专利名称：一种空间八活动度焊接机器人机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业机器人领域，特别是一种空间八活动度焊接机器人机构。
技术背景
机器人广泛应用于工业生产的焊接、搬运、码垛、装配、切割等作业当中。其中已得到较好应用的机器人基本上都属于关节机器人，多为6个轴，通过1、2、3轴的联合动作将末端工具送到不同的空间位置，并辅以4、5、6轴的联动以满足工具姿态的不同要求。这种机器人本体机械结构主要有平行四边形结构和侧置式结构两种形式，因其具有较大工作空间和较为灵活的动作得到了广泛应用。但这类传统开链式串联机器人机构因其自身结构的限制，存在着机构笨重、刚性差、惯量大、关节误差累积等问题，动力学性能较差，难以满足日益严格的高速高精度作业要求。并联机器人机构是一种动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的闭环机构，具有结构紧凑、误差累计小、精度高、作业速度高、动态响应好等优点，但也存在工作空间较小、动作不够灵活等缺点。发明内容
本发明的目的在于提供一种空间八活动度焊接机器人机构，具有工作空间大、轨迹输出灵活、刚度大、稳定性强、累计误差小、精度高等优点，能有效解决传统开链式串联机器人手臂重量大、刚性差、惯量大、关节误差累积，以及并联机器人工作空间较小、动作不够灵活等的各自问题，适用于受到工装夹具、高温高压等危险作业的环境限制使得人工操作难度大等场合，可有效提高工作质量、效率，降低人工劳动强度。
本发明通过以下技术方案达到上述目的一种空间八活动度焊接机器人机构，包括二维转动大臂机构、三维转动小臂机构和末端执行平台机构。
所述二维转动大臂机构由机架、二维转动大臂、第一直线驱动器和第二直线驱动器组成，二维转动大臂通过第一虎克铰连接到机架上，第一直线驱动器一端通过第一球面副连接到机架上，另一端通过第二球面副连接到二维转动大臂上；第二直线驱动器一端通过第三球面副连接到机架上，另一端通过第四球面副连接到二维转动大臂上。第一直线驱动器和第二直线驱动器可各自单独驱动二维转动大臂实现一维转动输出，也可以并联方式驱动二维转动大臂实现相对机架的二维转动输出。
所述三维转动小臂机构由三维转动小臂、第三直线驱动器、第四直线驱动器和第五直线驱动器组成，三维转动小臂通过第五球面副连接到二维转动大臂上，第三直线驱动器一端通过第六球面副连接到二维转动大臂上，另一端通过第七球面副连接到三维转动小臂上，第四直线驱动器一端通过第八球面副连接到二维转动大臂上，另一端通过第九球面副连接到三维转动小臂上；第五直线驱动器一端通过第十球面副连接到二维转动大臂上， 另一端通过第十一球面副连接到三维转动小臂上。第三直线驱动器、第四直线驱动器、第五直线驱动器可各自单独驱动三维转动小臂实现一维转动输出，也可以并联方式驱动三维转动小臂实现相对二维转动大臂的三维转动输出。
所述末端执行平台机构由末端执行平台、第六直线驱动器、第七直线驱动器和第八直线驱动器组成，末端执行平台通过第十二球面副连接到三维转动小臂上，第六直线驱动器一端通过第十三球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第十四球面副连接到末端执行平台上，第七直线驱动器一端通过第十五球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第十六球面副连接到末端执行平台上；第八直线驱动器一端通过第十七球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第十八球面副连接到末端执行平台上。第六直线驱动器、第七直线驱动器和第八直线驱动器可各自单独驱动末端执行平台实现一维转动输出，也可以并联方式驱动末端执行平台实现相对三维转动小臂的三维转动输出。
本发明的突出优点在于
1、二维转动大臂、三维转动小臂、末端执行平台串联连接，连接处分别由两个直线驱动器、三个直线驱动器、三个直线驱动器并联驱动，实现机构大工作空间、灵活的轨迹输出，且整体结构简单紧凑、误差补偿好。
2、通过在末端执行平台上安装各种不同用途的末端执行器，本发明可应用到搬运、码垛、装配、切割等工业生产当中，也可应用于挖掘机等工程机械和仿生手臂、仿生腿等仿生机构等领域。
图1为本发明所述空间八活动度焊接机器人机构的结构示意图。
图2为本发明所述空间八活动度焊接机器人机构的二维转动大臂机构示意图。
图3为本发明所述空间八活动度焊接机器人机构的三维转动小臂机构示意图。
图4为本发明所述空间八活动度焊接机器人机构的末端执行平台机构示意图。
图5为本发明所述空间八活动度焊接机器人机构的第一种工作状态示意图。
图6为本发明所述空间八活动度焊接机器人机构的第二种工作状态示意图。
图7为本发明所述空间八活动度焊接机器人机构的第三种工作状态示意图。
图8为本发明所述空间八活动度焊接机器人机构的第四种工作状态示意图。
图9为本发明所述空间八活动度焊接机器人机构的第五种工作状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
对照图1、2、3和4，所述空间八活动度焊接机器人机构由二维转动大臂机构、三维转动小臂机构和末端执行平台机构组成。
对照图1、2，所述二维转动大臂机构由机架1、二维转动大臂6、第一直线驱动器4 和第二直线驱动器30组成，二维转动大臂6通过第一虎克铰2连接到机架1上，第一直线驱动器4 一端通过第一球面副3连接到机架1上，另一端通过第二球面副5连接到二维转动大臂6上，第二直线驱动器30 —端通过第三球面副31连接到机架1上，另一端通过第四球面副四连接到二维转动大臂6上。第一直线驱动器4和第二直线驱动器30可各自单独驱动二维转动大臂6实现一维转动输出，也可以并联方式驱动二维转动大臂6实现相对机架1的二维转动输出。
对照图1、3，所述三维转动小臂机构由三维转动小臂11、第三直线驱动器9、第四直线驱动器沈和第五直线驱动器27组成，三维转动小臂11通过第五球面副12连接到二维转动大臂6上，第三直线驱动器9 一端通过第六球面副8连接到二维转动大臂6上，另一端通过第七球面副10连接到三维转动小臂11上，第四直线驱动器沈一端通过第八球面副 28连接到二维转动大臂6上，另一端通过第九球面副25连接到三维转动小臂11上，第五直线驱动器27 —端通过第十球面副7连接到二维转动大臂6上，另一端通过第十一球面副13 连接到三维转动小臂11上。第三直线驱动器9、第四直线驱动器沈、第五直线驱动器27可各自单独驱动三维转动小臂11实现一维转动输出，也可以并联方式驱动三维转动小臂11 实现相对二维转动大臂6的三维转动输出。
对照图1、4，所述末端执行平台机构由末端执行平台17、第六直线驱动器15、第七直线驱动器22和第八直线驱动器20组成，末端执行平台17通过第十二球面副19连接到三维转动小臂11上，第六直线驱动15器一端通过第十三球面副14连接到三维转动小臂11 上，另一端通过第十四球面副16连接到末端执行平台17上，第七直线驱动器22 —端通过第十五球面副M连接到三维转动小臂11上，另一端通过第十六球面副21连接到末端执行平台17上，第八直线驱动器20 —端通过第十七球面副23连接到三维转动小臂11上，另一端通过第十八球面副18连接到末端执行平台17上。第六直线驱动器15、第七直线驱动器 22和第八直线驱动器20可各自单独驱动末端执行平台17实现一维转动输出，也可以并联方式驱动末端执行平台17实现相对三维转动小臂11的三维转动输出。
对照图5、6、7、8和9，所述空间八活动度焊接机器人机构通过每个关节处共八个直线驱动器并联驱动，实现机构末端各种灵活多变位置和姿态输出的示意图。
权利要求
1. 一种空间八活动度焊接机器人机构，包括二维转动大臂机构、三维转动小臂机构和末端执行平台机构，其结构和连接方式为所述二维转动大臂机构由机架、二维转动大臂、第一直线驱动器和第二直线驱动器组成，二维转动大臂通过第一虎克铰连接到机架上，第一直线驱动器一端通过第一球面副连接到机架上，另一端通过第二球面副连接到二维转动大臂上，第二直线驱动器一端通过第三球面副连接到机架上，另一端通过第四球面副连接到二维转动大臂上，所述三维转动小臂机构由三维转动小臂、第三直线驱动器、第四直线驱动器和第五直线驱动器组成，三维转动小臂通过第五球面副连接到二维转动大臂上，第三直线驱动器一端通过第六球面副连接到二维转动大臂上，另一端通过第七球面副连接到三维转动小臂上，第四直线驱动器一端通过第八球面副连接到二维转动大臂上，另一端通过第九球面副连接到三维转动小臂上，第五直线驱动器一端通过第十球面副连接到二维转动大臂上，另一端通过第十一球面副连接到三维转动小臂上，所述末端执行平台机构由末端执行平台、第六直线驱动器、第七直线驱动器和第八直线驱动器组成，末端执行平台通过第十二球面副连接到三维转动小臂上，第六直线驱动器一端通过第十三球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第十四球面副连接到末端执行平台上，第七直线驱动器一端通过第十五球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第十六球面副连接到末端执行平台上，第八直线驱动器一端通过第十七球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第十八球面副连接到末端执行平台上。
全文摘要
一种空间八活动度焊接机器人机构，包括二维转动大臂机构、三维转动小臂机构和末端执行平台机构，上述三个部分串联连接，连接处分别由两个直线驱动器、三个直线驱动器、三个直线驱动器并联驱动，实现机构大工作空间、灵活的轨迹输出，且整体结构简单紧凑、误差补偿好。末端执行平台用于安装焊枪或焊钳等设备。本发明可应用到搬运、码垛、装配、切割等工业生产当中，也可应用于挖掘机等工程机械和仿生手臂、仿生腿等仿生机构等领域。
文档编号B23K37/00GK102514001SQ201110445319
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者张 林, 张金玲, 李小清, 潘宇晨, 王建亮, 王红州, 蔡敢为, 邓培, 黄院星 申请人:广西大学