专利名称：八自由度混联式自动焊接机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人领域，具体涉及一种具有八自由度的混联式自动焊接机器人。
背景技术：
焊接机器人，顾名思义就是指从事包括切割与喷涂在内的焊接作业的工业机器人。随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，自动焊接机器人从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，由于具有较好的稳定性和较高的焊接质量，极大提高了劳动生产率，改善了工人劳动强度，且可在有害环境下作业，降低了对工人操作技术的要求，缩短了产品改型换代的准备周期，减少了相应的设备投资等等，由于具有以上诸多优点，因此在各行各业得到越来越广泛的应用。当前工业机器人主要有串联和并联两种，串联机器人研究得较为成熟，具有结构简单，成本低，控制简单，运动空间大等优点，已成功应用于很多领域，如各种机床，装配车间等，并联机器人的研究与串联机器人相比起步较晚， 但由于其具有刚度大，承载能力强，精度高，末端件惯性小等优点，在高速，大承载能力的场合，与串联机器人相比具有明显优势，因此越来越受到青睐。目前在自动焊接技术领域中应用的机器人产品几乎全部为串联机器人，即各个铰链和驱动单元串行连接构成开环机械臂，该种机器人具有承载能力低、精度差、功率消耗大等缺点，不适合于高精度焊接定位。
发明内容
本发明提供一种八自由度混联式自动焊接机器人，解决了焊接机器人承载能力低、精度差和功率消耗大，而且不能满足高精度焊接作业的问题。为实现上述目的，采用以下技术方案一种八自由度混联式自动焊接机器人，由两部分组成六自由度并联机器人和与其串联安装的二自由度方位调节机构，所述六自由度并联机器人包括基座、动平台和二者之间的六根机械腿，六根机械腿并联，各机械腿两端与基座和动平台铰接，每根机械腿配有一个驱动电机；所述二自由度方位调节机构安装在六自由度并联机器人动平台上的机构静平台上，所述机构静平台与所属六自由度并联机器人的动平台结构一致并连接在六自由度并联机器人的机械腿末端，所述机构静平台上设置有连接板，其上安装一组动平台箱体，动平台箱体上相对安装有两个方位驱动电机，方位驱动电机通过线驱动传动连接到焊接输出机构连接件。作为一个优选方案，所述六自由度并联机器人共有6条相同的机械腿，其两端通过球铰链分别连接到基座和动平台；所述机械腿采用滚珠丝杠螺母机构驱动，每个机械腿配有一个驱动电机，所述驱动电机与机械腿内的丝杠通过齿轮传动连接。作为进一步的优选方案，所述机械腿采用双层套筒结构，外套筒贯穿整条机械腿， 外套筒上安装有限位开关安装箱，其上安装有限位开关，所述外套筒下端设置有连接件，其一端通过螺丝与所述外套筒下端相连，另一端连接到基座的球铰链；所述外套筒内有内套筒，其上端与外套筒之间套装有线性滑动轴承，下端套装有限制转动套筒，内套筒可在外套筒内前后滑动，内套筒内有丝杠，丝杠上有螺母，所述丝杠上端有丝杠支撑件支撑，下端套装有一对角接触球轴承，所述角接触球轴承安装在外套筒内的轴承箱体内，丝杠最下端的丝杠齿轮与驱动电机的电机输出齿轮传动连接；所述内套筒上端的连接件连接到动平台的球铰链上；所述二自由度方位调节机构的连接板上的机构静平台箱体内安装有两个相对的方位驱动电机和一对锥齿轮，所述锥齿轮安装在箱体上两个相对的齿轮轴上，轴端安装有滑轮，其与方位驱动电机输出轴上的滑轮之间通过钢丝传动连接，机构静平台箱体上端两个相对的锥齿轮之间安装有一个中间锥齿轮，其与两个锥齿轮传动连接，且所述中间锥齿轮上端安装有中心为空的焊接输出机构连接件。本发明通过将一个并联的六自由度机器人和一个二自由度方位调节机构混串联， 组成一个具有八个自由度的混联机器人，六自由度机器人就有6条机械腿可同时支撑输出平台，使其具有更高的承载能力，而且各个机械腿之间的误差可以互相抵消，具有了更高的控制精度，适合于高精度要求的焊接生产定位；二自由度方位调节机构采用线驱动方式，通过差速装置能够实现执行机构的前后俯仰摆动以及自转，为焊接用户提供方便适用于不同角度的焊接操作；且该混联机器人的设计由六自由度并联机器人为焊接输出机构提供精确定位，当需要焊接某些特殊位置或特殊角度时，二自由度方位调节机构可以对焊接输出机构进行局部调节，由于全空间运动只需六自由度，该八自由度机器人的设计可以提供更大的机器人灵巧性，从而使得执行相同焊接功能时，机器人可以具有更好的各向同性，且避免了并联机器人活动空间受限，由于具有八个自由度，可以更好的优化工作姿态，相对于传统 6自由度焊接机器人更容易完成操作，进而提供更高质量的焊接性能。
下面根据实施例和附图对本发明作进一步详细说明。图1是本发明总体结构示意图；图2是图1中件1的结构示意图；图3是图1中件2的结构示意图；图4是图1中件106组成结构剖视图。图中1、六自由度并联机器人；2、二自由度方位调节机构；100、基座；101、第一球铰链； 102、下连接件；103、电机安装箱体；104、限位开关；105、驱动电机；106、机械腿；107、内套筒；108、第二球铰链；109、动平台；110、线性滑动轴承；111、滚珠丝杠；112、丝杠支撑件； 113、上连接件；114、螺母；115、外套筒；116、套筒箱体；117、角接触球轴承；118、轴承箱体； 119、电机输出齿轮；120、丝杠齿轮；121、限位开关安装箱；122、限制转动套筒；200、机构静平台；201、连接板；202、机构静平台箱体；203、方位驱动电机；204、齿轮箱；205、锥齿轮； 206、中间锥齿轮；207、焊接输出机构连接件；208、电机码盘输出轴。
具体实施例方式如图1至4所示，给出了本发明的一个具体实施例，图中，一种八自由度混联式自动焊接机器人，由两部分组成六自由度并联机器人1和二自由度方位调节机构2，以上两部分通过一个机构静平台200串联。
如图2、图4所示，上述六自由度并联机器人1包括基座100、动平台109和二者之间的机械腿106，共有6条相同的机械腿106，其两端通过下连接件102、上连接件113分别与基座100和动平台109上的第一球铰链101和第二球铰链108铰接；机械腿106采用滚珠丝杠螺母机构驱动；机械腿106采用双层套筒结构，其中外套筒115贯穿整条机械腿，其底部安装在套筒箱体116内，在外套筒115 —侧的套筒箱体116上安装有驱动电机105以及配套的编码器，驱动电机105与机械腿106内的滚珠丝杠111通过齿轮传动连接；外套筒 115上还安装有限位开关安装箱121，其上安装有限位开关104，外套筒115下端的下连接件 102 一端通过螺丝安装在外套筒115下端，另一端连接到基座100上的第一球铰链101，外套筒115内有内套筒107，其上端与外套筒115之间套装有线性滑动轴承110，下端套装有限制转动套筒122，内套筒107可在外套筒115内前后滑动，内套筒107内有滚珠丝杠111， 滚珠丝杠111上有螺母114，滚珠丝杠111上端有丝杠支撑件112支撑，滚珠丝杠111下端的轴承箱体118内套装有一对角接触球轴承117，滚珠丝杠111最下端的丝杠齿轮120与驱动电机105的电机输出齿轮119传动连接；内套筒107上端的上连接件113连接到机构静平台200的第二球铰链108上。如图3所示，二自由度方位调节机构2采用线性驱动，其机构静平台200安装在六自由度并联机器人1的动平台109上，且其与动平台109设计一致，因此该二自由度方位调节机构2是串联加载在六自由度并联机器人1的动平台109之上的运动机构；机构静平台 200上的机构静平台箱体202内安装有两个相对的方位驱动电机203和一对安装在机构静平台箱体202上两个相对的齿轮轴上的锥齿轮205，两个锥齿轮205的轴端均安装有滑轮， 其分别与同侧的方位驱动电机203输出轴上的滑轮之间通过钢丝传动连接，机构静平台箱体202上方，两个锥齿轮205中间配合安装有中间锥齿轮206，受两个锥齿轮205的共同驱动，中间锥齿轮206上端穿出机构静平台箱体202上侧安装有中空的焊接输出机构连接件 207，用于装卡焊接执行装置如焊枪等；上述方位驱动电机203轴端和锥齿轮205轴端的滑轮以及传动钢丝均位于机构静平台箱体202内侧，方位驱动电机203的电机码盘输出轴208 露出部分用来连接控制线。本发明通过将一个并联的六自由度并联机器人1和一个二自由度方位调节机构2 串联，组成一个具有八个自由度的混联机器人，六自由度并联机器人1就有6条机械腿可同时支撑输出平台，使其具有更高的承载能力，而且各个机械腿之间的误差可以互相抵消，具有了更高的控制精度，适合于高精度要求的焊接生产定位；二自由度方位调节机构2采用线驱动方式，通过差速装置能够实现执行机构的前后俯仰摆动以及自转，为焊接用户提供方便适用与不同角度的焊接操作；且该混联机器人的设计由六自由度并联机器人1为焊接输出机构提供精确定位，当需要焊接某些特殊位置或特殊角度时，二自由度方位调节机构2 可以对焊接输出机构进行局部调节，由于全空间运动只需六自由度，该八自由度机器人的设计可以提供更大的机器人灵巧性，从而使得执行相同焊接功能时，机器人可以具有更好的各向同性，且避免了并联机器人活动空间受限，由于具有八个自由度，可以更好的优化工作姿态，相对于传统六自由度焊接机器人更容易完成操作，进而提供更高质量的焊接性能。
权利要求
1.一种八自由度混联式自动焊接机器人，其特征在于，由两部分组成六自由度并联机器人和与其串联安装的二自由度方位调节机构，所述六自由度并联机器人包括基座、动平台和二者之间的六根机械腿，六根机械腿并联，各机械腿两端与基座和动平台铰接，每根机械腿配有一个驱动电机；所述二自由度方位调节机构安装在六自由度并联机器人动平台上的机构静平台上，所述机构静平台与所属六自由度并联机器人的动平台结构一致并连接在六自由度并联机器人的机械腿末端，所述机构静平台上设置有连接板，其上安装一组动平台箱体，动平台箱体上相对安装有两个方位驱动电机，方位驱动电机通过线驱动传动连接到焊接输出机构连接件。
2.根据权利要求1所述的一种八自由度混联式自动焊接机器人，其特征在于，所述六自由度并联机器人共有6条相同的机械腿，其两端通过球铰链分别连接到基座和动平台； 所述机械腿采用滚珠丝杠螺母机构驱动，每个机械腿配有一个驱动电机，所述驱动电机与机械腿内的丝杠通过齿轮传动连接。
3.根据权利要求2所述的一种八自由度混联式自动焊接机器人，其特征在于，所述机械腿采用双层套筒结构，外套筒贯穿整条机械腿，外套筒上安装有限位开关安装箱，其上安装有限位开关，所述外套筒下端设置有连接件，其一端通过螺丝与所述外套筒下端相连，另一端连接到基座的球铰链；所述外套筒内有内套筒，其上端与外套筒之间套装有线性滑动轴承，下端套装有限制转动套筒，内套筒可在外套筒内前后滑动，内套筒内有丝杠，丝杠上有螺母，所述丝杠上端有丝杠支撑件支撑，下端套装有一对角接触球轴承，所述角接触球轴承安装在外套筒内的轴承箱体内，丝杠最下端的丝杠齿轮与驱动电机的电机输出齿轮传动连接；所述内套筒上端的连接件连接到动平台的球铰链上；所述二自由度方位调节机构的连接板上的机构静平台箱体内安装有两个相对的方位驱动电机和一对锥齿轮，所述锥齿轮安装在箱体上两个相对的齿轮轴上，轴端安装有滑轮，其与方位驱动电机输出轴上的滑轮之间通过钢丝传动连接，机构静平台箱体上端两个相对的锥齿轮之间安装有一个中间锥齿轮，其与两个锥齿轮传动连接，且所述中间锥齿轮上端安装有中心为空的焊接输出机构连接件。
全文摘要
一种八自由度混联式自动焊接机器人，由两部分组成六自由度并联机器人和二自由度方位调节机构，二者通过动平台串联组成具有八个自由度的混联机器人，所述六自由度并联机器人包括基座、动平台和二者之间的机械腿，所述机械腿两端分别与基座和动平台铰接；所述二自由度方位调节机构安装在与动平台设计一致，且与其串联在一起的机构静平台上，其采用线驱动方式驱动，机构静平台上有一块连接板，连接板上的机构静平台箱体上安装有两个方位驱动电机，方位驱动电机通过线驱动传动连接到焊接输出机构连接件。本发明具有更高的承载能力和控制精度，且避免了并联机器人活动空间受限，进而提供更高质量的焊接性能。
文档编号B25J9/08GK102357879SQ20111026115
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者魏伦 申请人:北京华巍中兴电气有限公司