CN102085659B - 空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构，包括一条平面二自由度可控机构支链、三条姿态调整支链、带法兰盘的动平台以及机架。所述动平台背部通过第一球面副、第三球面副、第五球面副、第七球面副分别与上述四条支链连接，动平台上的法兰盘用于安装焊枪或焊钳等设备。所有伺服电机均安装在机架上，杆件都能做成轻杆，机器人运动惯量小，动力学性能好，能较好满足高速精确焊接的要求。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人领域，特别是一种空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构。
背景技术
据不完全统计，全世界在役的工业机器人有近一半为焊接机器人，广泛应用于工业生产的焊接、搬运、码垛、装配、切割等作业当中。焊接机器人是一种在工业机器人上装备送丝机、软管、焊枪、焊炬或焊钳等焊接***，并配备相应的焊接电源的自动化焊接装备。现有的焊接机器人基本上都属于关节机器人，多为6个轴，通过1、2、3轴的联合动作将末端工具送到不同的空间位置，并辅以4、5、6轴的联动以满足工具姿态的不同要求。机器人本体机械结构主要有平行四边形结构和侧置式结构两种形式，因其具有较大工作空间和较为灵活的动作得到了广泛应用。但这类传统开链式串联焊接机器人机构因其自身结构的限制，电机都需要安装在连接处，会导致手臂重量大、刚性差、惯量大、关节误差累积等问题，机构动力学性能较差，难以满足日益严格的高速高精度焊接要求。
多自由度可控机构是机械技术与电子技术有机结合的产物，它由多自由度机构和多个伺服电机组成。其输出运动由多个主动件共同决定，是多自变量的函数。而各自变量，即伺服电机的角位移或转速由计算机所控制。因此，通过编制适当的计算机控制程序就可方便地实现复杂的运动规律，包括实现任意轨迹、传动比，以及速度、加速度要求等，而且，改变控制程序即可轻松地改变机构的输出运动，即所谓机构输出的柔性化。这种广义机构的动力学性能也比开式运动链形式的传统机械手优越得多，这类广义机构的驱动电机都安装在机架上，避免了传统开链式串联机器人机构的每一连杆的驱动装置大都安装在其铰链处，导致的刚性差、惯量大等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构，解决传统开链式串联焊接机器人机构的电机安装在其铰链处，导致的手臂笨重、刚性差、惯量大、关节误差累积等问题，此机构具有较好动力学性。
本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构，包括平面二自由度可控机构支链、姿态调整支链、带法兰盘的动平台以及机架。所述机架安装在回转平台上，实现整个机器人空间三维平动三维转动的六自由度运动。
所述平面二自由度可控机构支链由第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆以及机架连接而成。第一主动杆一端通过第一转动副连接到机架上，另一端通过第二转动副与第一连杆连接。第二主动杆一端连接在机架的第三转动副上，另一端通过第四转动副与第二连杆连接。所述第二连杆为折杆，中间弯折部分有第五转动副，通过第五转动副与第一连杆连接，第二连杆末端通过第一球面副与动平台中部连接。所述第一主动杆由第一伺服电机驱动。所述第二主动杆由第二伺服电机驱动。
所述第一姿态调整支链由第三主动杆、第三连杆组成。第三主动杆一端通过第六转动副连接到机架上，另一端通过第二球面副与第三连杆连接。第三连杆前端通过第三球面副与动平台右下部连接。所述第三主动杆由第三伺服电机驱动。
所述第二姿态调整支链由第四主动杆、第四连杆组成。第四主动杆一端通过第七转动副连接到机架上，另一端通过第四球面副与第四连杆连接。第四连杆前端通过第五球面副与动平台上部连接。所述第四主动杆由第四伺服电机驱动。
所述第三姿态调整支链由第五主动杆、第五连杆组成。第五主动杆一端通过第八转动副连接到机架上，另一端通过第六球面副与第五主动杆连接。第五主动杆前端通过第七球面副与动平台左下部连接。所述第五主动杆由第五伺服电机驱动。
所述动平台上有法兰盘，背部通过第一球面副、第三球面副、第五球面副、第七球面副分别与平面二自由度可控机构支链、第一姿态调整支链、第二姿态调整支链、第三姿态调整支链连接。所述法兰盘上安装焊枪或焊钳等设备。
所述机架上安装有第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、第五伺服电机。机架安装在回转平台上，实现整个机器人空间三平动三转动的六自由度运动。
本发明的突出优点在于：
1、采用外副驱动闭链传动的方式，机器人刚度特性佳、承载能力强、误差累积小、控制精度高；
2、所有伺服电机均安装在机架上，杆件做成轻杆，机器人运动惯量小，动力学性能好，能较好满足高速精确焊接的要求；
3、通过在动平台上安装各种不同用途的末端执行器，本机构可应用到搬运、码垛、装配、切割等其它工作中。
附图说明
图1为本发明所述空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构的结构示意图。
图2为本发明所述空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构的平面二自由度可控机构支链结构示意图。
图3为本发明所述空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构的第一姿态调整支链结构示意图。
图4为本发明所述空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构的第二姿态调整支链结构示意图。
图5为本发明所述空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构的第三姿态调整支链结构示意图。
图6为本发明所述空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构安装在回转平台上的第一种工作状态示意图。
图7为本发明所述空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构安装在回转平台上的第二种工作状态示意图。
图8为本发明所述空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构安装在回转平台上的第三种工作状态示意图。
图9为本发明所述空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构安装在回转平台上的第四种工作状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
对照图1、6、7、8和9，一种空间五自由度十二杆可控焊接机器人机构，包括一条平面二自由度可控机构支链、第一姿态调整支链、第二姿态调整支链、第三姿态调整支链、带法兰盘12的动平台11以及机架13。所述机架13安装在回转平台14上，实现整个机器人空间三维平动三维转动的六自由度运动。
对照图1、2，所述平面二自由度可控机构支链由第一主动杆1、第二主动杆4、第一连杆2、第二连杆3以及机架13连接而成。第一主动杆1一端通过第一转动副15连接到机架13上，另一端通过第二转动副16与第一连杆2连接。第二主动杆4一端连接在机架13的第三转动副18上，另一端通过第四转动副19与第二连杆3连接。所述第二连杆3为折杆，中间弯折部分有第五转动副17，通过第五转动副17与第一连杆2连接，第二连杆3末端通过第一球面副29与动平台11中部连接。所述第一主动杆1由第一伺服电机30驱动。所述第二主动杆4由第二伺服电机31驱动。
对照图1、3，所述第一姿态调整支链由第三主动杆5、第三连杆6组成。第三主动杆5一端通过第六转动副20连接到机架13上，另一端通过第二球面副21与第三连杆6连接。第三连杆6前端通过第三球面副22与动平台11右下部连接。所述第三主动杆5由第三伺服电机32驱动。
对照图1、4，所述第二姿态调整支链由第四主动杆7、第四连杆8组成。第四主动杆7一端通过第七转动副23连接到机架13上，另一端通过第四球面副24与第四连杆8连接。第四连杆8前端通过第五球面副25与动平台11上部连接。所述第四主动杆7由第四伺服电机33驱动。
对照图1、5，所述第三姿态调整支链由第五主动杆9、第五连杆10组成。第五主动杆9一端通过第八转动副26连接到机架13上，另一端通过第六球面副27与第五主动杆9连接。第五主动杆9前端通过第七球面副28与动平台11左下部连接。所述第五主动杆9由第五伺服电机34驱动。
对照图1、2、3、4和5，所述动平台11上有法兰盘12，背部通过第一球面副29、第三球面副22、第五球面副25、第七球面副28分别与平面二自由度可控机构支链、第一姿态调整支链、第二姿态调整支链、第三姿态调整支链连接。所述法兰盘12上安装焊枪或焊钳等设备。所述机架13上安装有第一伺服电机30、第二伺服电机31、第三伺服电机32、第四伺服电机33和第五伺服电机34。所述机架13安装在回转平台14上。
对照图6、7、8和9，所述空间五自由度十二杆可控焊接机器人机构的五台伺服电机联动配合回转平台14的转动，实现机器人空间三维平动三维转动的六自由度运动，完成各种要求的焊接工作。
Claims (1)
1.空间可控五自由度十二杆焊接机器人机构，其特征在于，该机构包括平面二自由度可控机构支链、第一姿态调整支链、第二姿态调整支链、第三姿态调整支链、带法兰盘的动平台以及机架，其结构和连接方式为：
所述平面二自由度可控机构支链由第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆以及机架连接而成，第一主动杆一端通过第一转动副连接到机架上，另一端通过第二转动副与第一连杆连接，第二主动杆一端连接在机架的第三转动副上，另一端通过第四转动副与第二连杆连接，所述第二连杆为折杆，中间弯折部分有第五转动副，通过第五转动副与第一连杆连接，第二连杆末端通过第一球面副与动平台中部连接，所述第一主动杆由第一伺服电机驱动，第二主动杆由第二伺服电机驱动，
所述第一姿态调整支链由第三主动杆、第三连杆组成，第三主动杆一端通过第六转动副连接到机架上，另一端通过第二球面副与第三连杆连接，第三连杆前端通过第三球面副与动平台右下部连接，所述第三主动杆由第三伺服电机驱动，
所述第二姿态调整支链由第四主动杆、第四连杆组成，第四主动杆一端通过第七转动副连接到机架上，另一端通过第四球面副与第四连杆连接，第四连杆前端通过第五球面副与动平台上部连接，所述第四主动杆由第四伺服电机驱动，
所述第三姿态调整支链由第五主动杆、第五连杆组成，第五主动杆一端通过第八转动副连接到机架上，另一端通过第六球面副与第五主动杆连接，第五主动杆前端通过第七球面副与动平台左下部连接，所述第五主动杆由第五伺服电机驱动，
所述动平台上有法兰盘，背部通过第一球面副、第三球面副、第五球面副、第七球面副分别与平面二自由度可控机构支链、第一姿态调整支链、第二姿态调整支链以及第三姿态调整支链连接。
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