用气源；滤气器74可以过滤气体中的杂质，以保护气管及通气元件通畅；调速阀75可以调节气体的流速；油雾器76是用以把需要的润滑剂加入到气流中的元器件，便于气体介质的润滑；溢流阀77在这里做安全阀使用，当气路中的气压达到溢流阀77的调定压力时，溢流阀77开启，将气体排出，以达到保护气路的作用；压力表78可以方便操作者能够更加直观的观察整个气路中的气压变化；每个三位四通电磁阀上都带有两个电磁线圈，可以控制阀芯双向运动，每个三位四通电磁阀的两个通孔通过导气管与一个单向调速器79相连通，单向调速器79的输出端通过导气管与回旋气缸组件2或者气动马达8的两室相连通，这样三位四通电磁阀可以对回旋气缸组件2和气动马达8这九个执行件均可独立控制，进而控制每个气动执行件顺时针，逆时针和断气；回旋气缸组件2用于各个关节的活动，四个气动马达8可以用于每个全方位运动装置9的驱动。

如图1和图2所示，回旋气缸组件2包括第一回旋气缸21、第二回旋气缸22、第三回旋气缸23、第四回旋气缸24和第五回旋气缸25，第一回旋气缸21输出轴、第二回旋气缸22输出轴和第三回旋气缸23输出轴平行设置，且三个输出轴延伸端指向同一侧，底盘1上表面固定安装有第一回旋气缸21和轴承座4，且轴承座4转动装配在第一回旋气缸21输出轴的外侧壁，第一回旋气缸21输出轴延伸端固定安装在大臂3的一端，且大臂3另一端固定安装有第二回旋气缸22，第二回旋气缸22输出轴延伸端固定安装在中间臂5的一端，且中间臂5另一端固定安装有第三回旋气缸23，第三回旋气缸23输出轴延伸端固定安装有小臂6，且小臂6另一端固定安装有第四回旋气缸24，第四回旋气缸24输出轴与第三回旋气缸23输出轴相垂直，第四回旋气缸24输出轴固定安装有第五回旋气缸25，且第五回旋气缸25输出轴与第四回旋气缸24输出轴相垂直，第五回旋气缸25输出轴固定安装有末端执行器。

本实施例中，将机械手臂设计为三关节，即大臂3、中间臂5和小臂6，且每个关节都由一个回旋气缸控制，完成关节的转动，每个回旋气缸的最大转角均为180°，因此三关节构造可使机械手末端到达空间内的任意位置及完成各种姿态，当三关节折叠到底盘1上时这样可以达到多方面多功能，多地形的使用机械手。

如图3和图4所示，全方位运动装置9包括支撑架91、万向节93、麦克纳姆轮94和悬挂系统95，支撑架91固定安装在底盘1下表面，且气动马达8输出轴通过轴承与支撑架91转动装配，气动马达8输出轴延伸端依次通过联轴器92和万向节93与麦克纳姆轮94中心轴相连接，且联轴器92、万向节93和麦克纳姆轮94中心轴贯穿支撑架91，底盘1的上表面四周均固定安装有悬挂系统95，且悬挂系统95伸缩端与支撑架91位于麦克纳姆轮94中心轴的一侧相连接。

本实施例中，全方位运动装置9的数量为四个，均匀分布在底盘1的四周；为了将焊接机械手的活动空间尽可能的减小，在这里使用麦克纳姆轮94以完成全向运动，并且麦克纳姆轮94的驱动方式为满足全气动的理念，其能量转换方式设计为气动，使用气动马达8作为其驱动元件，并且使用四轮驱动，利用差速转向的原理，可以实现底盘1零转弯半径的活动，这样就大大的减少了机械手在运动时所需要的活动空间，其只需要最小的空间，即可完成所需要的动作；为了减小麦克纳姆轮94在工作过程中的震动对焊接过程造成的影响，使用悬挂系统95对机械手整体进行减震处理，具有柔性好，便于维修等特点，使之能在起伏较大的工作地面上也可以进行正常操作。

如图1所示，第五回旋气缸25输出轴延伸端通过通用法兰固定安装有末端执行器。

本实施例中，末端执行器具体为焊枪，手部末端即第五回旋气缸25输出端设计成通用法兰结构，可以更换多样的末端执行器，以完成不同类型的焊接方式。

如图1所示，第一回旋气缸21输出轴的外侧壁通过深沟球轴承与轴承座4转动装配。

本实施例中，第一回旋气缸21可以实现大臂1的仰俯，为了不使第一回旋气缸21输出轴受过大的径向力，在输出轴的中间部分由轴承座4配合深沟球轴承完成绝大部分承受径向载荷。

一种全气动焊接机器人的工作过程如下：

气泵71由进气口进气，为整个气路提供动力源，气体依次通过截流器72、蓄气器73、滤气器74、调速阀75和油雾器76，紧接着继续通过溢流阀77和气压表78，然后气体通过九个支路分别流经三位四通电磁阀，进而流经单向调速器79来对回旋气缸组件2和四个气动马达8进行控制，通过回旋气缸组件2控制大臂3、中间臂5和小臂6做旋转运动，每一个运动臂的活动空间都互不干涉，在机械手不工作时，可将其完全收于底盘1上，这样无论是携带，还是要进入一个较为狭窄，高度较低的空间时，该机械手都有很大的使用优势，四个气动马达8分别通过全方位运动装置9中联轴器92和万向节93对麦克纳姆轮94的进行控制，这样就大大的增加了机械手在运动时所需要的活动空间。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种全气动焊接机器人，其特征在于：包括底盘、回旋气缸组件、大臂、中间臂、小臂、气动控制系统、气动马达和全方位运动装置，所述大臂、中间臂、小臂和末端执行器首尾依次通过回旋气缸组件转动装配，且大臂首端通过回转气缸组件和轴承座转动安装在底盘上表面，所述底盘下表面设置有气动控制系统，所述底盘四周均固定安装有气动马达，气动马达输出端设置有全方位运动装置；

所述气动控制系统包括气泵、截流器、蓄气器、滤气器、调速阀、油雾器、溢流阀和气压表，且气泵、截流器、蓄气器、滤气器、调速阀和油雾器通过导管依次相连通，所述油雾器输出端通过导管分别与溢流阀和气压表相连通，所述溢流阀和气压表的输出端与三通的两个通孔相连通，且三通的另一个通孔通过多个连管器和导管与八个三位四通电磁阀相连通，八个所述三位四通电磁阀分别通过单向调速器与回旋气缸组件和四个所述气动马达相连通，所述末端执行器、气泵和三位四通电磁阀均与外接电源电连接。

2.根据权利要求1所述的一种全气动焊接机器人，其特征在于：所述回旋气缸组件包括第一回旋气缸、第二回旋气缸、第三回旋气缸、第四回旋气缸和第五回旋气缸，所述第一回旋气缸输出轴、第二回旋气缸输出轴和第三回旋气缸输出轴平行设置，且三个输出轴延伸端指向同一侧，所述底盘上表面固定安装有第一回旋气缸和轴承座，且轴承座转动装配在第一回旋气缸输出轴的外侧壁，所述第一回旋气缸输出轴延伸端固定安装在大臂的一端，且大臂另一端固定安装有第二回旋气缸，所述第二回旋气缸输出轴延伸端固定安装在中间臂的一端，且中间臂另一端固定安装有第三回旋气缸，所述第三回旋气缸输出轴延伸端固定安装有小臂，且小臂另一端固定安装有第四回旋气缸，所述第四回旋气缸输出轴与第三回旋气缸输出轴相垂直，所述第四回旋气缸输出轴固定安装有第五回旋气缸，且第五回旋气缸输出轴与第四回旋气缸输出轴相垂直，所述第五回旋气缸输出轴固定安装有末端执行器。

3.根据权利要求1所述的一种全气动焊接机器人，其特征在于：所述全方位运动装置包括支撑架、万向节、麦克纳姆轮和悬挂系统，所述支撑架固定安装在底盘下表面，且气动马达输出轴通过轴承与支撑架转动装配，所述气动马达输出轴延伸端依次通过联轴器和万向节与麦克纳姆轮中心轴相连接，且联轴器、万向节和麦克纳姆轮中心轴贯穿支撑架，所述底盘的上表面四周均固定安装有悬挂系统，且悬挂系统伸缩端与支撑架位于麦克纳姆轮中心轴的一侧相连接。

4.根据权利要求2所述的一种全气动焊接机器人，其特征在于：所述第五回旋气缸输出轴延伸端通过通用法兰固定安装有末端执行器。

5.根据权利要求2所述的一种全气动焊接机器人，其特征在于：所述第一回旋气缸输出轴的外侧壁通过深沟球轴承与轴承座转动装配。