CN102513754A

CN102513754A - 定心经纬姿态调整部件

Info

Publication number: CN102513754A
Application number: CN2011104232625A
Authority: CN
Inventors: 郭建伟; 赵京; 刘廷顺; 杜滨; 陈树君; 卢振洋
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明涉及一种焊接设备的部件，具体说涉及一种焊接机器人的焊枪定心经纬姿态调整部件。该部件有利于实现机器人位置调节与姿态调节解耦，可应用于插接管道相贯线焊缝的焊接机器人以及其他需要定心经纬姿态调整的设备。为实现上述目的，设计了一种由经度调节机构和纬度调节机构组成的定心经纬姿态调整部件。其中纬度调节机构为一种平面单自由度三环八杆机构。本发明外观简洁、角度调节范围大且便于制造，能灵活完成定心经纬姿态调整。

Description

定心经纬姿态调整部件

技术领域

本发明涉及一种焊接设备的部件，具体说涉及一种焊接机器人的焊枪定心经纬姿态调整部件，属于机械装置及运输技术领域。

背景技术

焊接机器人是焊接技术与机器人技术的结合体，是焊接自动化的典型代表。相贯线焊缝是常见于锅炉、管道行业的焊缝形式，其焊接过程需要实时调节焊枪相对于焊缝的姿态。目前，这一工作主要由手工完成，焊接质量难以保证。因此，为了高质量地完成焊接任务，迫切需要引进自动焊接工艺。

近年来，国内外全位置相贯线焊接机器人的开发不在少数，按照位置与姿态调节方式可分为两类：1、位置与姿态调节耦合的关节式机器人；2、位置与姿态调节解耦的圆柱坐标式机器人。前者运动学较复杂，运动反解困难，确定末端件的位姿不直观，进行控制时计算量比较大，且耦合效应会放大误差。而后者运动学简单，反解容易，确定末端件位姿直观，进行控制时计算量较小。因此，多数研究集中在圆柱坐标式机器人，为此，需要开发定心经纬姿态调整部件。目前的研究开发中，主要有转动关节加不完全齿轮型定心部件、转动关节加弧形轨道型定心部件以及双弧形轨道型定心部件。这些形式的定心部件主要存在三个问题：1、不完全齿轮或弧形轨道容易与被焊零件干涉，因此限制了其角度调节范围；2、驱动配置影响定心部件的外观；3、部件制造成本较高。

本发明开发了包含转动关节和连杆机构的定心经纬姿态调整部件，外形简洁、角度调节范围大且便于制造，有着很大的现实意义。

发明内容

本发明的目的是开发外形简洁、角度调节范围大且便于制造的焊接机器人用焊枪定心经纬姿态调整部件。该部件为开发焊枪位置调节与姿态调节解耦的焊接机器人提供条件，应用该部件可以方便地调节焊枪姿态而不改变焊枪末端的位置。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。仿照地球经纬线，本定心部件包括经度调节机构和纬度调节机构；其中

所述的经度调节机构包括安装在焊接机器人手臂上的基座、安装在基座中的推力轴承、安装在基座上的中环、安装在中环上的上盖、安装在上盖中内的径向轴承、安装在上盖上的经度调节电机以及安装在推力轴承和径向轴承中与经度调节电机输出轴同轴联接的摇杆轴，摇杆轴在经度调节电机的带动下转动。

所述的纬度调节机构包括安装在摇杆轴上的摇杆AC、安装在摇杆AC上的纬度调节电机、安装在纬度调节电机输出轴上与摇杆AC以铰链A铰接的连杆AJ、与摇杆AC以铰链C铰接的连杆CK、与连杆AJ和连杆CK分别以铰链B和铰链D铰接的连杆BD、与连杆AJ以铰链J铰接的连杆EJ、与连杆CK以铰链K铰接的连杆GK、与连杆EJ和连杆GK分别以铰链F和铰链H铰接的连杆FH以及与连杆EJ和连杆GK分别以铰链E和铰链G铰接的焊枪EG；所述的相互铰接的连杆AJ、连杆CK、连杆BD及摇杆AC构成平行四边形机构，相互铰接的连杆EJ、连杆GK、连杆FH及焊枪EG构成平行四边形机构；铰接点A、B、J位于同一直线上，铰接点E、F、J位于同一直线上，铰接点C、D、K位于同一直线上、铰接点G、H、K位于同一直线上；焊枪末端点与铰接点E位于铰接点G的两侧，并且三点位于同一直线上；铰接点CK之间的距离/铰接点AJ之间的距离＝铰接点GK之间的距离/铰接点EJ之间的距离＝焊枪末端点与铰接点G之间的距离/焊枪末端点与铰接点E之间的距离；纬度调节电机通过连杆机构带动焊枪绕焊枪末端点转动。

所述摇杆轴的轴线通过焊枪末端点，且位于焊枪运动过程中焊枪轴线扫过的平面。

本发明采用经纬度调节思路，外观简洁、角度调节范围大且便于制造，能有效地避免同被焊零件的干涉问题，同时灵活完成焊枪的姿态调节。该部件有利于实现机器人位置调节与姿态调节解耦，可应用于插接管道相贯线焊缝的焊接机器人以及其他需要定心经纬姿态调整的设备。

附图说明

图1定心部件外观示意图

图2经度调节机构示意图

图3纬度调节机构实施例1

图4纬度调节机构实施例1运动简图

图5纬度调节机构实施例2

图6纬度调节机构实施例2运动简图

附图中所标示的各部分名称如下：1、经度调节机构；2、纬度调节机构；11、经度调节电机；12、上盖；13、径向轴承；14、摇杆轴；15、中环；16、推力轴承；17、基座；21、摇杆AC；22、纬度调节电机；A、B、C、D、E、F、G、H、J、K为铰链；O为焊枪末端点；AJ、CK、EJ、GK、EG、BD以及FH均为连杆，且EG代表焊枪。

具体实施方式

结合附图1～6，对本发明的两种优选实例作如下详细说明。

实施例1：

如图1所示，实施例1中的定心经纬姿态调整部件由经度调节机构1和纬度调节机构2构成。

经度调节机构能实现经度方向的角度调节，其具体结构如图2所示，包括经度调节电机11、上盖12、径向轴承13、摇杆轴14、中环15、推力轴承16和基座17。其中基座17固定在焊接机器人的手臂上；推力轴承16安装在基座中的孔内；径向轴承13安装在上盖12中的孔内；摇杆轴14安装在径向轴承13和推力轴承16中，并从基座伸出；经度调节电机11通过螺栓固定在上盖12上，并且其输出轴与摇杆轴14同轴联接；上盖12和中环15通过螺栓固定在基座上。控制经度调节电机的转动可以调节摇杆轴14的角度。

纬度调节机构能实现纬度方向的角度调节，其具体结构如图3所示，其机构运动简图如图4所示，包括摇杆AC(21)、纬度调节电机22、连杆AJ、连杆CK、连杆EJ、连杆GK、焊枪EG、连杆BD、连杆FH。其中摇杆AC(21)与摇杆轴14通过螺栓或焊接固连，摇杆AC(21)与连杆AJ以铰链A铰接，摇杆AC(21)与连杆CK以铰链C铰接，连杆AJ与连杆EJ以铰链J铰接，连杆AJ与连杆BD以铰链B铰接，连杆EJ与连杆FH以铰链F铰接，焊枪EG与连杆EJ和连杆GK分别以铰链E和铰链G铰接，铰接点D、K、H重合，连杆CK、连杆BD、连杆FH与连杆GK以复合铰链K铰接；相互铰接的连杆AJ、连杆BD、连杆CK、摇杆AC(21)构成平行四边形机构；相互铰接的连杆EJ、连杆FH、连杆GK、焊枪EG构成平行四边形机构；铰接点A、B、J位于同一直线上，铰接点E、F、J位于同一直线上；焊枪末端点O与铰接点E位于铰接点G的两侧，并且三点位于同一直线上；铰接点CK之间的距离/铰接点AJ之间的距离＝铰接点GK之间的距离/铰接点EJ之间的距离＝焊枪末端点O与铰接点G之间的距离/焊枪末端点O与铰接点E之间的距离。控制纬度调节电机的转动可以调节焊枪EG绕焊枪末端点O的转动。

经度调节机构的摇杆轴14的轴线通过焊枪末端点O，且位于焊枪运动过程中焊枪轴线扫过的平面。

实施例2：

纬度调节机构能实现纬度方向的角度调节，其具体结构如图5所示，其机构运动简图如图6所示，包括摇杆AC(21)、纬度调节电机22、连杆AJ、连杆CK、连杆EJ、连杆GK、焊枪EG、连杆BD、连杆FH。其中摇杆AC(21)与摇杆轴14通过螺栓或焊接固连，摇杆AC(21)与连杆AJ以铰链A铰接，摇杆AC(21)与连杆CK以铰链C铰接，连杆AJ与连杆EJ以铰链J铰接，连杆AJ与连杆BD以铰链B铰接，连杆EJ与连杆FH以铰链F铰接，焊枪EG与连杆EJ和连杆GK分别以铰链E和铰链G铰接，铰接点D、K、H不重合，连杆BD与连杆CK以铰链D铰接，连杆FH与连杆GK以铰链H铰接，连杆CK与连杆GK以铰链K铰接；相互铰接的连杆AJ、连杆BD、连杆CK、摇杆AC(21)构成平行四边形机构；相互铰接的连杆EJ、连杆FH、连杆GK、焊枪EG构成平行四边形机构；铰接点A、B、J位于同一直线上，铰接点E、F、J位于同一直线上；焊枪末端点O与铰接点E位于铰接点G的两侧，并且三点位于同一直线上；铰接点CK之间的距离/铰接点AJ之间的距离＝铰接点GK之间的距离/铰接点EJ之间的距离＝焊枪末端点O与铰接点G之间的距离/焊枪末端点O与铰接点E之间的距离。控制纬度调节电机的转动可以调节焊枪EG绕焊枪末端点O的转动。

至此，已经对本发明对焊枪进行姿态调节的两种优选实例进行了说明。但是本发明不仅仅局限于上述实例，凡是基于本发明的基础上进行的任何改进和变形均属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.定心经纬姿态调整部件，其特征在于：包括经度调节机构和纬度调节机构；其中