專利名稱：一種并聯(lián)型四自由度相貫線焊接機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于管道插接的相貫線焊接的機(jī)器人。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代焊接生產(chǎn)中，插管焊接是化工和鍋爐等行業(yè)中非常普遍的一種連接形式。 一般工廠仍由手工焊接完成，制造周期長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低焊接質(zhì)量難以保持穩(wěn) 定。在大型壓力容器和管道工程應(yīng)用中，相貫線焊縫是十分常用的典型焊縫形式。這種空間 曲線焊縫焊接勞動(dòng)強(qiáng)度大、焊接質(zhì)量不易保證，因此越來越多地采用機(jī)器人進(jìn)行焊接。在焊 接過程中焊槍的位姿是影響焊接質(zhì)量的重要因素，因而也是機(jī)器人控制的一個(gè)重要部分。在焊接生產(chǎn)中采用機(jī)器人技術(shù)，可以提高生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件、穩(wěn)定和保證焊接 質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)相貫線焊縫的自動(dòng)化焊接。根據(jù)相貫線的形狀可知，要完成相貫線焊縫的焊接，焊槍的運(yùn)動(dòng)需要四個(gè)運(yùn)動(dòng)的 合成以支管軸線為中心的圓周運(yùn)動(dòng)，沿支管軸線的升降運(yùn)動(dòng)，以及焊槍的俯仰與偏轉(zhuǎn)。因 此機(jī)構(gòu)需要四個(gè)自由度，目前，現(xiàn)有的焊接機(jī)器人大多采用關(guān)節(jié)式機(jī)器人。這類焊接機(jī)器人 要完成焊接任務(wù)，必須所有關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)，采用的是串聯(lián)機(jī)構(gòu)。而各個(gè)部件的聯(lián)動(dòng)，對(duì)于焊接機(jī) 器人在焊接過程的控制來說，既不直觀，也不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)管道插接相貫線焊縫的上述工況，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)焊 槍的位置和姿態(tài)調(diào)整，同時(shí)位置和姿態(tài)獨(dú)立控制的新型的、開放式的四自由度圓柱坐標(biāo)并 聯(lián)型焊接機(jī)器人。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下方案設(shè)計(jì)一種并聯(lián)型四自由度相貫線焊接機(jī)器人，由可固定在工件上的機(jī)架、安裝在 機(jī)架內(nèi)的位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，安裝在位置調(diào)整機(jī)構(gòu)上的姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)組成，其中所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括以機(jī)架的中心軸 為中心旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)筒、設(shè)在旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)部內(nèi)齒輪、與內(nèi)齒輪嚙合并安裝在機(jī)架上的電機(jī)I，所 述升降機(jī)構(gòu)包括平行于機(jī)架的中心軸的絲杠、帶動(dòng)該絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并安裝在機(jī)架上的電機(jī)II、 與該絲杠配合的絲杠螺母、安裝在該絲杠螺母上的可在所述旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)上下移動(dòng)的升降盤、 固定在該升降盤上的同步帶軸架；所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括兩根平行于機(jī)架的中心軸的絲杠、帶動(dòng)該兩根絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的 并安裝在機(jī)架上的電機(jī)III和電機(jī)IV、與該兩根絲杠配合的兩個(gè)絲杠螺母、安裝在該兩個(gè) 絲杠螺母上的可在所述旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)上下移動(dòng)的兩個(gè)升降盤、該兩個(gè)升降盤分別帶動(dòng)的兩根同 步帶、該兩根同步帶帶動(dòng)的一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)俯仰與偏轉(zhuǎn)的差動(dòng)裝置；所述兩根同步帶安裝在所述同步帶軸架上。所述三個(gè)升降盤外分別裝有雙向推力軸承，且軸承的上下圈連接到所述旋轉(zhuǎn)筒上 可隨著旋轉(zhuǎn)筒同時(shí)旋轉(zhuǎn)。
所述的機(jī)架包括絲盤軸、絲盤安裝板、絲盤安裝墊、電機(jī)安裝盤、連接桿、上固定 盤、光桿、下固定盤、機(jī)座，其中電機(jī)安裝盤、上固定盤、下固定盤為三個(gè)同軸的圓盤，電機(jī)安 裝盤上有四個(gè)以安裝盤的圓心為中心均布的電機(jī)安裝孔，各電機(jī)安裝孔旁邊各有一個(gè)從動(dòng) 帶輪軸安裝孔，其中三個(gè)從動(dòng)帶輪軸安裝孔在上、下固定盤相同的位置上各有對(duì)應(yīng)的三個(gè) 絲杠安裝孔；電機(jī)安裝盤與上固定盤同軸且通過四根均布的連接桿連接；上固定盤與下固 定盤同軸且通過四根均布的光桿連接；下固定盤與機(jī)座通過螺栓連接，機(jī)座與工件錨固； 電機(jī)安裝盤上安裝有兩個(gè)絲盤安裝墊，絲盤安裝墊上架裝絲盤安裝板，絲盤軸安裝在絲盤 安裝板上。所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)I、從動(dòng)同步帶輪軸I、同步帶I、小齒輪、內(nèi)齒輪、可套住上 固定盤的旋轉(zhuǎn)筒上部、蓋在旋轉(zhuǎn)筒上部上面的頂部軸承蓋、頂部推力軸承、旋轉(zhuǎn)筒支撐板、 旋轉(zhuǎn)筒下部，其中電機(jī)I和從動(dòng)同步帶輪軸I分別安裝在電機(jī)安裝盤的一個(gè)電機(jī)安裝孔和 其旁邊的從動(dòng)帶輪軸安裝孔內(nèi)，同步帶I裝在電機(jī)I和從動(dòng)同步帶輪軸I上，位于電機(jī)安裝 盤上側(cè)，從動(dòng)同步帶輪軸I的另一端安裝有小齒輪，小齒輪位于上固定盤下側(cè)，與內(nèi)齒輪嚙 合，內(nèi)齒輪安裝在旋轉(zhuǎn)筒上部的頂端，旋轉(zhuǎn)筒上部的上方與頂部軸承蓋連接，通過頂部推力 軸承安裝在上固定盤上；旋轉(zhuǎn)筒上部的外壁通過四個(gè)旋轉(zhuǎn)筒支撐板與旋轉(zhuǎn)筒下部連接，旋 轉(zhuǎn)筒下部用軸承安裝在機(jī)座上。所述升降機(jī)構(gòu)包括電機(jī)II、從動(dòng)同步帶輪軸II、同步帶II、絲杠I、絲杠螺母I、升 降盤I、雙向推力軸承I、光桿、襯套、推力軸承蓋I、推力軸承套I、連接桿、滑塊安裝板、滑塊 I、導(dǎo)軌、升降板I、升降板II，其中電機(jī)II和從動(dòng)同步帶輪軸II分別安裝在電機(jī)安裝盤的 一個(gè)電機(jī)安裝孔和其旁邊的從動(dòng)帶輪軸安裝孔內(nèi)，同步帶II裝在電機(jī)II和從動(dòng)同步帶輪 軸II上，位于電機(jī)安裝盤上側(cè)，軸的另一端用剛性軸套與絲杠I連接，絲杠兩端分別安裝在 上、下固定盤的絲杠安裝孔中，絲杠I上裝有絲杠螺母I ；升降盤I上開有三個(gè)孔孔1，孔 2，孔3，此三個(gè)孔與上、下固定盤的絲杠安裝孔同軸，其中孔1用來安裝絲杠螺母I，孔2、孔 3為過孔；此外，升降盤I上還有四個(gè)以升降盤圓心為中心均布的孔，其位置分別與四根光 桿同軸，其中兩個(gè)孔裝有襯套，襯套與光桿配合，另兩個(gè)孔為過孔；升降盤I外裝有雙向推 力軸承I，與中圈配合，軸承外安裝推力軸承套I、推力軸承蓋I，軸承蓋壓在軸承的上圈和 軸承套的上端，軸承套與軸承的上下圈配合，并通過兩根連接桿分別與滑塊I上的兩個(gè)滑 塊安裝板連接，滑塊I可沿著安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)筒支撐板上的導(dǎo)軌上下滑動(dòng)；滑塊安裝板上 分別裝有兩個(gè)升降板I、升降板II。所述的姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括電機(jī)III、電機(jī)IV、從動(dòng)同步帶輪軸III、從動(dòng)同步帶輪 軸IV、同步帶III、同步帶IV、絲杠II、絲杠III、絲杠螺母II、絲杠螺母III、升降盤II、升 降盤III、雙向推力軸承II、雙向推力軸承III、光桿、襯套、推力軸承蓋II、推力軸承蓋III、 推力軸承套II、推力軸承套III、連接桿II、連接桿III、滑塊安裝板II、滑塊安裝板III、滑 塊II、滑塊III、同步帶、支板、夾塊I、夾塊II、手腕機(jī)構(gòu)、焊槍架，其中電機(jī)III和從動(dòng)同步 帶輪軸III分別安裝在電機(jī)安裝盤的一個(gè)電機(jī)安裝孔和其旁邊的從動(dòng)帶輪軸安裝孔內(nèi)，同 步帶III裝在電機(jī)III和從動(dòng)同步帶輪軸III上，位于電機(jī)安裝盤上側(cè)；電機(jī)IV和從動(dòng)同 步帶輪軸IV分別安裝在電機(jī)安裝盤的一個(gè)電機(jī)安裝孔和其旁邊的從動(dòng)帶輪軸安裝孔內(nèi)， 同步帶IV裝在電機(jī)IV和從動(dòng)同步帶輪軸IV上，位于電機(jī)安裝盤上側(cè)；從動(dòng)同步帶輪軸III 和從動(dòng)同步帶輪軸IV的另一端分別用剛性軸套與絲杠II、絲杠III連接，各絲杠兩端分別安裝在上、下固定盤另外兩個(gè)絲杠安裝孔中；升降盤II和升降盤III的結(jié)構(gòu)與升降盤I 一 樣，在對(duì)應(yīng)位置同樣有孔1，孔2，孔3，安裝時(shí)與升降盤I同軸，升降盤II位于升降盤I的上 方，升降盤III位于升降盤I的下方，升降盤II上的孔2安裝絲杠螺母II，與絲杠II配合， 其余兩個(gè)孔為過孔，可讓絲杠I和絲杠III通過，升降盤III上的孔3安裝絲杠螺母III， 與絲杠III配合，其余兩個(gè)孔也是過孔，可讓絲杠I和絲杠II通過；其余零件雙向推力軸承
11、雙向推力軸承III、光桿、襯套、推力軸承蓋II、推力軸承蓋III、推力軸承套II、推力軸 承套III、連接桿II、連接桿III、滑塊安裝板II、滑塊安裝板III、滑塊II、滑塊III的結(jié)構(gòu) 和安裝方式與升降機(jī)構(gòu)的對(duì)應(yīng)部分一樣；滑塊安裝板II上裝有支板，支板另一端裝有夾塊 I，滑塊安裝板III上裝有夾塊II ；夾塊I和夾塊II分別夾在左右各一條同步帶上，兩條同 步帶的同步帶輪裝在升降板I和升降板II上；升降板I和升降板II的下端安裝有一個(gè)由 錐齒輪I、錐齒輪II、錐齒輪III三個(gè)圓錐齒輪組成的差動(dòng)輪系，三個(gè)圓錐齒輪模數(shù)、齒數(shù)都 相同，錐角都為45度，錐齒輪I與升降板I上的從動(dòng)帶輪相連，錐齒輪II與系桿相連，系桿 的另一端與升降板II上的從動(dòng)帶輪相連，錐齒輪III套在系桿上，與系桿可發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)， 錐齒輪II的下方裝有焊槍架；整個(gè)差動(dòng)輪系與焊槍架構(gòu)成手腕機(jī)構(gòu)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益的效果專門針對(duì)相貫線焊縫的工況，采用 并聯(lián)機(jī)構(gòu)，焊槍的位置和姿態(tài)可獨(dú)立控制調(diào)整，機(jī)器人系統(tǒng)具有柔性化、可移動(dòng)和較好的經(jīng) 濟(jì)性能，并且機(jī)器人工作時(shí)四個(gè)電機(jī)相對(duì)于世界坐標(biāo)系是固定不動(dòng)的，可避免因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn) 生的導(dǎo)線纏繞問題。


圖1 本發(fā)明的四自由度相貫線焊接機(jī)器人的一種實(shí)施例的整體視圖a圖2 圖1所示的實(shí)施例的整體視圖b圖3 圖1所示的實(shí)施例中機(jī)器人的機(jī)架斜視圖a圖4 圖1所示的實(shí)施例中機(jī)器人的機(jī)架斜視圖b圖5 圖1所示的實(shí)施例中機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)斜視6 圖1所示的實(shí)施例中機(jī)器人的升降機(jī)構(gòu)斜視7 圖1所示的實(shí)施例中機(jī)器人的姿態(tài)調(diào)整斜視中1、機(jī)座，2、旋轉(zhuǎn)筒下部，3、下固定盤，4、光桿，5、推力軸承套111，6、推力軸 承蓋III，7、絲杠螺母III，8、絲杠III，9、推力軸承套I，10、推力軸承蓋I，11、絲杠螺母I，
12、絲杠I，13、推力軸承套II，14、推力軸承蓋II，15、絲杠螺母II，16、絲杠II，17、電機(jī) 111，18、同步帶111，19、電機(jī)安裝盤，20、絲盤安裝板，21、絲盤軸，22、同步帶1，23、電機(jī)I， 24、絲盤安裝墊，25、同步帶IV，26、電機(jī)IV，27、同步帶II，28、電機(jī)II，29、頂部軸承蓋，30、 旋轉(zhuǎn)筒上部，31、旋轉(zhuǎn)筒支撐板，32、小齒輪，33、內(nèi)齒輪，34、雙向推力軸承11，35、升降盤 II，36、雙向推力軸承I，37、升降盤I，38、雙向推力軸承III，39、升降盤III，40、導(dǎo)軌，41、連 接桿1，42、滑塊安裝板1，43、滑塊11，44、支板，45、升降板1，46、升降板11，47、滑塊1，48、 夾塊1，49、夾塊11，50、滑塊111，51、同步帶，52、手腕機(jī)構(gòu)，53、焊槍架，54、上固定盤，55、連 接桿，56、滑塊安裝板II，57、滑塊安裝板III。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1-圖7對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述根據(jù)相貫線的形狀可知完成相貫線焊縫需要四個(gè)運(yùn)動(dòng)，因此本發(fā)明具有四個(gè)自由 度，分別為焊槍旋轉(zhuǎn)、焊槍升降、焊槍俯仰、焊槍偏轉(zhuǎn)，其中旋轉(zhuǎn)和升降為位置調(diào)整，俯仰和 偏轉(zhuǎn)為姿態(tài)調(diào)整。其原理為四個(gè)自由度由四個(gè)步進(jìn)電機(jī)I-IV來驅(qū)動(dòng)，電機(jī)I-IV都安裝在機(jī)架上 面，機(jī)架通過機(jī)座安裝在工件上面，所以電機(jī)相對(duì)于工件固定不動(dòng)。電機(jī)I驅(qū)動(dòng)齒輪，與內(nèi) 齒輪嚙合，內(nèi)齒輪安裝在旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)筒以機(jī)架為中心旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)自由度。電機(jī)II 驅(qū)動(dòng)絲杠，絲杠與絲杠螺母配合，絲杠螺母上裝有升降盤，實(shí)現(xiàn)升降自由度。電機(jī)III、IV分 別驅(qū)動(dòng)兩根絲杠，絲杠分別與絲杠螺母配合，絲杠螺母上分別裝有升降盤，升降盤外分別夾 在兩根同步帶上，當(dāng)兩個(gè)升降盤與電機(jī)II驅(qū)動(dòng)的升降盤同速升降時(shí)，同步帶將不被拉動(dòng)， 焊槍將只升降不發(fā)生俯仰與偏轉(zhuǎn)，當(dāng)兩個(gè)升降盤與電機(jī)II驅(qū)動(dòng)的升降盤存在速度差時(shí)，同 步帶將被拉動(dòng)，下端的兩個(gè)帶輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，與帶輪相連的差動(dòng)輪系手腕機(jī)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)焊槍 俯仰與偏轉(zhuǎn)，焊槍將在升降的同時(shí)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整。由于三個(gè)升降盤外分別裝有雙向推力軸 承，且軸承的上下圈連接到旋轉(zhuǎn)筒上可隨著旋轉(zhuǎn)筒同時(shí)旋轉(zhuǎn)，因此焊槍在升降、俯仰、偏轉(zhuǎn) 的同時(shí)又能繞機(jī)架旋轉(zhuǎn)，以完成相貫線焊縫，四個(gè)自由度全部實(shí)現(xiàn)，且相互獨(dú)立控制，為并 聯(lián)機(jī)構(gòu)。機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)及外觀如圖1、圖2機(jī)架如圖3、圖4所示，相對(duì)于世界坐標(biāo)是固定不動(dòng)的，用于安裝電機(jī)、錨固工件。 電機(jī)安裝盤19與上固定盤54通過四根連接桿55連接，電機(jī)安裝盤的外圍有四個(gè)電機(jī)安裝 孔用以安裝四個(gè)步進(jìn)電機(jī)，提供四個(gè)自由度所需的動(dòng)力，電機(jī)安裝盤上部裝有絲盤安裝墊 24、絲盤安裝板20、絲盤軸21，用來安裝送絲盤；上固定盤54與下固定盤3之間用四根光桿 4連接，下固定盤3的下部裝有機(jī)座1，用來將整個(gè)機(jī)器人錨固在工件上。圖5中當(dāng)電機(jī)I 23啟動(dòng)時(shí)，通過同步帶I 22帶動(dòng)從動(dòng)同步帶輪軸I旋轉(zhuǎn)，動(dòng)同步 帶輪軸I的另一端安裝有小齒輪，從動(dòng)同步帶輪軸I將運(yùn)動(dòng)傳遞至小齒輪32，小齒輪32與 內(nèi)齒輪33內(nèi)嚙合，從而帶動(dòng)內(nèi)齒輪33旋轉(zhuǎn)，而內(nèi)齒輪33是用螺栓安裝在旋轉(zhuǎn)筒上部30上， 旋轉(zhuǎn)筒上部30用螺栓連接有頂部軸承蓋29，其內(nèi)部裝有推力軸承，推力軸承的固定圈裝在 上固定盤54的外緣；旋轉(zhuǎn)筒上部30與旋轉(zhuǎn)筒下部2之間用四塊旋轉(zhuǎn)筒支撐板31連接，旋 轉(zhuǎn)筒下部2的中心用軸承安裝在機(jī)座1的中心。因此當(dāng)電機(jī)I啟動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)筒也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)自由度。圖6中當(dāng)電機(jī)II 28啟動(dòng)時(shí)，通過同步帶II 27帶動(dòng)從動(dòng)同步帶輪軸III旋轉(zhuǎn)，從 動(dòng)同步帶輪軸II的另一端與絲杠I 12連接，將運(yùn)動(dòng)傳遞至絲杠I 12，絲杠I 12的上下端 分別安裝在上固定盤54、下固定盤3中心的絲杠安裝孔中，絲杠上有絲杠螺母I 11，螺母外 裝有升降盤I 37，升降盤I 37上還裝有襯套，與光桿4配合，當(dāng)絲杠I 12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，升降盤I 37將以光桿4為導(dǎo)向上下移動(dòng)，升降盤I 37的外緣與雙向推力軸承I 36的中圈配合，軸承 的上下圈裝有推力軸承套I 9和推力軸承蓋I 10，軸承套上裝有兩根縱向的連接桿41，并 分別與滑塊I 47上的兩個(gè)滑塊安裝板42連接，滑塊I 47可沿著旋轉(zhuǎn)筒支撐板31上的導(dǎo) 軌40上下滑動(dòng)，滑塊安裝板42上分別裝有兩個(gè)升降板145、升降板II 46，兩個(gè)升降板的底 部用來安裝手腕機(jī)構(gòu)52及焊槍。由圖7可知當(dāng)升降盤I 37上下移動(dòng)時(shí)，升降板也將隨之 上下移動(dòng)，帶動(dòng)焊槍升降；由于升降盤I 37外緣套有軸承，且軸承的上下圈是依次通過推力軸承套I 9、連接桿41、滑塊安裝板42、滑塊I 47連接到旋轉(zhuǎn)筒支撐板31上的，因此當(dāng)旋 轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，升降板也會(huì)隨之同時(shí)旋轉(zhuǎn)，焊槍也同時(shí)以機(jī)架為中心旋轉(zhuǎn)，升降與旋轉(zhuǎn)為并聯(lián) 關(guān)系，通過軸承來解耦，互相獨(dú)立，不發(fā)生干涉。圖7所示為姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)，包括焊槍的俯仰、焊槍的偏轉(zhuǎn)兩個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)，其傳 動(dòng)原理類似于升降機(jī)構(gòu)，電機(jī)III 17、電機(jī)IV 26分別通過同步帶11118、同步帶IV25和從 動(dòng)同步帶輪軸III、從動(dòng)同步帶輪軸IV驅(qū)動(dòng)絲杠II 16、絲杠1118，再分別傳遞到導(dǎo)軌40上 的滑塊II 43和滑塊11150，具體機(jī)構(gòu)為絲杠II 16、絲杠III8的兩端分別安裝在上、下固 定盤54、3另外的絲杠安裝孔中；有升降盤1135和升降盤11139，二者的結(jié)構(gòu)與升降盤137 一樣，安裝時(shí)與升降盤137同軸，升降盤1135位于升降盤137的上方，升降盤III39位于升 降盤137的下方，升降盤1135上有安裝絲杠螺母1115的孔，絲杠螺母1115與絲杠1116配 合，還有兩個(gè)過孔，可讓絲杠112和絲杠III8通過，升降盤III39上有安裝絲杠螺母III7 的孔，絲杠螺母II17與絲杠II18配合，也還有兩個(gè)過孔，可讓絲杠112和絲杠II16通過。 其余零件雙向推力軸承1134、雙向推力軸承11138、光桿4、襯套、推力軸承蓋1114、推力軸 承蓋1116、推力軸承套1113、推力軸承套1115、連接桿II、連接桿III、滑塊安裝板1156、滑 塊安裝板11157、滑塊1143、滑塊III 50的結(jié)構(gòu)和安裝方式與升降機(jī)構(gòu)的對(duì)應(yīng)部分一樣。滑塊1143上裝有支板44，支板44的底端安裝夾塊I 48 ；滑塊III50上裝有夾塊
II49;有左右兩條同步帶51，左右兩側(cè)同步帶51的同步帶輪分別裝在升降板I 45和升降 板1146上；夾塊I 48夾在左側(cè)同步帶51上，夾塊II 49夾在右側(cè)同步帶上；升降板I 45 和升降板Π46下端的內(nèi)側(cè)裝有一個(gè)由三個(gè)圓錐齒輪組成的差動(dòng)輪系三個(gè)圓錐齒輪模數(shù)、 齒數(shù)都相同，錐角都為45度，錐齒輪I與升降板I 45上的從動(dòng)帶輪相連，錐齒輪II與系桿 相連，系桿的另一端與升降板II 46上的從動(dòng)帶輪相連，錐齒輪III套在系桿上，與系桿可 發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，錐齒輪II的下方裝有焊槍架53。整個(gè)差動(dòng)輪系與焊槍架51構(gòu)成手腕機(jī)構(gòu) 52。當(dāng)三個(gè)升降盤同速運(yùn)動(dòng)時(shí)，三個(gè)滑塊也同速運(yùn)動(dòng)，其相互間的位置不發(fā)生變化，因此同 步帶不會(huì)被拉動(dòng)，焊槍只發(fā)生升降不發(fā)生俯仰與偏轉(zhuǎn)；當(dāng)三個(gè)升降盤不同速，即相互間位置 關(guān)系發(fā)生變化時(shí)，同步帶將被拉動(dòng)，下端的兩個(gè)同步帶輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)，與之相連的錐齒輪I和 系桿分別發(fā)生旋轉(zhuǎn)，分別實(shí)現(xiàn)焊槍的俯仰與偏轉(zhuǎn)，即姿態(tài)調(diào)整。由于升降盤II 35、升降盤
III39的外緣都裝有雙向推力軸承，同樣能通過軸承來解耦，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)型四自由度相貫線焊接機(jī)器人，由可固定在工件上的機(jī)架、安裝在機(jī)架內(nèi) 的位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，安裝在位置調(diào)整機(jī)構(gòu)上的姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)組成，其特征在于所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括以機(jī)架的中心軸為 中心旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)筒、設(shè)在旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)部內(nèi)齒輪、與內(nèi)齒輪嚙合并安裝在機(jī)架上的電機(jī)I (23)， 所述升降機(jī)構(gòu)包括平行于機(jī)架的中心軸的絲杠、帶動(dòng)該絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并安裝在機(jī)架上的電機(jī) II (28)、與該絲杠配合的絲杠螺母、安裝在該絲杠螺母上的可在所述旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)上下移動(dòng)的 升降盤、固定在該升降盤上的同步帶軸架；所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括兩根平行于機(jī)架的中心軸的絲杠、帶動(dòng)該兩根絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的并安 裝在機(jī)架上的電機(jī)111(17)和電機(jī)IV(26)、與該兩根絲杠配合的兩個(gè)絲杠螺母、安裝在該 兩個(gè)絲杠螺母上的可在所述旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)上下移動(dòng)的兩個(gè)升降盤、該兩個(gè)升降盤分別帶動(dòng)的兩 根同步帶、該兩根同步帶帶動(dòng)的一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)俯仰與偏轉(zhuǎn)的差動(dòng)裝置；所述兩根同步帶安裝在所述同步帶軸架上。所述三個(gè)升降盤外分別裝有雙向推力軸承，且軸承的上下圈連接到所述旋轉(zhuǎn)筒上可隨 著旋轉(zhuǎn)筒同時(shí)旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種并聯(lián)型四自由度相貫線焊接機(jī)器人，其特征在于所述的機(jī)架包括絲盤軸(21)、絲盤安裝板(20)、絲盤安裝墊(24)、電機(jī)安裝盤(19)、 連接桿(55)、上固定盤(54)、光桿(4)、下固定盤(3)、機(jī)座(1)，其中電機(jī)安裝盤(19)、上固 定盤(54)、下固定盤(3)為三個(gè)同軸的圓盤，電機(jī)安裝盤(19)上有四個(gè)以安裝盤的圓心為 中心均布的電機(jī)安裝孔，各電機(jī)安裝孔旁邊各有一個(gè)從動(dòng)帶輪軸安裝孔，其中三個(gè)從動(dòng)帶 輪軸安裝孔在上、下固定盤(54、3)相同的位置上各有對(duì)應(yīng)的三個(gè)絲杠安裝孔；電機(jī)安裝盤(19)與上固定盤(54)通過四根均布的連接桿(55)連接；上固定盤(54)與下固定盤(3) 通過四根均布的光桿(4)連接；下固定盤(3)與機(jī)座(1)通過螺栓連接，機(jī)座(1)與工件錨 固；電機(jī)安裝盤(19)上安裝有兩個(gè)絲盤安裝墊(24)，絲盤安裝墊(24)上架裝絲盤安裝板(20)，絲盤軸(21)安裝在絲盤安裝板(20)上。
3.如權(quán)利要求2所述的一種并聯(lián)型四自由度相貫線焊接機(jī)器人，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)I (23)、從動(dòng)同步帶輪軸I、同步帶I (22)、小齒輪(32)、內(nèi)齒輪 (33)、可套住上固定盤(54)的旋轉(zhuǎn)筒上部(30)、蓋在旋轉(zhuǎn)筒上部(30)上面的頂部軸承蓋 (29)、頂部推力軸承、旋轉(zhuǎn)筒支撐板(31)、旋轉(zhuǎn)筒下部(2)，其中電機(jī)1(23)和從動(dòng)同步帶輪 軸I分別安裝在電機(jī)安裝盤(19)的一個(gè)電機(jī)安裝孔和其旁邊的從動(dòng)帶輪軸安裝孔內(nèi)，同步 帶1(22)裝在電機(jī)1(23)和從動(dòng)同步帶輪軸I上，位于電機(jī)安裝盤(19)上側(cè)，從動(dòng)同步帶 輪軸I的另一端安裝有小齒輪(32)，小齒輪(32)位于上固定盤(54)下側(cè)，與內(nèi)齒輪(33) 嚙合，內(nèi)齒輪(33)安裝在旋轉(zhuǎn)筒上部(30)的頂端，旋轉(zhuǎn)筒上部(30)的上方與頂部軸承蓋 (29)連接，通過頂部推力軸承安裝在上固定盤(54)上；旋轉(zhuǎn)筒上部(30)的外壁通過四個(gè) 旋轉(zhuǎn)筒支撐板(31)與旋轉(zhuǎn)筒下部(2)連接，旋轉(zhuǎn)筒下部(2)用軸承安裝在機(jī)座(1)上。
4.如權(quán)利要求3所述的一種并聯(lián)型四自由度相貫線焊接機(jī)器人，其特征在于所述升降機(jī)構(gòu)包括電機(jī)II (28)、從動(dòng)同步帶輪軸II、同步帶II (27)、絲杠I (12)、絲杠 螺母I (11)、升降盤I (37)、雙向推力軸承I (36)、光桿(4)、襯套、推力軸承蓋I (10)、推力 軸承套I (9)、連接桿(41)、滑塊安裝板(42)、滑塊I (47)、導(dǎo)軌(40)、升降板I (45)、升降板 II (46)，其中電機(jī)II (28)和從動(dòng)同步帶輪軸II分別安裝在電機(jī)安裝盤(19)的一個(gè)電機(jī)安裝孔和其旁邊的從動(dòng)帶輪軸安裝孔內(nèi)，同步帶11(27)裝在電機(jī)II (28)和從動(dòng)同步帶輪軸 II上，位于電機(jī)安裝盤(19)上側(cè)，軸的另一端用剛性軸套與絲杠1(12)連接，絲杠兩端分 別安裝在上、下固定盤(54、3)的絲杠安裝孔中，絲杠1(12)上裝有絲杠螺母I(Il)；升降盤 1(37)上開有三個(gè)孔孔1，孔2，孔3，此三個(gè)孔與上、下固定盤(54,3)的絲杠安裝孔同軸， 其中孔1用來安裝絲杠螺母I (11)，孔2、孔3為過孔；此外，升降盤I (37)上還有四個(gè)以升 降盤圓心為中心均布的孔，其位置分別與四根光桿(4)同軸，其中兩個(gè)孔裝有襯套，襯套與 光桿⑷配合，另兩個(gè)孔為過孔；升降盤I (37)外裝有雙向推力軸承1(36)，與中圈配合，軸 承外安裝推力軸承套I (9)、推力軸承蓋I (10)，軸承蓋壓在軸承的上圈和軸承套的上端，軸 承套與軸承的上下圈配合，并通過兩根連接桿(41)分別與滑塊I (47)上的兩個(gè)滑塊安裝板 (42)連接，滑塊I (47)可沿著安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)筒支撐板(31)上的導(dǎo)軌(40)上下滑動(dòng)；滑 塊安裝板(42)上分別裝有兩個(gè)升降板I (45)、升降板II (46)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種并聯(lián)型四自由度相貫線焊接機(jī)器人，其特征在于 所述的姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括電機(jī)III (17)、電機(jī)IV(26)、從動(dòng)同步帶輪軸III、從動(dòng)同步 帶輪軸IV、同步帶III (18)、同步帶IV(25)、絲杠II (16)、絲杠III (8)、絲杠螺母II (15)、 絲杠螺母III (7)、升降盤II (35)、升降盤III (39)、雙向推力軸承II (34)、雙向推力軸承 III (38)、光桿(4)、襯套、推力軸承蓋II (14)、推力軸承蓋III (6)、推力軸承套II (13)、推力 軸承套III (5)、連接桿II、連接桿III、滑塊安裝板II、滑塊安裝板III、滑塊II (43)、滑塊 III (50)、同步帶(51)、支板(44)、夾塊I (48)、夾塊II (49)、手腕機(jī)構(gòu)(52)、焊槍架(53)，其 中電機(jī)111(17)和從動(dòng)同步帶輪軸III分別安裝在電機(jī)安裝盤(19)的一個(gè)電機(jī)安裝孔和 其旁邊的從動(dòng)帶輪軸安裝孔內(nèi)，同步帶111(18)裝在電機(jī)111(17)和從動(dòng)同步帶輪軸III 上，位于電機(jī)安裝盤(19)上側(cè)；電機(jī)IV(26)和從動(dòng)同步帶輪軸IV分別安裝在電機(jī)安裝盤 (19)的一個(gè)電機(jī)安裝孔和其旁邊的從動(dòng)帶輪軸安裝孔內(nèi)，同步帶IV(25)裝在電機(jī)IV(26) 和從動(dòng)同步帶輪軸IV上，位于電機(jī)安裝盤(19)上側(cè)；從動(dòng)同步帶輪軸III和從動(dòng)同步帶 輪軸IV的另一端分別用剛性軸套與絲杠II (16)、絲杠111(8)連接，各絲杠兩端分別安裝 在上、下固定盤(54、3)另外兩個(gè)絲杠安裝孔中；升降盤II (35)和升降盤III (39)的結(jié)構(gòu) 與升降盤I (37) —樣，在對(duì)應(yīng)位置同樣有孔1，孔2，孔3，安裝時(shí)與升降盤I (37)同軸，升 降盤II (35)位于升降盤I (37)的上方，升降盤III (39)位于升降盤I (37)的下方，升降盤 11(35)上的孔2安裝絲杠螺母II (15)，與絲杠II (16)配合，其余兩個(gè)孔為過孔，可讓絲杠I(12)和絲杠III (8)通過，升降盤III (39)上的孔3安裝絲杠螺母111(7),與絲杠III (8) 配合，其余兩個(gè)孔也是過孔，可讓絲杠I (12)和絲杠11(16)通過；其余零件雙向推力軸承II(34)、雙向推力軸承III (38)、光桿(4)、襯套、推力軸承蓋II (14)、推力軸承蓋III (6)、推 力軸承套II (13)、推力軸承套III (5)、連接桿II、連接桿III、滑塊安裝板II (56)、滑塊安裝 板III (57)、滑塊II (43)、滑塊III (50)的結(jié)構(gòu)和安裝方式與升降機(jī)構(gòu)的對(duì)應(yīng)部分一樣；滑 塊安裝板II (56)上裝有支板(44)，支板另一端裝有夾塊I (48)，滑塊安裝板III (57)上裝 有夾塊II (49)；夾塊I (48)和夾塊II (49)分別夾在左右各一條同步帶(51)上，兩條同步 帶(51)的同步帶輪裝在升降板I (45)和升降板II (46)上；升降板I (45)和升降板II (46) 的下端安裝有一個(gè)由錐齒輪I、錐齒輪II、錐齒輪III三個(gè)圓錐齒輪組成的差動(dòng)輪系，三個(gè) 圓錐齒輪模數(shù)、齒數(shù)都相同，錐角都為45度，錐齒輪1與升降板I上的從動(dòng)帶輪相連，錐齒 輪II與系桿相連，系桿的另一端與升降板II上的從動(dòng)帶輪相連，錐齒輪III套在系桿上，與系桿可發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，錐齒輪II的下方裝有焊槍架；整個(gè)差動(dòng)輪系與焊槍架(53)構(gòu)成手 腕機(jī)構(gòu)(52)。
全文摘要
一種并聯(lián)型四自由度相貫線焊接機(jī)器人針對(duì)管道插接的相貫線焊縫工況而設(shè)計(jì)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。該機(jī)器人包括機(jī)架、位置調(diào)整機(jī)構(gòu)、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)。四個(gè)自由度由四個(gè)步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，由齒輪傳遞實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)自由度，由三根絲杠來實(shí)現(xiàn)差速升降以達(dá)到升降自由度、俯仰自由度和偏轉(zhuǎn)自由度。三個(gè)升降運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間分別通過三個(gè)雙向推力軸承解耦，升降的同時(shí)也能旋轉(zhuǎn)，獨(dú)立控制，控制簡單。另外由于四個(gè)步進(jìn)電機(jī)是安裝在機(jī)架上的，工作時(shí)相對(duì)于世界坐標(biāo)系是固定不動(dòng)的，避免了因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的導(dǎo)線纏繞。本機(jī)器人系統(tǒng)具有柔性化、可移動(dòng)和較好的經(jīng)濟(jì)性能。
文檔編號(hào)B23K37/02GK102000932SQ20101057984
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者于洋, 劉翼, 涂志偉, 陳樹君 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)