CN109794714A - 一种六自由度可控寄生机构式焊接机器人 - Google Patents

Abstract

一种六自由度可控寄生机构式焊接机器人，由宿主机构和寄生机构组成，宿主机构包括底座支架、动力机构、大臂、中臂和小臂，寄生机构由六条相互独立的支链构成，宿主机构提供给整个结构的支撑和承载载荷，寄生机构的六条寄生支链对宿主机构的六个自由度进行控制，两种机构有机结合，共同完成焊接工作。本发明借鉴自然界宿主与寄生的关系，将宿主机构和寄生机构有机结合，解决现有焊接机器人空载和负载过程中载荷过大的问题，以节约能耗，降低成本。

Description

一种六自由度可控寄生机构式焊接机器人

技术领域

本发明涉及机械工业机器人领域，具体为一种六自由度可控寄生机构式焊接机器人。

背景技术

焊接机器人是一种通过已设定好的程序按固定轨迹自动运行，并进行特定轨迹进行焊接工作的自动化机器人。焊接机器人由于其工作效率高，焊接质量好，节约劳动成本等优点，在汽车制造、船舶、军工等领域广泛应用，极大的提高了工业制造的生产效率，在重复且危险的工作环境中，解放劳动力。现代焊接技术要求越来越高，有的焊接工艺甚至需要无尘的工作环境以保证焊接质量，人工难以替代，但现在市面上广泛应用的机器人多为六自由度链式串联机器人，其动力均设置在关节连接的转动副处，电机不合理的设置在机器人的运行过程中，会给机器人造成附加的弯矩和扭矩，减小机器人的使用寿命。

发明内容

寄生关系，即两种生物在一起生活，一方受益，另一方受害，后者给前者提供营养物质和居住场所，并使后者在生理上受到一定的损害，这种生物的关系称为寄生。本发明借鉴自然界的寄生关系，将机构分为宿主机构和寄生机构，宿主机构给寄生机构提供支撑点和机器人主要结构分布，寄生机构对宿主机构进行驱动和控制，两种机构有机组合，两者没有受益与受害之分，共同完成某一种或某一类功能。本发明的目的是提供一种六自由度可控寄生机构式焊接机器人，由一个宿主机构和六条寄生支链机构组成，宿主机构提供支撑点，利用六条支链分别对宿主机构的六个自由度进行控制，解决现代焊接机器人多为单链串联机器人，动力分布不合理等问题。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种六自由度可控寄生机构式焊接机器人，由宿主机构和寄生机构组成，宿主机构包括底座支架、大臂、中臂、小臂和动力机构，寄生机构由六条相互独立的支链构成，具体结构和连接方式为：

所述的宿主机构连接方式为：底座支架上部与轴承支撑板固定相连，底座支架下部左边与左脚板固定连接，底座支架下部右边与右脚板固定连接；回转轴承固定在轴承支撑板上，回转轴承上部与底板固定连接；左支撑板和右支撑板由角码固定在底板上，左支撑板和右支撑板对称布置，通过轴承共同支撑大臂转动轴；大电机支撑板、大小电机支撑板、小电机支撑板均由六颗螺栓固定在大臂转动轴上；

所述大臂由前后布置的大臂前支撑板和大臂后支撑板通过角码固定在大臂转动轴上，大臂左右各设置一个角码加固大臂和大臂转动轴的连接；大臂上端设置的中臂左耳和中臂右耳由六颗螺栓贯穿固定连接，中臂左耳和中臂右耳上各安装一个轴承，轴承中间设置一根轴，作为中臂的主支撑；

所述中臂两端设置轴承支撑长轴，轴承支撑长轴设置在中臂的内部，轴承支撑长轴与中臂后端的四轴回转连杆平齐，中臂前端与中臂前端轴承支撑块通过四个角码固定连接，中臂前端轴承支撑块内部设置轴承，长轴贯穿轴承得以支撑，中臂后端与中臂后端轴承支撑块通过四个角码固定连接，中臂后端轴承支撑块内部设置轴承，用于支撑长轴另一端；轴承支撑长轴前端与长轴固定块固定连接，长轴固定块后端设置长轴支撑块，长轴支撑块和长轴固定块中间由垫块个开一定距离，形成稳定的两点支撑，长轴固定块和长轴支撑块的左边与小臂左耳固定连接，长轴固定块和长轴支撑块的右边与小臂右耳固定连接；

所述小臂左耳和小臂右耳前端安装轴承，轴穿过小臂并与轴承内圈固定连接，形成转动副；小臂上部设置小臂上端轴承支撑块，内部设置轴承，用于支撑焊枪轴上端，小臂下部设置小臂下端轴承支撑块，其内部设置轴承，支撑焊枪轴下端；小臂延伸轴固定在小臂的上端；

所述的动力机构设置在大臂转动轴上，大电机支撑板的上部通过六颗螺栓固定在大臂转动轴左边，大小电机支撑板的上部通过六颗螺栓固定在大臂转动轴中部，小电机支撑板的上部通过六颗螺栓固定在大臂回转轴右边；

所述的寄生机构由六条相互独立的控制链组成，所述的寄生机构的第一轴控制链的连接方式为：一轴电机固定在大电机支撑板下部安装孔处；一轴曲柄一端与一轴电机的轴固定相连，另一端与一轴连杆通过轴承铰接，形成转动副；一轴连杆另一端通过轴承与连杆直角块铰接，连杆直角块与滑块固定连接，滑块设置在连杆移动导轨上，连杆直角块的一面和轨道直角块的一面重合并固定在滑块上，滑块套在一轴上轨道上，一轴上轨道固定在一轴轨道型材上，一轴轨道型材固定在一轴轨道垫块上，一轴轨道垫块固定在底板上，轨道直角块另一面与连接杆直角块一面重合并固定，连接杆直角块另一面与连接杆一端通过轴承铰接，回转连杆一端通过轴承与连接杆一端铰接，形成转动副，另一端与轴承支撑板固定相连，

所述的寄生机构的第二轴控制链的连接方式为：二轴电机固定在大电机支撑板上部安装孔处，二轴曲柄一端与二轴电机的轴固定相连，另一端与二轴连杆通过轴承铰接，形成转动副，二轴摇杆一端与二轴连杆通过轴承相连，形成转动副，另一端与大臂转动轴的一端固定连接，连接处的轴承外圈与左支撑板固定连接，轴承内圈与大臂转动轴相固定；

所述的寄生机构的第三轴控制链的连接方式为：三轴电机固定在大小电机支撑板后部安装孔处，三轴曲柄一端与三轴电机的轴固定相连，另一端与三轴连杆通过轴承铰接，形成转动副；三轴摇杆的一端与三轴连杆的一端重合并相互铰接，再通过轴承与三轴导轨的滑块铰接，三轴导轨固定在大臂上，三轴摇杆的另一端通过轴承铰接于中臂靠近中臂左耳处；

所述的寄生机构的第四轴控制链的连接方式为：四轴电机固定在小电机支撑板后部安装孔处，四轴曲柄一端与四轴电机的轴固定相连，另一端与四轴第一连杆通过轴承铰接，形成转动副，四轴第一连杆的另一端与四轴第二连杆一端轴承铰接，再铰接到四轴大臂导轨的滑块上，滑块嵌套在四轴大臂导轨上，四轴大臂导轨固定安装在大臂上，四轴直角连杆的一端和四轴第二连杆的一端铰接，四轴直角连杆的直角处铰接在中臂右耳的轴上，另一端和四轴第三连杆的一端铰接，四轴第四连杆的一端与四轴第三连杆铰接，再和四轴中臂导轨的滑块铰接，滑块嵌套在四轴中臂导轨上，四轴中臂导轨固定安装在中臂上，四轴第四连杆的另一端铰接于四轴尾臂直角连接块上，四轴尾臂直角连接块固定在四轴尾臂右导轨的滑块上，滑块嵌套在四轴尾臂右导轨上，四轴尾臂右导轨固定安装在尾臂上，四轴尾臂直角连接块的另一面固定在四轴尾臂后导轨的滑块上，滑块嵌套在四轴尾臂后导轨上，四轴尾臂后导轨固定安装在尾臂上，四轴第五连杆的一端铰接于四轴尾臂直角连接块上，另一端与四轴回转连杆的一端铰接，四轴回转连杆的另一端与长轴的后端固定连接；

所述的寄生机构的第五轴控制链的连接方式为：五轴电机固定在小电机支撑板前部安装孔处，五轴曲柄一端与五轴电机的轴固定相连，另一端与五轴第一连杆通过轴承铰接，形成转动副，五轴第一连杆的另一端与五轴第二连杆一端轴承铰接，再铰接到五轴大臂导轨的滑块上，滑块嵌套在五轴大臂导轨上，五轴大臂导轨固定安装在大臂上，五轴直角连杆的一端和五轴第二连杆的一端铰接，五轴直角连杆的直角处铰接在中臂右耳的轴上，另一端和五轴第三连杆的一端铰接，五轴第三连杆的另一端铰接在五轴角接块上，五轴角接块固定在五轴中臂导轨的滑块上，滑块嵌套在五轴中臂导轨上，五轴中臂导轨固定安装在中臂右侧，五轴角接块的另一面固定在五轴中臂底部导轨的滑块上，滑块嵌套在五轴中臂底部导轨上，五轴中臂底部导轨固定安装在中臂底部，五轴推动杆的一端固定在五轴角接块上，另一端固定在五轴后挡块上，五轴后挡块与轴承的外圈相互固定，五轴前挡块与轴承内圈固定，五轴滑动杆的一端固定在五轴前挡块的侧面，另一端固定在五轴小臂导轨的滑块上，滑块嵌套在五轴小臂导轨，五轴小臂导轨固定在小臂右耳上；五轴终端连杆的一端铰接在五轴滑动杆上，另一端铰接在小臂中部；

所述的寄生机构的第六轴控制链的连接方式为：六轴电机固定在大小电机支撑板前部安装孔处，六轴曲柄一端与六轴电机的轴固定相连，另一端与六轴第一连杆通过轴承铰接，形成转动副，六轴第一连杆的另一端与六轴第二连杆一端轴承铰接，再铰接到六轴大臂导轨的滑块上，滑块嵌套在六轴大臂导轨上，六轴大臂导轨固定安装在大臂上，六轴直角连杆的一端和六轴第二连杆的一端铰接，六轴直角连杆的直角处铰接在中臂左耳的轴上，另一端和六轴第三连杆的一端铰接，六轴第三连杆的另一端铰接在六轴角接块上，六轴角接块固定在六轴中臂上导轨的滑块上，滑块嵌套在六轴中臂上导轨上，六轴中臂上导轨固定安装在中臂上部，六轴角接块的另一面固定在六轴中臂左导轨的滑块上，滑块嵌套在六轴中臂左导轨上，六轴中臂左导轨固定安装在中臂左侧，六轴推动杆的一端固定在六轴角接块上，另一端固定在六轴后挡块上，六轴后挡块与轴承的外圈相互固定，六轴前挡块与轴承内圈固定，六轴滑动杆的一端固定在六轴前挡块的侧面，另一端固定在六轴小臂导轨的滑块上，滑块嵌套在六轴小臂导轨，六轴小臂导轨固定在小臂左耳上，六轴小臂曲柄的一端铰接在六轴滑动杆的中部，另一端与六轴小臂连杆的一端铰接，六轴小臂连杆的中部铰接在小臂上，六轴小臂摇杆的一端与六轴小臂连杆的一端铰接，另一端铰接在延伸臂角接块上；延伸臂角接块的一面固定在延伸臂左导轨的滑块上，滑块嵌套在延伸臂左导轨上，延伸臂左导轨固定在延伸臂上，延伸臂角接块的另一面固定在延伸臂上导轨的滑块上，滑块嵌套在延伸臂上导轨上，延伸臂上导轨固定在延伸臂上，延伸臂连杆的一端通过轴承铰接在延伸臂垫块上，延伸臂垫块固定在延伸臂角接块上，延伸臂连杆的另一端与延伸臂摇杆的一端铰接；延伸臂摇杆的另一端与焊枪轴的一端固定相连。

所述的动力机构分布在大臂转动轴附近，并与大臂、中臂、小臂的质量相互平衡，实现静平衡。

所述的小臂转动控制为四轴寄生支链控制链控制。

所述大臂、中臂和小臂为中空铝型材。

本发明的突出优点在于：

1、合理的将自然界宿主与寄生的生物关系运用到一种六自由度可控寄生机构式焊接机器人的设计之中，把焊接机器人分为寄生机构和宿主机构两大部分，宿主机构主要采用多臂串联式连接，可以使宿主机构具有多个自由度。

2、宿主机构的控制采用可控链式寄生机构驱动，以驱动宿主机构的六个自由度，达到宿主机构运动的可控性。

3、驱动电机均设置在底座支架附近，减小焊接机器人运行过程中的附加载荷，减少能耗，提高使用寿命。

4、驱动电机均设置在大臂转动轴上，以平衡中臂和小臂带来的附加载荷，实现机构自平衡，降低运行过程中机构的载荷，提高使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的整体结构示意图。

图2为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的宿主机构和寄生支链连接示意图。

图3为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的宿主机构结构示意图。

图4为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的动力装置分布示意图。

图5为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的一轴支链结构示意图。

图6为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的二轴支链结构示意图。

图7为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的三轴支链结构示意图。

图8为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的四轴支链结构示意图。

图9为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的四轴支链连接示意图。

图10为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的五轴支链结构示意图。

图11为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的五轴支链连接示意图。

图12为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的六轴支链结构示意图。

图13为本发明所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人的六轴支链连接示意图。

图中标记为：01、左支撑板；02、轴承支撑板；03、回转轴承；04、底座支架；05、左脚板；06、右脚板；07、底板；08、右支撑板；09、大小电机支撑板；10、大电机支撑板；11、尾臂；12、中臂左耳；13、中臂后端轴承支撑块；14、中臂；15、中臂前端轴承支撑块；16、长轴；17、小臂延伸臂；18、小臂上端轴承支撑块；19、小臂；20、小臂右耳；21、小臂左耳；22、小臂下端轴承支撑块；23、焊枪轴；24、中臂右耳；25、小电机支撑板；26、大臂转动轴；27、大臂；28、大臂后支撑板；29、大臂前支撑板；30、长轴支撑块；31、长轴固定块；101、一轴连杆；102、一轴轨道垫块；103、连杆直角块；104、一轴上轨道；105、轨道直角块；106、连接杆直角块；107、连接杆；108、一轴电机；109、一轴曲柄；110、回转连杆；111、一轴轨道型材；112、连杆移动轨道；201、二轴电机；202、二轴连杆；203、二轴摇杆；204、二轴曲柄；301、三轴电机；302、三轴曲柄；303、三轴连杆；304、三轴导轨；305、三轴摇杆；401、四轴电机；402、四轴曲柄；403、四轴第一连杆；404、四轴第二连杆；405、四轴大臂导轨；406、四轴直角连杆；407、四轴第三连杆；408、四轴第四连杆；409、四轴尾臂右导轨；410、四轴尾臂直角连接块；411、四轴尾臂后导轨；412、四轴第五连杆；413、四轴回转连杆；414、四轴中臂导轨；415、四轴尾臂后导轨；501、五轴电机；502、五轴曲柄；503、五轴第一连杆；504、五轴第二连杆；505、五轴直角连杆；506、五轴第三连杆；507、五轴中臂导轨；508、五轴中臂底部导轨；509、五轴推动杆；510、五轴后挡块；511、五轴前挡块；512、五轴滑动杆；513、五轴小臂导轨；514、五轴终端连杆；515、五轴角接块；516、五轴大臂导轨；601、六轴电机；602、六轴曲柄；603、六轴第一连杆；604、六轴大臂导轨；605、六轴第二连杆；606、六轴直角连杆；607、六轴第三连杆；608、六轴中臂左导轨；609、六轴中臂上导轨；610、六轴角接块；611、六轴推动杆；612、六轴旋转轴承；613、六轴滑动杆；614、六轴后挡块；615、六轴前挡块；616、六轴小臂摇杆；617、延伸臂角接块；618、延伸臂垫块；619、延伸臂左导轨；620、延伸臂上导轨；621、延伸臂连杆；622、延伸臂摇杆；623、六轴小臂连杆；624、六轴小臂曲柄；625、六轴小臂导轨；

具体实施方式

如图1所示，一种六自由度可控寄生机构式焊接机器人，由宿主机构和寄生支链组成，所述的宿主机构由底座支架04、大臂27、中臂14、小臂19组成，寄生机构由六条相互独立的支链构成。具体结构和连接方式为：

如图1、图3所示，所述的宿主机构结构和连接方式为：底座支架04上部与轴承支撑板02固定相连，底座支架04下部左边与左脚板05固定连接，底座支架04下部右边与右脚板06固定连接，两个脚板的连接目的在于使底座与地面的接触面积更大，工作过程更稳定；回转轴承03外圈由螺栓固定在轴承支撑板02上，回转轴承03的内圈与底板07由螺栓固定连接；左支撑板01由角码固定在底板07上，右支撑板08由角码固定在底板07上，左支撑板01和右支撑板08对称布置，通过轴承共同支撑大臂转动轴26；大电机支撑板10、大小电机支撑板09、小电机支撑板25均由六颗螺栓固定在大臂转动轴26上；大臂27由前后布置的大臂前支撑板29和大臂后支撑板28通过角码固定在大臂转动轴26上，目的是使大臂27和大臂转动轴26的连接更可靠，大臂27左右各设置一个角码加固大臂27和大臂转动轴26的连接；大臂27上端设置的中臂左耳12和中臂右耳24由六颗螺栓贯穿固定连接，中臂左耳12和中臂右耳24上各安装一个轴承，轴承中间设置一根轴，作为中臂14的主支撑，中臂14为中空铝型材，两端设置轴承支撑长轴16；长轴16设置在中臂14的内部，中臂14后端的四轴回转连杆413平齐并固定连接，中臂14前端与中臂前端轴承支撑块15通过四个角码固定连接，中臂前端轴承支撑块15内部设置轴承，长轴16贯穿轴承得以支撑，中臂14后端与中臂后端轴承支撑块13通过四个角码固定连接，中臂后端轴承支撑块13内部设置轴承，用于支撑长轴16另一端；长轴16前端与长轴固定块31固定连接，长轴固定块31后端设置长轴支撑块30，长轴支撑块30与长轴16固定相连，长轴固定块31和长轴支撑块30中间由垫块个开一定距离，形成稳定的两点支撑，长轴固定块31和长轴支撑块30的左边与小臂左耳21固定连接，长轴固定块31和长轴支撑块30的右边与小臂右耳20固定连接，小臂左耳21和小臂右耳20前端安装轴承，轴穿过小臂19并与轴承内圈固定连接，形成转动副；小臂19上部设置小臂上端轴承支撑块18，内部设置轴承，用于支撑焊枪轴23上端，小臂19下部设置小臂下端轴承支撑块22，其内部设置轴承，支撑焊枪轴23下端；小臂延伸轴17固定在小臂19的上端。

如图2、图3、图4所示，所述的动力机构设置在大臂转动轴26上，其具体连接方式为：大电机支撑板10的上部通过六颗螺栓固定在大臂27转动轴左边，大小电机支撑板09的上部通过六颗螺栓固定在大臂27转动轴中部，小电机支撑板25的上部通过六颗螺栓固定在大臂27回转轴右边，将电机均设置在底座支架附近，减小运行过程中机器人的负载，并且通过电机的重量平衡中臂14、小臂19的质量。

如图1、图2、图5所示，所述的寄生机构由六条相互独立的控制链组成，第一轴控制链的结构和连接方式为：一轴电机108固定在大电机支撑板10下部安装孔处；一轴曲柄109一端与一轴电机108的轴固定相连，另一端与一轴连杆101通过轴承铰接，形成转动副；一轴连杆101另一端通过轴承与连杆直角块103铰接，连杆直角块103与滑块固定连接，滑块设置在连杆移动导轨112上，连杆直角块103的一面和轨道直角块105的一面重合并固定在滑块上，滑块套在一轴上轨道104上，一轴上轨道104固定在一轴轨道型材111上，一轴轨道型材111固定在一轴轨道垫块102上，一轴轨道垫块102固定在底板07上；轨道直角块105另一面与连接杆直角块106一面重合并固定，连接杆直角块106另一面与连接杆107一端通过轴承铰接，三个角接块相互固定连接，一起在两根轨道上作往复运动；回转连杆110一端通过轴承与连接杆107一端铰接，形成转动副，另一端与轴承支撑板02固定相连。

如图1、图6所示，所述的寄生机构由六条相互独立的控制链组成，第二轴控制链的结构和连接方式为：二轴电机201通过螺栓固定在大电机支撑板10上部安装孔处；二轴曲柄204一端与二轴电机201的轴固定相连，另一端与二轴连杆202通过轴承铰接，形成转动副；二轴摇杆203一端与二轴连杆202通过轴承相连，形成转动副，另一端与大臂转动轴26的一端固定连接，连接处的轴承外圈与左支撑板01固定连接，轴承内圈与大臂转动轴26相固定。

如图1、图7所示，所述的寄生机构由六条相互独立的控制链组成，第三轴控制链的连接方式为：三轴电机301通过螺栓固定在大小电机支撑板09后部安装孔处；三轴曲柄302一端与三轴电机301的轴固定相连，另一端与三轴连杆303通过轴承铰接，形成转动副；三轴摇杆305的一端与三轴连杆303的一端重合并相互铰接，再通过轴承与三轴导轨304的滑块铰接，三轴导轨304固定在大臂27上，三轴摇杆305的另一端通过轴承铰接于中臂14靠近中臂左耳12处，三轴导轨304上的滑块上下滑动，带动三轴摇杆305上下往复运动，中臂14则绕轴摆动。

如图2、图8、图9所示，所述的寄生机构由六条相互独立的控制链组成，第四轴控制链的结构和连接方式为：四轴电机401固定在小电机支撑板25后部安装孔处；四轴曲柄402一端与四轴电机401的轴固定相连，另一端与四轴第一连杆403通过轴承铰接，形成转动副；四轴第一连杆403的另一端与四轴第二连杆404一端轴承铰接，再铰接到四轴大臂导轨405的滑块上，滑块嵌套在四轴大臂导轨405上，四轴大臂导轨405固定安装在大臂27上；四轴直角连杆406的一端和四轴第二连杆404的一端铰接，四轴直角连杆406的直角处铰接在中臂右耳24的轴上，另一端和四轴第三连杆407的一端铰接，铰接处的垫块是为了避免各连杆在同一平面干涉；四轴第四连杆408的一端与四轴第三连杆407铰接，再和四轴中臂导轨414的滑块铰接，滑块嵌套在四轴中臂导轨414上，四轴中臂导轨414固定安装在中臂14上，四轴第四连杆408的另一端铰接于四轴尾臂直角连接块410上；四轴尾臂直角连接块410固定在四轴尾臂右导轨409的滑块上，滑块嵌套在四轴尾臂右导轨409上，四轴尾臂右导轨409固定安装在尾臂11上，四轴尾臂直角连接块410的另一面固定在四轴尾臂后导轨411的滑块上，滑块嵌套在四轴尾臂后导轨411上，四轴尾臂后导轨411固定安装在尾臂11上；四轴第五连杆412的一端铰接于四轴尾臂直角连接块410上，另一端与四轴回转连杆413的一端铰接；四轴回转连杆413的另一端与长轴16的后端固定连接。

如图2、图8、图9所示，所述的寄生机构由六条相互独立的控制链组成，第五轴控制链的结构和连接方式为：五轴电机501固定在小电机支撑板25前部安装孔处；五轴曲柄502一端与五轴电机501的轴固定相连，另一端与五轴第一连杆503通过轴承铰接，形成转动副；五轴第一连杆503的另一端与五轴第二连杆504一端轴承铰接，再铰接到五轴大臂导轨516的滑块上，滑块嵌套在五轴大臂导轨516上，五轴大臂导轨516固定安装在大臂27上；五轴直角连杆505的一端和五轴第二连杆504的一端铰接，五轴直角连杆505的直角处铰接在中臂右耳24的轴上，另一端与五轴第三连杆506的一端铰接；五轴第三连杆506的另一端铰接在五轴角接块515上，五轴角接块515固定在五轴中臂导轨507的滑块上，滑块嵌套在五轴中臂导轨507上，五轴中臂导轨507固定安装在中臂14右侧，五轴角接块515的另一面固定在五轴中臂底部导轨508的滑块上，滑块嵌套在五轴中臂底部导轨508上，五轴中臂底部导轨508固定安装在中臂14底部；五轴推动杆509的一端固定在五轴角接块515上，另一端固定在五轴后挡块510上，五轴推动杆509在五轴第三连杆506的带动下作往复直线运动；五轴后挡块510与轴承的外圈相互固定，五轴前挡块511与轴承内圈固定，轴承内圈与直线滑块外圈固定相连，直线滑块在长轴16上作往复运动；五轴滑动杆512的一端固定在五轴前挡块511的侧面，另一端固定在五轴小臂导轨513的滑块上，滑块嵌套在五轴小臂导轨513上；五轴小臂导轨513固定在小臂右耳20上；五轴终端连杆514的一端铰接在五轴滑动杆512上，另一端铰接在小臂19中部。

如图1、图12、图13所示，所述的寄生机构由六条相互独立的控制链组成，第六轴控制链的结构和连接方式为：六轴电机601固定在大小电机支撑板09前部安装孔处；六轴曲柄602一端与六轴电机601的轴固定相连，另一端与六轴第一连杆603通过轴承铰接，形成转动副；六轴第一连杆603的另一端与六轴第二连杆605一端轴承铰接，再铰接到六轴大臂导轨604的滑块上，滑块嵌套在六轴大臂导轨604上，六轴大臂导轨604固定安装在大臂27上；六轴直角连杆606的一端和六轴第二连杆605的一端铰接，六轴直角连杆606的直角处铰接在中臂左耳12的轴上，另一端和六轴第三连杆607的一端铰接；六轴第三连杆607的另一端铰接在六轴角接块610上，六轴角接块610固定在六轴中臂上导轨609的滑块上，滑块嵌套在六轴中臂上导轨609上，六轴中臂上导轨609固定安装在中臂14上部，六轴角接块610的另一面固定在六轴中臂左导轨608的滑块上，滑块嵌套在六轴中臂左导轨608上，六轴中臂左导轨608固定安装在中臂14左侧；六轴推动杆611的一端固定在六轴角接块610上，另一端固定在六轴后挡块614上；六轴后挡块614与轴承的外圈相互固定，六轴前挡块615与轴承内圈固定；六轴滑动杆613的一端固定在六轴前挡块615的侧面，另一端固定在六轴小臂导轨625的滑块上，滑块嵌套在六轴小臂导轨625上；六轴小臂导轨625固定在小臂左耳21上；六轴小臂曲柄624的一端铰接在六轴滑动杆613的中部，另一端与六轴小臂连杆623的一端铰接，六轴小臂连杆623的中部铰接在小臂19上；六轴小臂摇杆616的一端与六轴小臂连杆623的一端铰接，另一端铰接在延伸臂角接块617上；延伸臂角接块617的一面固定在延伸臂左导轨619的滑块上，滑块嵌套在延伸臂左导轨619上，延伸臂左导轨619固定在延伸臂17上，延伸臂角接块617的另一面固定在延伸臂上导轨620的滑块上，滑块嵌套在延伸臂上导轨620上，延伸臂上导轨620固定在延伸臂17上；延伸臂连杆621的一端通过轴承铰接在延伸臂垫块618上，延伸臂垫块618固定在延伸臂角接块617上，延伸臂垫块618为了使延伸臂摇杆622底面能够和小臂后端轴承支撑块18上部共面，延伸臂连杆621的另一端与延伸臂摇杆622的一端铰接；延伸臂摇杆622的另一端与焊枪轴23的一端固定相连。

工作原理及过程：

由于宿主机构有多个自由度，需要寄生支链限制其多余的自由度，从而留下六个自由度。

工作时，一轴电机108转动，带动一轴曲柄109转动一定角度，再通过铰接的一轴连杆101使连杆直角块103在连杆移动轨道112上作往复直线运动，由于轨道直角块105和连接杆直角块106和连杆直角块103固定连接为一个整体，故轨道直角块105可以在一轴上轨道104上作往复运动，从而带动连接杆107，驱动回转连杆110转动，从而使一轴相对于底座支架04转动，实现整个机器人相对于地面的转动。如图1所示。

当二轴电机201转动时，驱动二轴曲柄204转动，从而带动二轴连杆202摆动，再通过二轴摇杆203驱动大臂转动轴26转动，从而实现大臂27相对于左支撑板01和右支撑板08的转动。如图1所示。

当三周电机301转动时，驱动三轴曲柄302转动，从而带动三轴连杆303的一端在三轴导轨304上作往复运动，通过三轴导轨304的上滑块限制与三轴连杆303相铰接的三轴摇杆305的一端作往复直线运动，再带动中臂14摆动，从而实现机器人第三自由度的控制。如图6所示。

当四轴电机401转动时，驱动四轴曲柄402转动，由于四轴第一连杆403的另一端与四轴第二连杆404的一端均铰接在四轴大臂导轨405的滑块上，四轴曲柄402则带动四轴第一连杆403的另一端在四轴大臂导轨405上作往复运动，四轴第二连杆404再通过四轴直角连杆406带动四轴第三连杆407摆动，为了连杆之间不干涉，四轴第三连杆407的另一端与四轴第四连杆408铰接处加了垫块，四轴第三连杆407与四轴第四连杆408铰接与滑块上，在四轴中臂导轨414上作往复运动，四轴第四连杆408再通过四轴尾臂直角连接块410带动四轴第五连杆412上下往复运动，从而带动四轴回转连杆413转动，使长轴16转动，实现对机器人的第四自由度的控制。如图2所示。

当五轴电机501转动时，驱动五轴曲柄502转动，由于五轴第一连杆503的另一端与五轴第二连杆504的一端均铰接在五轴大臂导轨405的滑块上，五轴曲柄502则带动五轴第一连杆503的另一端在五轴大臂导轨516上作往复运动，五轴第二连杆504再通过五轴直角连杆505带动五轴第三连杆506的另一端在五轴中臂导轨507上往复运动，再通过五轴角接块515带动五轴推动杆509往复运动，再带动五轴滑动杆512在五轴小臂导轨513上作往复直线运动，使五轴终端连杆514带动小臂19摆动。如图10所示。

当六轴电机601转动时，驱动六轴曲柄602转动，由于六轴第一连杆603的另一端与六轴第二连杆605的一端均铰接在六轴大臂导轨604的滑块上，六轴曲柄602则带动六轴第一连杆603的另一端在六轴大臂导轨604上作往复运动，六轴第二连杆605再通过六轴直角连杆606带动六轴第三连杆607的另一端在六轴中臂左导轨608上往复运动，再通过六轴角接块610带动六轴推动杆611往复运动，再带动六轴滑动杆613在六轴小臂导轨625上作往复直线运动，使六轴小臂曲柄624带动六轴小臂连杆623摆动，由六轴小臂连杆623另一端带动六轴小臂摇杆616在延伸臂左导轨619上往复直线运动，再通过延伸臂角接块617带动延伸臂连杆621摆动，驱动延伸臂摇杆622摆动，使焊枪轴23转动，如图12所示。

最后，由电机驱动寄生机构的六条支链，实现六条支链的联动，控制焊枪轴沿作业要求轨迹运动，达到焊接作业要求。

Claims (4)

1.一种六自由度可控寄生机构式焊接机器人，由宿主机构和寄生机构组成，宿主机构包括底座支架、大臂、中臂、小臂和动力机构，寄生机构由六条相互独立的支链构成，其特征在于：

所述的宿主机构的结构和连接方式为：底座支架上部与轴承支撑板固定相连，底座支架下部左边与左脚板固定连接，底座支架下部右边与右脚板固定连接；回转轴承固定在轴承支撑板上，回转轴承上部与底板固定连接；左支撑板和右支撑板由角码固定在底板上，左支撑板和右支撑板对称布置，通过轴承共同支撑大臂转动轴；大电机支撑板、大小电机支撑板、小电机支撑板均由六颗螺栓固定在大臂转动轴上；

所述大臂由前后布置的大臂前支撑板和大臂后支撑板通过角码固定在大臂转动轴上，大臂左右各设置一个角码加固大臂和大臂转动轴的连接；大臂上端设置的中臂左耳和中臂右耳由六颗螺栓贯穿固定连接，中臂左耳和中臂右耳上各安装一个轴承，轴承中间设置一根轴，作为中臂的主支撑；

所述中臂两端设置轴承支撑长轴，轴承支撑长轴设置在中臂的内部，轴承支撑长轴与中臂后端的四轴回转连杆平齐，中臂前端与中臂前端轴承支撑块通过四个角码固定连接，中臂前端轴承支撑块内部设置轴承，长轴贯穿轴承得以支撑，中臂后端与中臂后端轴承支撑块通过四个角码固定连接，中臂后端轴承支撑块内部设置轴承，用于支撑长轴另一端；轴承支撑长轴前端与长轴固定块固定连接，长轴固定块后端设置长轴支撑块，长轴支撑块和长轴固定块中间由垫块个开一定距离，形成稳定的两点支撑，长轴固定块和长轴支撑块的左边与小臂左耳固定连接，长轴固定块和长轴支撑块的右边与小臂右耳固定连接；

所述小臂左耳和小臂右耳前端安装轴承，轴穿过小臂并与轴承内圈固定连接，形成转动副；小臂上部设置小臂上端轴承支撑块，内部设置轴承，用于支撑焊枪轴上端，小臂下部设置小臂下端轴承支撑块，其内部设置轴承，支撑焊枪轴下端；小臂延伸轴固定在小臂的上端；

所述的动力机构设置在大臂转动轴上，大电机支撑板的上部通过六颗螺栓固定在大臂转动轴左边，大小电机支撑板的上部通过六颗螺栓固定在大臂转动轴中部，小电机支撑板的上部通过六颗螺栓固定在大臂回转轴右边；

所述的寄生机构由六条相互独立的控制链组成，所述的寄生机构的第一轴控制链的结构和连接方式为：一轴电机固定在大电机支撑板下部安装孔处；一轴曲柄一端与一轴电机的轴固定相连，另一端与一轴连杆通过轴承铰接，形成转动副；一轴连杆另一端通过轴承与连杆直角块铰接，连杆直角块与滑块固定连接，滑块设置在连杆移动导轨上，连杆直角块的一面和轨道直角块的一面重合并固定在滑块上，滑块套在一轴上轨道上，一轴上轨道固定在一轴轨道型材上，一轴轨道型材固定在一轴轨道垫块上，一轴轨道垫块固定在底板上，轨道直角块另一面与连接杆直角块一面重合并固定，连接杆直角块另一面与连接杆一端通过轴承铰接，回转连杆一端通过轴承与连接杆一端铰接，形成转动副，另一端与轴承支撑板固定相连，

所述的寄生机构的第二轴控制链的结构和连接方式为：二轴电机固定在大电机支撑板上部安装孔处，二轴曲柄一端与二轴电机的轴固定相连，另一端与二轴连杆通过轴承铰接，形成转动副，二轴摇杆一端与二轴连杆通过轴承相连，形成转动副，另一端与大臂转动轴的一端固定连接，连接处的轴承外圈与左支撑板固定连接，轴承内圈与大臂转动轴相固定；

所述的寄生机构的第三轴控制链的连接方式为：三轴电机固定在大小电机支撑板后部安装孔处，三轴曲柄一端与三轴电机的轴固定相连，另一端与三轴连杆通过轴承铰接，形成转动副；三轴摇杆的一端与三轴连杆的一端重合并相互铰接，再通过轴承与三轴导轨的滑块铰接，三轴导轨固定在大臂上，三轴摇杆的另一端通过轴承铰接于中臂靠近中臂左耳处；

所述的寄生机构的第四轴控制链的结构和连接方式为：四轴电机固定在小电机支撑板后部安装孔处，四轴曲柄一端与四轴电机的轴固定相连，另一端与四轴第一连杆通过轴承铰接，形成转动副，四轴第一连杆的另一端与四轴第二连杆一端轴承铰接，再铰接到四轴大臂导轨的滑块上，滑块嵌套在四轴大臂导轨上，四轴大臂导轨固定安装在大臂上，四轴直角连杆的一端和四轴第二连杆的一端铰接，四轴直角连杆的直角处铰接在中臂右耳的轴上，另一端和四轴第三连杆的一端铰接，四轴第四连杆的一端与四轴第三连杆铰接，再和四轴中臂导轨的滑块铰接，滑块嵌套在四轴中臂导轨上，四轴中臂导轨固定安装在中臂上，四轴第四连杆的另一端铰接于四轴尾臂直角连接块上，四轴尾臂直角连接块固定在四轴尾臂右导轨的滑块上，滑块嵌套在四轴尾臂右导轨上，四轴尾臂右导轨固定安装在尾臂上，四轴尾臂直角连接块的另一面固定在四轴尾臂后导轨的滑块上，滑块嵌套在四轴尾臂后导轨上，四轴尾臂后导轨固定安装在尾臂上，四轴第五连杆的一端铰接于四轴尾臂直角连接块上，另一端与四轴回转连杆的一端铰接，四轴回转连杆的另一端与长轴的后端固定连接；

所述的寄生机构的第五轴控制链的结构和连接方式为：五轴电机固定在小电机支撑板前部安装孔处，五轴曲柄一端与五轴电机的轴固定相连，另一端与五轴第一连杆通过轴承铰接，形成转动副，五轴第一连杆的另一端与五轴第二连杆一端轴承铰接，再铰接到五轴大臂导轨的滑块上，滑块嵌套在五轴大臂导轨上，五轴大臂导轨固定安装在大臂上，五轴直角连杆的一端和五轴第二连杆的一端铰接，五轴直角连杆的直角处铰接在中臂右耳的轴上，另一端和五轴第三连杆的一端铰接，五轴第三连杆的另一端铰接在五轴角接块上，五轴角接块固定在五轴中臂导轨的滑块上，滑块嵌套在五轴中臂导轨上，五轴中臂导轨固定安装在中臂右侧，五轴角接块的另一面固定在五轴中臂底部导轨的滑块上，滑块嵌套在五轴中臂底部导轨上，五轴中臂底部导轨固定安装在中臂底部，五轴推动杆的一端固定在五轴角接块上，另一端固定在五轴后挡块上，五轴后挡块与轴承的外圈相互固定，五轴前挡块与轴承内圈固定，五轴滑动杆的一端固定在五轴前挡块的侧面，另一端固定在五轴小臂导轨的滑块上，滑块嵌套在五轴小臂导轨，五轴小臂导轨固定在小臂右耳上；五轴终端连杆的一端铰接在五轴滑动杆上，另一端铰接在小臂中部；

所述的寄生机构的第六轴控制链的结构和连接方式为：六轴电机固定在大小电机支撑板前部安装孔处，六轴曲柄一端与六轴电机的轴固定相连，另一端与六轴第一连杆通过轴承铰接，形成转动副，六轴第一连杆的另一端与六轴第二连杆一端轴承铰接，再铰接到六轴大臂导轨的滑块上，滑块嵌套在六轴大臂导轨上，六轴大臂导轨固定安装在大臂上，六轴直角连杆的一端和六轴第二连杆的一端铰接，六轴直角连杆的直角处铰接在中臂左耳的轴上，另一端和六轴第三连杆的一端铰接，六轴第三连杆的另一端铰接在六轴角接块上，六轴角接块固定在六轴中臂上导轨的滑块上，滑块嵌套在六轴中臂上导轨上，六轴中臂上导轨固定安装在中臂上部，六轴角接块的另一面固定在六轴中臂左导轨的滑块上，滑块嵌套在六轴中臂左导轨上，六轴中臂左导轨固定安装在中臂左侧，六轴推动杆的一端固定在六轴角接块上，另一端固定在六轴后挡块上，六轴后挡块与轴承的外圈相互固定，六轴前挡块与轴承内圈固定，六轴滑动杆的一端固定在六轴前挡块的侧面，另一端固定在六轴小臂导轨的滑块上，滑块嵌套在六轴小臂导轨，六轴小臂导轨固定在小臂左耳上，六轴小臂曲柄的一端铰接在六轴滑动杆的中部，另一端与六轴小臂连杆的一端铰接，六轴小臂连杆的中部铰接在小臂上，六轴小臂摇杆的一端与六轴小臂连杆的一端铰接，另一端铰接在延伸臂角接块上；延伸臂角接块的一面固定在延伸臂左导轨的滑块上，滑块嵌套在延伸臂左导轨上，延伸臂左导轨固定在延伸臂上，延伸臂角接块的另一面固定在延伸臂上导轨的滑块上，滑块嵌套在延伸臂上导轨上，延伸臂上导轨固定在延伸臂上，延伸臂连杆的一端通过轴承铰接在延伸臂垫块上，延伸臂垫块固定在延伸臂角接块上，延伸臂连杆的另一端与延伸臂摇杆的一端铰接；延伸臂摇杆的另一端与焊枪轴的一端固定相连。

2.根据权利要求1所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人，其特征在于，所述的动力机构分布在大臂转动轴附近，并与大臂、中臂、小臂的质量相互平衡，实现静平衡。

3.根据权利要求1所述的六自由度可控寄生机构式焊接机器人，其特征在于，所述的小臂转动控制为四轴寄生支链控制链控制。

4.根据权利要求1所述的一种六自由度可控寄生机构式焊接机器人，其特征在于，所述中臂为中空铝型材。