專(zhuān)利名稱(chēng)：焊接機(jī)器人二自由度手腕定心機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種焊接機(jī)器人二自由度手腕定心機(jī)構(gòu)，屬于焊接機(jī)器人 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的焊接機(jī)器人所用的腕部機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或三個(gè)自由度。這 類(lèi)焊接機(jī)器人用手腕端部夾持焊槍?zhuān)绻豢渴滞蟛糠诌\(yùn)動(dòng)，而其它部分 不一起聯(lián)動(dòng)的話，基本上實(shí)現(xiàn)不了焊槍嘴指向空間一固定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的。所以， 只有當(dāng)手腕和其它的自由度一起聯(lián)動(dòng)時(shí)，焊槍槍嘴才能指向一點(diǎn)不動(dòng)。而 各個(gè)部件的聯(lián)動(dòng)，對(duì)于焊接機(jī)器人在焊接過(guò)程的控制來(lái)說(shuō)，既不直觀，也 不方便。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服了現(xiàn)有焊接機(jī)器人的上述缺陷，提供了一 種新型的焊接機(jī)器人二自由度手腕定心機(jī)構(gòu)。在焊接過(guò)程中，該機(jī)構(gòu)使焊 槍能夠完成仰動(dòng)和擺動(dòng)，同時(shí)保證焊槍槍嘴在兩個(gè)自由度方向移動(dòng)時(shí)，處 在一個(gè)固定點(diǎn)上，焊接操作比較簡(jiǎn)單。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下包括角位臺(tái)、墊塊、連接板、連桿 機(jī)構(gòu)機(jī)座和連桿機(jī)構(gòu)。其中角位臺(tái)的滑動(dòng)部分通過(guò)墊塊與連接板固定連 接，連桿機(jī)構(gòu)機(jī)座與連接板的側(cè)面固連，在連桿結(jié)構(gòu)機(jī)座上設(shè)置有小齒輪， 桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與小齒輪同軸連接。所述的連桿機(jī)構(gòu)包括長(zhǎng)桿、短桿、v形 桿、L形桿和擺桿，所述V形桿的拐點(diǎn)端鉸接在連桿機(jī)構(gòu)機(jī)座上，扇形齒輪 與V形桿的拐點(diǎn)固定連接并與小齒輪嚙合，V形桿的兩端分別與L形桿的拐
點(diǎn)和長(zhǎng)桿的一端鉸接，長(zhǎng)桿的另一端與擺桿鉸接，L形桿的短邊端與短桿的 一端鉸接，短桿的另一端與連桿機(jī)構(gòu)機(jī)座鉸接，L形桿的長(zhǎng)邊端與擺桿鉸接。
在擺桿上設(shè)置有兩個(gè)平行的導(dǎo)槽，安裝有焊槍的焊槍卡具通過(guò)該導(dǎo)槽與擺 桿相連。安裝時(shí)，角位臺(tái)旋轉(zhuǎn)的軸線在焊槍擺動(dòng)時(shí)所在平面上，并且指向 焊槍槍嘴。V形桿的拐點(diǎn)到腰邊上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離相等。短桿上的兩個(gè)鉸 接點(diǎn)之間的距離與V形桿腰邊上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離相等；L形桿的短 邊上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離與連桿機(jī)構(gòu)基座上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)(即短桿和v 形桿的拐點(diǎn)與連桿機(jī)構(gòu)機(jī)座的鉸接點(diǎn))之間的距離相等。L形桿的長(zhǎng)邊端和 長(zhǎng)桿與擺桿的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離，與V形桿的兩個(gè)腰邊上的兩個(gè)鉸接
點(diǎn)之間的距離相等；長(zhǎng)桿上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離與L形桿的長(zhǎng)邊上的 兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離相等。
該連桿機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是若干個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)。其中，短桿、V形桿的一 腰邊、L形桿的短邊、連桿機(jī)構(gòu)基座兩個(gè)鉸鏈處構(gòu)成一組平行四邊形。V形 桿拐角所對(duì)邊、L形桿長(zhǎng)邊、長(zhǎng)桿、擺桿上的兩個(gè)鉸鏈處的連線構(gòu)成另一組 平行四邊形。焊槍所在直線、V形桿對(duì)稱(chēng)線、槍嘴與連桿機(jī)構(gòu)基座一個(gè)鉸鏈 的連線、擺桿兩鉸鏈間的中點(diǎn)與V形桿拐角所對(duì)邊中點(diǎn)的連線，這四條邊 組成了一個(gè)平行四邊形。這個(gè)平行四邊形使焊槍槍嘴實(shí)現(xiàn)固定定心的運(yùn)動(dòng)。 角位臺(tái)機(jī)構(gòu)在安裝時(shí)，使角位臺(tái)旋轉(zhuǎn)的軸線在焊槍擺動(dòng)時(shí)所在平面上，并 且指向焊槍槍嘴。這樣角位臺(tái)機(jī)構(gòu)與桿機(jī)構(gòu)組合成焊接機(jī)器人手腕時(shí)，在 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中就形成了擺動(dòng)和仰動(dòng)的兩個(gè)自由度。
本實(shí)用新型的手腕機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅由一個(gè)角位臺(tái)和一組連桿機(jī)構(gòu)組 合而成。其中連桿機(jī)構(gòu)由五根桿組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕巧。桿件組合后能夠 實(shí)現(xiàn)擺桿做圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)焊槍裝卡其上，并調(diào)整好高度，讓焊槍槍嘴指向 擺桿所做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)自由度的焊槍槍嘴的定心運(yùn)動(dòng)。 而角位臺(tái)機(jī)構(gòu)是一種能夠沿?cái)[桿做圓周運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，所以當(dāng)角位臺(tái)機(jī)構(gòu)和 連桿機(jī)構(gòu)組合后，能夠?qū)崿F(xiàn)手腕的兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，定義為仰動(dòng)和擺動(dòng)。 在仰動(dòng)和擺動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，能夠保證了焊槍槍嘴的固定定心運(yùn)動(dòng)。
本實(shí)用新型采用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)焊槍槍嘴的固定定心運(yùn)動(dòng)，與現(xiàn)有的技術(shù) 相比，其優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，姿態(tài)能力好。方便安裝與拆卸， 也可以作為單獨(dú)的模塊使用。

圖l:手腕斜視圖a
圖2:手腕斜視圖b
圖3:連桿機(jī)構(gòu)斜視圖
圖4:角位臺(tái)斜視圖
圖5:角位臺(tái)剖視圖
圖6: V形桿主視圖
圖7: V形桿剖視圖
圖8: L形桿主視圖
圖9: L形桿剖視圖
圖10:連桿機(jī)構(gòu)基座主視圖
圖11:鉸鏈螺釘A視圖
圖12:鉸鏈螺釘B視圖
圖13:連桿機(jī)構(gòu)原理圖
圖14:手腕機(jī)構(gòu)原理圖
圖中1、角位臺(tái)機(jī)構(gòu)，2、角位臺(tái)墊塊，3、角位臺(tái)連接板，4、角位臺(tái)
步進(jìn)電機(jī)，5、連桿機(jī)構(gòu)基座，6、桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，7、小齒輪，8、扇形 齒輪，9、長(zhǎng)桿，10、 V形桿，11、鉸鏈螺釘A， 12、鉸鏈螺釘B， 13、鉸鏈 螺母B， 14、擺桿，15、焊槍?zhuān)?6、焊槍卡具，17、卡緊螺釘，18、卡具螺 釘，19、卡具螺母，20、 L形桿，21、短桿，22、螺釘，23、電機(jī)法蘭，24、 鉸鏈螺母A， 25、軸承A， 26、軸承B。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述
本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)具有仰動(dòng)和擺動(dòng)兩個(gè)自由度。擺動(dòng)通過(guò)角位臺(tái)實(shí)現(xiàn)，仰 動(dòng)通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
如圖l、圖2所示，角位臺(tái)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)圓弧運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。它由步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿，使與之嚙合的蝸輪在其圓弧導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。此機(jī)構(gòu)為焊接機(jī)
器人手腕其中的一個(gè)自由度。其運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)已知半徑的圓弧，如圖4 所示，其活動(dòng)塊可以繞著0軸轉(zhuǎn)動(dòng)。角位臺(tái)的剖視圖如圖5所示。
5角位臺(tái)機(jī)構(gòu)1通過(guò)角位臺(tái)墊塊2墊起一定高度后，用內(nèi)六角螺釘固定在 角位臺(tái)連接板3上，如圖1所示。加墊塊2墊起是為了使角位臺(tái)l在運(yùn)動(dòng)
的過(guò)程中不會(huì)和角位臺(tái)連接板3發(fā)生碰撞。連桿連接機(jī)構(gòu)5的表面與連接 板3的側(cè)面通過(guò)內(nèi)六角螺釘固定連接。桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6與電機(jī)法蘭23通 過(guò)內(nèi)六角螺釘固定在連桿機(jī)構(gòu)基座5上。
如圖l、圖3所示，桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6的電機(jī)軸安裝有小齒輪7，與它 嚙合的扇形齒輪8通過(guò)螺釘22緊固在V形桿10的拐點(diǎn)處，V形桿10固定 扇形齒輪8的一端通過(guò)鉸鏈螺釘All和螺母A24固定在連桿機(jī)構(gòu)基座5上。 如圖3所示，為了減小摩擦，鉸鏈螺釘All上安裝有軸承A25，軸承A25通 過(guò)配合壓入連桿機(jī)構(gòu)基座5上。V形桿10的另外兩端，分別通過(guò)鉸鏈螺釘 B12和鉸鏈螺母B13與長(zhǎng)桿9和L形桿20的拐角端連接，在螺母B13處有 墊片。L形桿20短邊端與短桿21通過(guò)鉸鏈螺釘B12和鉸鏈螺母B13連接。 短桿21的另一端通過(guò)鉸鏈螺釘All和鉸鏈螺母A24固定在連桿機(jī)構(gòu)基座5 上，并且安裝軸承B25。 L形桿20長(zhǎng)邊端和長(zhǎng)桿9的一端分別通過(guò)鉸鏈螺 釘B12和鉸鏈螺母B13與擺桿14的相連。
如圖1所示，擺桿14上開(kāi)有兩道導(dǎo)槽，焊槍卡具16通過(guò)卡具螺釘A18 和卡具螺母19安裝在擺桿14上，并且可以通過(guò)導(dǎo)槽上下做手動(dòng)可以做上、 下短距離的高度調(diào)整，保證焊槍槍嘴指向擺桿做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心處。焊槍 15安裝在焊槍卡具16上，并且可以通過(guò)卡緊螺釘17固定。
如圖6 圖8所示，V形桿兩腰邊的鉸鏈孔距離相等，即a邊與b邊的 長(zhǎng)度相等。其拐角所對(duì)底邊兩個(gè)鉸鏈孔距離c與擺桿上的兩個(gè)鉸鏈孔距離 相等。短桿上的兩個(gè)鉸鏈孔距離與V形桿的腰邊鉸鏈孔距a相等。長(zhǎng)桿上 的兩個(gè)鉸鏈孔距與L形桿長(zhǎng)邊上的鉸鏈孔距e相等，L形桿的短邊鉸鏈孔距 d與連桿機(jī)構(gòu)基座上的兩個(gè)鉸鏈也距離相等。
安裝組合后的連桿機(jī)構(gòu)在V桿受驅(qū)動(dòng)時(shí)，擺桿做圓周運(yùn)動(dòng)。并且焊槍
通過(guò)卡具安裝在擺桿上面后，指向擺動(dòng)圓弧的圓心，槍嘴做定心運(yùn)動(dòng)。角 位臺(tái)在與連桿機(jī)構(gòu)配合安裝時(shí)，角位臺(tái)所做圓弧運(yùn)動(dòng)的圓心軸線應(yīng)該與桿機(jī)構(gòu)擺桿上所裝卡的焊槍槍嘴相交。
連桿機(jī)構(gòu)形成手腕機(jī)構(gòu)的第二個(gè)自由度，它能使裝卡的焊槍在調(diào)整合 適焊槍裝卡高度后，焊槍在擺動(dòng)時(shí)，焊槍槍嘴的位置使終指向焊槍擺動(dòng)的 圓心位置。其原理圖如圖13所示，焊槍使終指向0 '點(diǎn)。
其組合后原理圖如圖14所示，當(dāng)角位臺(tái)所繞軸線O位于焊槍擺動(dòng)的圓
平面o'上，并且圓心o'在軸線o上時(shí)，焊槍在調(diào)整合適高度，將焊槍槍 嘴位于o'上，此時(shí)，手腕的兩個(gè)自由度中，無(wú)論哪個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，焊槍槍 嘴都指向o'點(diǎn)不動(dòng)。兩個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)，是分別通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
權(quán)利要求1、焊接機(jī)器人二自由度手腕定心機(jī)構(gòu)，其特征在于包括角位臺(tái)(1)、墊塊(2)、連接板(3)、連桿機(jī)構(gòu)機(jī)座(5)和連桿機(jī)構(gòu)；其中角位臺(tái)(1)的滑動(dòng)部分通過(guò)墊塊(2)與連接板(3)固定連接，連桿機(jī)構(gòu)機(jī)座(5)與連接板(3)的側(cè)面固連，在連桿結(jié)構(gòu)機(jī)座(5)上設(shè)置有小齒輪(7)，桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(6)與小齒輪(7)同軸連接；所述的連桿機(jī)構(gòu)包括長(zhǎng)桿(9)、短桿(21)、V形桿(10)、L形桿(20)和擺桿(14)，所述V形桿(10)的拐點(diǎn)端鉸接在連桿機(jī)構(gòu)機(jī)座(5)上，扇形齒輪(8)與V形桿(10)的拐點(diǎn)固定連接并與小齒輪(7)嚙合，V形桿(10)的兩端分別與L形桿(20)的拐點(diǎn)和長(zhǎng)桿(9)的一端鉸接，長(zhǎng)桿(9)的另一端與擺桿(14)鉸接，L形桿(20)的短邊端與短桿(21)的一端鉸接，短桿(21)的另一端與連桿機(jī)構(gòu)機(jī)座(5)鉸接，L形桿(20)的長(zhǎng)邊端與擺桿(14)鉸接；在擺桿(14)上設(shè)置有兩個(gè)平行的導(dǎo)槽，安裝有焊槍(15)的焊槍卡具(16)通過(guò)該導(dǎo)槽與擺桿(14)相連；V形桿(10)的拐點(diǎn)到腰邊上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離相等；短桿(21)上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離與V形桿(10)腰邊上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離相等；L形桿(20)的短邊上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離與連桿機(jī)構(gòu)基座(5)上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離相等；L形桿(20)的長(zhǎng)邊端和長(zhǎng)桿(9)與擺桿(14)的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離，與V形桿(10)的兩個(gè)腰邊上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離相等；長(zhǎng)桿(9)上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離與L形桿(20)的長(zhǎng)邊上的兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離相等。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型是一種焊接機(jī)器人二自由度手腕定心機(jī)構(gòu)，屬于焊接機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。本機(jī)構(gòu)由角位臺(tái)機(jī)構(gòu)與桿機(jī)構(gòu)組合而成，角位臺(tái)可以繞其軸線做圓周運(yùn)動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)也能實(shí)現(xiàn)擺桿的圓周運(yùn)動(dòng)。將這兩個(gè)機(jī)構(gòu)組合后，再調(diào)整好焊槍的位置，就能夠?qū)崿F(xiàn)在焊接過(guò)程中，手腕動(dòng)作時(shí)，手腕焊槍部分的焊槍槍嘴使終指向一個(gè)定點(diǎn)。這樣能夠方便對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行控制，高質(zhì)量完成焊接。
文檔編號(hào)B23K37/00GK201300286SQ20082012425
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者任福深, 盧振洋, 殷樹(shù)言, 管新勇, 陳樹(shù)君 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)