一种电焊机器人用定位装置的制作方法

本实用新型涉及智能化电焊工作台领域，具体涉及一种电焊机器人用定位装置。

背景技术：

焊接，作为一种现代工业中不可或缺且日益重要的金属加工工艺方法，长期以来在金属之间连接成型领域发挥着重要的作用。而随着工业化水平的不断提升以及焊接需求量的不断上升，为了提高焊接的加工效率以及工艺精准度，同时减少手工焊接所带来的安全风险，出现了基于自动化机器人技术的焊接机器人，并被广泛应用于焊接加工领域。

为了增加焊接机器人的灵活程度，通常采用多连接轴结构，使得构成焊接机器人的机械手具有更丰富的转向能力以及更精确的位移动作。但是，随着连接轴的增加所带来的自由度的增加，末端处于自由状态的机械手在运动过程中极易出现不稳定的现象，尤其是在启动以及制动过程中，机械手的晃动较为明显且短时间内不易恢复稳定，这就对操控精度要求极高的焊接工艺的实施造成了不小的困扰。

为了解决上述问题，现有技术通常采用增大转向节连接件的尺寸，同时在转向节处增加辅助固定结构和阻尼结构，从而实现使得焊接机器人各运动关节在运动过程中保持足够的稳定，进而保证焊接加工的精确程度。但是，由于转向节处的结构过于复杂，一方面增加的设备的制造和维护成本，造成焊接成本大幅上升，另一方面则使设备整体过于庞大，尤其是转向节出过于粗大，一定程度上影响到了其空间上的运动灵活性，不利于操作范围较小的金属之间的焊接加工，影响到了焊接操作的便利性。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种电焊机器人用定位装置，具有复杂表面的自适应功能，以解决焊接机器人定位结构复杂，且末段无有效支撑而存在定位不稳定的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种电焊机器人用定位装置，包括可伸缩臂和固定爪；所述可伸缩臂与所述固定爪之间通过阻尼万向节转动连接；所述固定爪包括与阻尼万向节同轴固定连接的盘体和均匀固定于盘体端面上的若干个阻尼臂；所述阻尼臂的末端设置电磁铁。

据背景技术可以得知，现有电焊用机器人工作台，为了提高焊接过程中机械臂的稳定性，一般会通过增多机械臂的关节机构，同时增大和增多关节机构中的连接部件来实现上述目的，这就使得常见的电焊用机器人的体积较为庞大，不利于对小部件以及内陷的板封闭空间的焊接工作；与此同时，复杂的动作机构不但会带来成本的增高，还会使得机械臂的控制过程复杂化，数控精度要求更高，故障风险也随之升高。

本技术方案中所提供的电焊机器人用固定装置，其与机械臂之间的连接关系为，可伸缩臂未连接阻尼万向节的一端固定连接于机械臂自末端倒数的第一节或第二节的连接部件上。然后，其上的可伸缩臂与外界的液压或气压泵连接，从而实现可伸缩臂的伸缩动作。而电磁铁则与外部供电源供相连接，以实现对电磁铁电源的供给或切断。

在实际使用过程中，定位装置随机械臂的动作转向待加工金属件的表面，然后在液压或气压驱动下，可伸缩臂向前缓慢伸出，并带动盘体进而带动盘体上的阻尼臂朝着待加工部件的表面运动；同时，使外部供电源向电磁铁供电，以使得后者产生磁力。当定位装置的最前端，即带有电磁铁的阻尼臂与待加工金属件相接触时，整个定位机构在电磁铁磁力的作用下，被吸附在待加工金属件的表面，从而实现固定；固定完成后，即停止可伸缩臂的运动。由于有独立设置的多个阻尼臂存在，阻尼臂自身在受压力的状态下也具备可伸缩的能力，这一点类似于汽车领域空气悬架中常用的空气柱塞，同时与盘体和可伸缩臂之间的阻尼万向节结构，能够使得固定爪能够在一定角度内自由且稳定地进行多角度转动，这就使得固定爪能够通过不同阻尼臂之间的不同压缩程度以及阻尼万向节所带来的盘体的倾角的适应性调整，准确地贴合与具有复杂表面轮廓形状的金属制件上，从而实现定位装置稳定与依附于待加工金属之间上。

由于在机械臂自末端倒数的第一节或第二节的连接部件上固定，本技术方案所提供的定位装置能够有效地附着在待加工金属制件的表面上，依次来减少机械臂在进行最终焊接操作时的操作部位的自由度。具体的，在最终实施焊接时，机械臂上仅有一到两级的可运动结构是自由运动的，如此便减少了现有机械臂中因转动关节过多所导致的转动过程不稳定的问题。这种情况下，除末一级或末两级动作机构需要以增大连接结构来实现动作稳定性外，其他几级的机械臂关节便可以简化固定结构，从而大幅度缩减机械臂连接机构的复杂程度，从而大大节约了机械臂的制造成本，减少了机械臂转动关节出现故障的概率，提升了机械臂工作的可靠性。通常情况下，当机械臂的末一级或末两级动作机构探入到制件的内陷空间内进行操作时，机械臂通常处于伸长状态，即使有多个固定关节的作用，由于距离固定底座或固定受力点较远，末一级或末两级动作机构也很难在动作后维持良好的稳定性，而通过本技术方案中的定位机构，能够将机械臂的固定支撑点调节到末一级或末两级动作机构上，从而显著减少了动作点位与支撑点位之间的距离，提高了机械臂在进行焊接时的稳定性，进而提升了焊接操作的准确性。与此同时，除了能够通过其所具备可压式伸缩功能实现对待加工制件表面的精确贴合外，上述阻尼臂中通过密封压力液体或者压力空气所实现的阻尼结构，类似于空气柱塞，能够在其通过其上设置的电磁铁吸附于待加工制件表面后，再利用其阻尼性质实现对机械臂的末端动作进行缓冲；具体的，由于本技术方案中的定位装置与机械臂的末段直接连接，当机械臂末一级或末两级因焊接动作，如转动、焊接过程中产生冲击发生小幅度范围内振动时，该振动自机械臂的末段回传，欲使整个机械臂产生摆动，当其经过固定有本技术方案提供定位装置的一级时，该振动通过可伸缩臂传递到阻尼臂上，进而通过阻尼臂的阻尼作用对该振动实现消弭，从而避免了电焊机械臂在工程中的振动偏移，加强了整个机械臂的防工况中振动的能力，提高了机械臂在极限工作状态下的稳定性和焊接精度。通过上述的固定和阻尼双重作用，能够显著提高电焊机器人机械臂在进行焊接操作的过程中的稳定性，尤其是能够在机械臂到达其极限操作位置时提供必要的辅助固定支撑和缓冲功能，从而大幅提升了机械臂末端的定位能力和抗冲击能力，进而显著提高了电焊机器人的操作精度、缩短了机械臂等待因动作所产生振动恢复时的等待时间，提高了焊接的工作效率；同时，因其提供的良好固定作用，所以允许机械臂的转动关节进行一定的简化设计，一定程度上降低了电焊机器人的制造成本，提高了后者的使用经济性。

进一步的，所述可伸缩臂为一可伸缩活塞组件；所述可伸缩活塞组件包括活塞缸套、安装于活塞缸套内且与活塞缸套之间成滑动配合的活塞组件；所述活塞组件包括与活塞缸套的内壁之间动密封的活塞本体，以及一端固定与活塞本体内且另一端延伸至活塞缸套外的活塞杆。此处的可伸缩臂实质上为在外界压力驱动下能够实现往复伸缩的液压或气压伸缩杆，能够通过气压或者液压的驱动使得置于活塞缸套内部的活塞本体在活塞缸套内来回做往复运动；而活塞杆为一直杆，其固定在活塞本体的端部，能够在活塞本体往复运动的带动下也做伸长或回缩运动，进而实现对固定爪的推动或收回。

更进一步的，所述活塞本体、所述活塞杆均和所述活塞缸套共中轴线设置，从而使得传动过程中受力平衡，避免了受力不均衡时所可能出现的可伸缩臂损坏的问题，以保证本技术方案中所提供固定装置的可靠性。

进一步的，所述阻尼万向节包括与可伸缩臂固定连接的转动球体、固定于盘体上且远离盘体一端端部开设有与转动球体相适配的凹槽的转动座；所述转动球体嵌设于所述转动座的凹槽内且与所述转动座成多角度的转动配合；所述转动球体与所述转动座之间设置有具有阻尼层。作为优选方案的，转动座可以为一开有半球状凹槽的金属块，使得与可伸缩臂连接的转动球体能够卡合于该半球状凹槽中，同时该半球状凹槽并不将转动球体完全包裹，从而使得转动球体即使与可伸缩臂连接后依然能够在一定的角度内做摆动，以实现固定爪的盘体在转动球体上能够任一翻动；为了提高固定爪的对复杂表面的适应能力，该角度优选的最小为30度。为了防止转动球体与转动座之间过于自由活动，而影响到固定爪吸附到待加工金属制件表面的角度，两者之间设置有阻尼层，该阻尼层可以为橡胶层，也可以为带有的阻尼性质的软体材料，目的在于增大转动球体与转动座的半球状凹槽的内壁之间的摩擦力，使得两者之间的位置在不受外力的作用下保持相对固定，以便于固定爪吸附与待加工金属制件之间完成吸附。

进一步的，所述阻尼臂的数量为3个，且沿盘体上缘周向分布于盘体的端面上。三个阻尼臂即能够满足对复杂平面的适应，并通过三角稳固原理实现将整个定位装置固定与待加工金属之间表面的功能，因此，采用三个阻尼臂，既能够满足性能要求，又减少固定爪的制造成本；同时，将三个阻尼臂设置在盘体端面的边缘上，能够尽可能提高阻尼臂的覆盖面积，从而提高其所实现固定作用的可靠性。

进一步的，所述阻尼臂包括固定于盘体端面上的阻尼缸套、安装于阻尼缸套内且与阻尼缸套之间成滑动配合的阻尼杆；所述阻尼杆的一端安装于阻尼缸套内且与阻尼缸套之间成动密封，另一端则延伸出阻尼缸套的端面。上述为阻尼臂的一种优选方案，其与现有技术中的气压柱塞或液压柱塞的结构和工作原理基本一致，通过封存于阻尼缸套与阻尼干所围成的密封腔体内的液体或气体在受压力或拉力时均能够产生相反作用力的特性，实现其阻尼功能，从而一方面使得其具有独立的伸缩功能，以实现多个阻尼臂对非平面的待加工金属表面的紧密贴合，另一方面使得其能够对机械臂工作端所产生的振动能够迅速得到消弭，以增强机械臂在工作过程中稳定性。当然，除上述作为优选方案的气压或液压柱塞形式，所述阻尼臂还可以采用弹簧柱塞的形式。

更进一步的，所述阻尼缸套的侧面设置有用于调节阻尼杆与阻尼缸套内壁之间所围成密封腔体内的压力的调节口；所述调节口的端部设置有用于调节口封闭的堵头。通过设置调节口，能够使得阻尼臂的阻尼性能可调，从而提高了定位装置的阻尼臂的可用阻尼行程以及可用阻尼强度，进而提高了本技术方案中定位装置的多工况适用性。

进一步的，每一所述电磁铁和相对应的所述阻尼臂之间均夹有用于压力测试的压力传感器。对于部分软质金属来说，定位装置吸附固定的过程中，当可伸缩臂过度伸长，容易造成阻尼臂与待加工金属之间的接触面压力过大，进而造成金属制件表面的损坏。通过在阻尼臂与电磁铁之间固定压力传感器，将电磁铁与阻尼臂之间隔开，并对压力传感器获得的压力数据实时外传，使得操作人员能够及时了解到阻尼臂在金属制件表面所施加压力的大小，从而能够在压力过大时及时停止可伸缩臂的动作，并适当作出回缩调整，进而有效避免金属制件表面的损坏。作为优选的，本处的压力传感器可以但不限于应变式压力传感器、电容式压力传感器片等。

进一步的，所述电磁铁的端部设置有用于缓冲和防滑的橡胶层，该橡胶层厚度优选为1～2mm，其贴合与电磁铁的端部，以代替电磁铁与金属制件表面直接接触，然后利用橡胶自身所具备的缓冲性能以及高摩擦系数的特点，减少阻尼臂与金属制件表面滑脱的可能性。

综上所述，本实用新型相较于现有技术的有益效果是：

(1)通过在现有电焊机器人的机械臂末段上增设用于辅助固定的定位装置，利用该定位装置上具有可对金属制件表面形状自适应且可通过电磁力稳定吸附于金属制件表面的固定爪机构，使得机械臂在焊接操作过程中的自由度减少，从而提高了机械臂在极限位置或者复杂工位操作时的稳定性，进而提升了焊接工艺的精准程度；同时，也允许降低机械臂各转动关节设计的复杂程度，从而有效减少了电焊机器人的制作成本以及控制难度；

(2)通过阻尼万向节以及独立可伸缩的多个阻尼臂结构，实现了对具有复杂外形的金属制件表面的自适应功能，从而提升了定位装置的适用性，增强了定位装置在工作过程中与金属制件制件所形成吸附固定关系的可靠性；

(3)通过阻尼臂的阻尼特性，能够有效消弭机械臂工作端在工作过程中所产生的振动，进一步提升了机械臂在工作过程中的稳定性；

(4)整个定位装置为独立设计，既能够在机械臂制造过程中直接与其进行集成，又能够用于现有老旧机械臂的改造升级，适用范围广，实用价值高；

(5)整个定位装置的结构以及控制过程简单，故障率地，性能稳定可靠。

附图说明

图1是本实用新型中一种电焊机器人用多功能定位装置的结构示意图

图2是图1中部位a的放大示意图

图3是图1中部位b的放大示意图

图中标记为：1-盘体，2-可伸缩臂，21-活塞杆，22-活塞本体，23-活塞缸套，3-橡胶层，4-电磁铁，5-压力传感器，6-阻尼臂，61-阻尼杆，62-阻尼缸套，63-调节口，64-堵头，7-阻尼万向节，71-转向座，72-凹槽，73-阻尼层，74-转动球体。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合图1-3和具体的实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1

一种电焊机器人用定位装置，包括可伸缩臂2和固定爪；所述可伸缩臂2与所述固定爪之间通过阻尼万向节7转动连接；所述固定爪包括与阻尼万向节7同轴固定连接的盘体1和均匀固定于盘体1端面上的若干个阻尼臂6；所述阻尼臂6的末端设置电磁铁4。

在实际使用过程中，定位装置随机械臂的动作转向待加工金属件的表面，然后在液压或气压驱动下，可伸缩臂2向前缓慢伸出，并带动盘体1进而带动盘体1上的阻尼臂6朝着待加工部件的表面运动；同时，使外部供电源向电磁铁4供电，以使得后者产生磁力。当定位装置的最前端，即带有电磁铁4的阻尼臂6与待加工金属件相接触时，整个定位机构在电磁铁4磁力的作用下，被吸附在待加工金属件的表面，从而实现固定；固定完成后，即停止可伸缩臂2的运动。由于有独立设置的多个阻尼臂6存在，阻尼臂6自身在受压力的状态下也具备可伸缩的能力，这一点类似于汽车领域空气悬架中常用的空气柱塞，同时与盘体1和可伸缩臂2之间的阻尼万向节7结构，能够使得固定爪能够在一定角度内自由且稳定地进行多角度转动，这就使得固定爪能够通过不同阻尼臂6之间的不同压缩程度以及阻尼万向节7所带来的盘体1的倾角的适应性调整，准确地贴合与具有复杂表面轮廓形状的金属制件上，从而实现定位装置稳定与依附于待加工金属之间上。

其中，作为优选的可伸缩臂2，具体为：

所述可伸缩臂2为一可伸缩活塞组件；所述可伸缩活塞组件包括活塞缸套23、安装于活塞缸套23内且与活塞缸套23之间成滑动配合的活塞组件；所述活塞组件包括与活塞缸套23的内壁之间动密封的活塞本体22，以及一端固定与活塞本体22内且另一端延伸至活塞缸套23外的活塞杆21。此处的可伸缩臂2实质上为在外界压力驱动下能够实现往复伸缩的液压或气压伸缩杆，能够通过气压或者液压的驱动使得置于活塞缸套23内部的活塞本体22在活塞缸套23内来回做往复运动；而活塞杆21为一直杆，其固定在活塞本体22的端部，能够在活塞本体22往复运动的带动下也做伸长或回缩运动，进而实现对固定爪的推动或收回。

作为优选的阻尼万向节7，具体为：

所述阻尼万向节7包括与可伸缩臂2固定连接的转动球体74、固定于盘体1上且远离盘体1一端端部开设有与转动球体74相适配的凹槽72的转动座；所述转动球体74嵌设于所述转动座的凹槽72内且与所述转动座成多角度的转动配合；所述转动球体74与所述转动座之间设置有具有阻尼层73。作为优选方案的，转动座可以为一开有半球状凹槽72的金属块，使得与可伸缩臂2连接的转动球体74能够卡合于该半球状凹槽72中，同时该半球状凹槽72并不将转动球体74完全包裹，从而使得转动球体74即使与可伸缩臂2连接后依然能够在一定的角度内做摆动，以实现固定爪的盘体1在转动球体74上能够任一翻动；为了提高固定爪的对复杂表面的适应能力，该角度优选的最小为30度。为了防止转动球体74与转动座之间过于自由活动，而影响到固定爪吸附到待加工金属制件表面的角度，两者之间设置有阻尼层73，该阻尼层73可以为橡胶层3，也可以为带有的阻尼性质的软体材料，目的在于增大转动球体74与转动座的半球状凹槽72的内壁之间的摩擦力，使得两者之间的位置在不受外力的作用下保持相对固定，以便于固定爪吸附与待加工金属制件之间完成吸附。

作为优选的阻尼臂6，具体为：

所述阻尼臂6包括固定于盘体1端面上的阻尼缸套62、安装于阻尼缸套62内且与阻尼缸套62之间成滑动配合的阻尼杆61；所述阻尼杆61的一端安装于阻尼缸套62内且与阻尼缸套62之间成动密封，另一端则延伸出阻尼缸套62的端面。上述为阻尼臂6的一种优选方案，其与现有技术中的气压柱塞或液压柱塞的结构和工作原理基本一致，通过封存于阻尼缸套62与阻尼干所围成的密封腔体内的液体或气体在受压力或拉力时均能够产生相反作用力的特性，实现其阻尼功能，从而一方面使得其具有独立的伸缩功能，以实现多个阻尼臂6对非平面的待加工金属表面的紧密贴合，另一方面使得其能够对机械臂工作端所产生的振动能够迅速得到消弭，以增强机械臂在工作过程中稳定性。当然，除上述作为优选方案的气压或液压柱塞形式，所述阻尼臂6还可以采用弹簧柱塞的形式。

实施例2

基于实施例1，为了提高可伸缩臂2的结构可靠性，进行了如下改进：所述活塞本体22、所述活塞杆21均和所述活塞缸套23共中轴线设置，从而使得传动过程中受力平衡，避免了受力不均衡时所可能出现的可伸缩臂2损坏的问题，以保证本技术方案中所提供固定装置的可靠性。

实施例3

基于实施例1，为了扩大阻尼臂6的可用阻尼行程以及可用阻尼强度，进行了如下改进：所述阻尼缸套62的侧面设置有用于调节阻尼杆61与阻尼缸套62内壁之间所围成密封腔体内的压力的调节口63；所述调节口63的端部设置有用于调节口63封闭的堵头64。通过设置调节口63，能够使得阻尼臂6的阻尼性能可调，从而提高了定位装置的阻尼臂6的可用阻尼行程以及可用阻尼强度，进而提高了本技术方案中定位装置的多工况适用性。

实施例4

基于实施例1，为了防止阻尼臂6产生过大压力而损坏金属制件表面，进行了如下改进：每一所述电磁铁4和相对应的所述阻尼臂6之间均夹有用于压力测试的压力传感器5。对于部分软质金属来说，定位装置吸附固定的过程中，当可伸缩臂2过度伸长，容易造成阻尼臂6与待加工金属之间的接触面压力过大，进而造成金属制件表面的损坏。通过在阻尼臂6与电磁铁4之间固定压力传感器5，将电磁铁4与阻尼臂6之间隔开，并对压力传感器5获得的压力数据实时外传，使得操作人员能够及时了解到阻尼臂6在金属制件表面所施加压力的大小，从而能够在压力过大时及时停止可伸缩臂2的动作，并适当作出回缩调整，进而有效避免金属制件表面的损坏。作为优选的，本处的压力传感器5可以但不限于应变式压力传感器5、电容式压力传感器5片等。

实施例5

基于实施例1，为了进一步提升固定爪与金属制件表面之间吸附固定的稳定性，进行了如下改进：所述电磁铁4的端部设置有用于缓冲和防滑的橡胶层3，该橡胶层3厚度优选为1～2mm，其贴合与电磁铁4的端部，以代替电磁铁4与金属制件表面直接接触，然后利用橡胶自身所具备的缓冲性能以及高摩擦系数的特点，减少阻尼臂6与金属制件表面滑脱的可能性。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。