专利名称：二自由度定心姿态调整部件的制作方法
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二自由度定心姿态调整部件，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。
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。本定心部件包括第一角度调节机构和第二角度调节机构，其中所述的第一角度调节机构包括安装在焊接机器人手臂上的基座和安装在基座上的第一角度调节电机。所述的第二角度调节机构包括与第一角度调节电机轴固连的摇杆AB、安装在摇杆 AB上的第二角度调节电机、安装在第二角度调节电机输出轴上与摇杆AB以铰链B铰接的连杆BC、与摇杆AB以铰链A铰接的连杆AE、与连杆BC和连杆AE分别以铰链C和铰链D铰接的连杆CG、与连杆AE以铰链E铰接的连杆EF、与连杆CG以铰链G铰接的焊枪FG，连杆EF 和焊枪TO以铰链F铰接；所述的相互铰接的连杆AE、连杆BC、连杆CG及摇杆AB构成平行四边形机构，相互铰接的连杆AE、连杆CG、连杆EF及焊枪TO构成平行四边形机构；铰接点 A、D、E位于同一直线上，铰接点C、D、G位于同一直线上，焊枪末端点0与铰接点F、G位于同一直线上；铰接点AD之间的距离等于焊枪末端点0与铰接点G之间的距离；第二角度调节电机通过连杆机构带动焊枪绕焊枪末端点0转动。
所述第一角度调节电机的输出轴的轴线通过焊枪末端点0，且位于焊枪运动过程中焊枪轴线扫过的平面。本发明外观简洁、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，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。此外，在我方之前申请的定心经纬姿态调整部件中，所用的主要定心机构为一种平面三环八连杆单自由度机构；而在此次申请中，所用的为平面两环六连杆单自由度机构，连杆数目由八降低到六；并且由于平行四边形机构等约束条件，第二角度调节机构中原动件转角与焊枪转角之比为1 1，为电机的控制提供了方便。
图1定心部件外观示意2第一角度调节机构示意3第二角度调节机构示意4第二角度调节机构运动简图附图中所标示的各部分名称如下1、第一角度调节机构；2、第二角度调节机构； 11、第一角度调节电机；12、基座；21、摇杆AB ；22、第二角度调节电机；A、B、C、D、E、F、G为铰链；0为焊枪末端点；AE、BC、CG、EF、FG均为连杆，且TO代表焊枪。
具体实施例方式结合附图1 4，对本发明的实例作如下详细说明。如图1所示，此二自由度定心姿态调整部件由第一角度调节机构1和第二角度调节机构2构成。第一角度调节机构能实现焊枪re绕第一角度调节电机Ii的输出轴轴线的角度调节，其具体结构如图2所示，包括第一角度调节电机11、基座12。其中基座12固定在焊接机器人的手臂上；第一角度调节电机11通过螺栓固定在基座12上。因为第二角度调节机构中的摇杆ABQl)与第一角度调节电机的输出轴直接固连，因此，控制第一角度调节电机的转动可以调节摇杆ABQl)的角度。第二角度调节机构能实现焊枪re绕垂直于摇杆AB轴线方向的角度调节，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ABQl)、第二角度调节电机 22、连杆AE、连杆BC、连杆CG、连杆EF、焊枪TO。其中摇杆ABQl)与第一角度调节电机11 的输出轴通过螺栓或焊接固连，摇杆AB 与连杆AE以铰链A铰接，摇杆AB 与连杆 BC以铰链B铰接，连杆CG与连杆BC和连杆AE分别以铰链C和铰链D铰接，连杆EF与连杆 AE以铰链E铰接，焊枪TO与连杆EF和连杆CG分别以铰链F和铰链G铰接；相互铰接的连杆AE、连杆BC、连杆CG及摇杆ABQl)构成平行四边形机构，相互铰接的连杆AE、连杆CG、 连杆EF及焊枪TO构成平行四边形机构；铰接点A、D、E位于同一直线上，铰接点C、D、G位于同一直线上，焊枪末端点0与铰接点F、G位于同一直线上；铰接点AD之间的距离等于焊枪末端点与铰接点G之间的距离；第二角度调节电机通过连杆机构带动焊枪re绕焊枪末端点0转动，并且焊枪re绕焊枪末端点ο转动的角度变化量与第二角度调节电机输出轴的转角变化量之比为一比一。所述第一角度调节电机11的输出轴轴线通过焊枪末端点0，且位于焊枪运动过程中焊枪轴线扫过的平面。至此，已经对本发明对焊枪进行姿态调节的实例进行了说明。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。
权利要求
1. 二自由度定心姿态调整部件，其特征在于包括第一角度调节机构和第二角度调节机构；其中所述的第一角度调节机构包括安装在焊接机器人手臂上的基座和安装在基座上的第一角度调节电机；所述的第二角度调节机构包括与第一角度调节电机轴固连的摇杆AB、安装在摇杆AB 上的第二角度调节电机、安装在第二角度调节电机输出轴上与摇杆AB以铰链B铰接的连杆 BC、与摇杆AB以铰链A铰接的连杆AE、与连杆BC和连杆AE分别以铰链C和铰链D铰接的连杆CG、与连杆AE以铰链E铰接的连杆EF、与连杆CG以铰链G铰接的焊枪TO，连杆EF和焊枪TO以铰链F铰接；所述的相互铰接的连杆AE、连杆BC、连杆CG及摇杆AB构成平行四边形机构，相互铰接的连杆AE、连杆CG、连杆EF及焊枪TO构成平行四边形机构；铰接点A、 D、E位于同一直线上，铰接点C、D、G位于同一直线上，焊枪末端点0与铰接点F、G位于同一直线上；铰接点AD之间的距离等于焊枪末端点0与铰接点G之间的距离；第二角度调节电机通过连杆机构带动焊枪绕焊枪末端点0转动；所述第一角度调节电机的输出轴的轴线通过焊枪末端点0，且位于焊枪运动过程中焊枪轴线扫过的平面。
全文摘要
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二自由度定心姿态调整部件。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，设计了一种由第一角度调节机构和第二角度调节机构组成的二自由度定心姿态调整部件。其中第二角度调节机构为一种平面六杆机构。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；并且第二角度调节机构中原动件转角与焊枪转角之比为1∶1，为电机的控制提供了方便。
文档编号B23K37/02GK102528356SQ201210055068
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者卢振洋, 赵京, 邵磊, 郭建伟, 陈树君 申请人:北京工业大学