一种并联型四自由度相贯线焊接机器人制造技术

一种并联型四自由度相贯线焊接机器人针对管道插接的相贯线焊缝工况而设计，属于机器人技术领域。该机器人包括机架、位置调整机构、姿态调整机构。四个自由度由四个步进电机来驱动，由齿轮传递实现旋转自由度，由三根丝杠来实现差速升降以达到升降自由度、俯仰自由度和偏转自由度。三个升降运动与旋转运动之间分别通过三个双向推力轴承解耦，升降的同时也能旋转，独立控制，控制简单。另外由于四个步进电机是安装在机架上的，工作时相对于世界坐标系是固定不动的，避免了因旋转产生的导线缠绕。本机器人系统具有柔性化、可移动和较好的经济性能。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机器人
，涉及用于管道插接的相贯线焊接的机器人。
技术介绍
在现代焊接生产中，插管焊接是化工和锅炉等行业中非常普遍的一种连接形式。 一般工厂仍由手工焊接完成，制造周期长，劳动强度大，生产效率低焊接质量难以保持稳定。在大型压力容器和管道工程应用中，相贯线焊缝是十分常用的典型焊缝形式。这种空间曲线焊缝焊接劳动强度大、焊接质量不易保证，因此越来越多地采用机器人进行焊接。在焊接过程中焊枪的位姿是影响焊接质量的重要因素，因而也是机器人控制的一个重要部分。在焊接生产中采用机器人技术，可以提高生产率、改善劳动条件、稳定和保证焊接质量、实现相贯线焊缝的自动化焊接。根据相贯线的形状可知，要完成相贯线焊缝的焊接，焊枪的运动需要四个运动的合成以支管轴线为中心的圆周运动，沿支管轴线的升降运动，以及焊枪的俯仰与偏转。因此机构需要四个自由度，目前，现有的焊接机器人大多采用关节式机器人。这类焊接机器人要完成焊接任务，必须所有关节联动，采用的是串联机构。而各个部件的联动，对于焊接机器人在焊接过程的控制来说，既不直观，也不方便。
技术实现思路
本技术的目的在于针对管道插接相贯线焊缝的上述工况，提供了一种能够实现焊枪的位置和姿态调整，同时位置和姿态独立控制的新型的、开放式的四自由度圆柱坐标并联型焊接机器人。为实现上述目的，本技术采用了如下方案设计一种并联型四自由度相贯线焊接机器人，由可固定在工件上的机架、安装在机架内的位置调整机构，安装在位置调整机构上的姿态调整机构组成，其中所述位置调整机构包括旋转机构和升降机构，所述旋转机构包括以机架的中心轴为中心旋转的旋转筒、设在旋转筒内部内齿轮、与内齿轮啮合并安装在机架上的电机I，所述升降机构包括平行于机架的中心轴的丝杠、带动该丝杠转动并安装在机架上的电机II、 与该丝杠配合的丝杠螺母、安装在该丝杠螺母上的可在所述旋转筒内上下移动的升降盘、 固定在该升降盘上的同步带轴架；所述姿态调整机构包括两根平行于机架的中心轴的丝杠、带动该两根丝杠转动的并安装在机架上的电机III和电机IV、与该两根丝杠配合的两个丝杠螺母、安装在该两个丝杠螺母上的可在所述旋转筒内上下移动的两个升降盘、该两个升降盘分别带动的两根同步带、该两根同步带带动的一个能够实现俯仰与偏转的差动装置；所述两根同步带安装在所述同步带轴架上。所述三个升降盘外分别装有双向推力轴承，且轴承的上下圈连接到所述旋转筒上可随着旋转筒同时旋转。所述的机架包括丝盘轴、丝盘安装板、丝盘安装垫、电机安装盘、连接杆、上固定盘、光杆、下固定盘、机座，其中电机安装盘、上固定盘、下固定盘为三个同轴的圆盘，电机安装盘上有四个以安装盘的圆心为中心均布的电机安装孔，各电机安装孔旁边各有一个从动带轮轴安装孔，其中三个从动带轮轴安装孔在上、下固定盘相同的位置上各有对应的三个丝杠安装孔；电机安装盘与上固定盘同轴且通过四根均布的连接杆连接；上固定盘与下固定盘同轴且通过四根均布的光杆连接；下固定盘与机座通过螺栓连接，机座与工件锚固； 电机安装盘上安装有两个丝盘安装垫，丝盘安装垫上架装丝盘安装板，丝盘轴安装在丝盘安装板上。所述旋转机构包括电机I、从动同步带轮轴I、同步带I、小齿轮、内齿轮、可套住上固定盘的旋转筒上部、盖在旋转筒上部上面的顶部轴承盖、顶部推力轴承、旋转筒支撑板、 旋转筒下部，其中电机I和从动同步带轮轴I分别安装在电机安装盘的一个电机安装孔和其旁边的从动带轮轴安装孔内，同步带I装在电机I和从动同步带轮轴I上，位于电机安装盘上侧，从动同步带轮轴I的另一端安装有小齿轮，小齿轮位于上固定盘下侧，与内齿轮啮合，内齿轮安装在旋转筒上部的顶端，旋转筒上部的上方与顶部轴承盖连接，通过顶部推力轴承安装在上固定盘上；旋转筒上部的外壁通过四个旋转筒支撑板与旋转筒下部连接，旋转筒下部用轴承安装在机座上。所述升降机构包括电机II、从动同步带轮轴II、同步带II、丝杠I、丝杠螺母I、升降盘I、双向推力轴承I、光杆、衬套、推力轴承盖I、推力轴承套I、连接杆、滑块安装板、滑块 I、导轨、升降板I、升降板II，其中电机II和从动同步带轮轴II分别安装在电机安装盘的一个电机安装孔和其旁边的从动带轮轴安装孔内，同步带II装在电机II和从动同步带轮轴II上，位于电机安装盘上侧，轴的另一端用刚性轴套与丝杠I连接，丝杠两端分别安装在上、下固定盘的丝杠安装孔中，丝杠I上装有丝杠螺母I ；升降盘I上开有三个孔孔IA、孔 IB、孔IC，此三个孔与上、下固定盘的丝杠安装孔同轴，其中孔IA用来安装丝杠螺母I，孔 IB、孔IC为过孔；此外，升降盘I上还有四个以升降盘圆心为中心均布的孔，其位置分别与四根光杆同轴，其中两个孔装有衬套，衬套与光杆配合，另两个孔为过孔；升降盘I外装有双向推力轴承I，与中圈配合，轴承外安装推力轴承套I、推力轴承盖I，轴承盖压在轴承的上圈和轴承套的上端，轴承套与轴承的上下圈配合，并通过两根连接杆分别与滑块I上的两个滑块安装板连接，滑块I可沿着安装在一个旋转筒支撑板上的导轨上下滑动；滑块安装板上分别装有两个升降板I、升降板II。所述的姿态调整机构包括电机III、电机IV、从动同步带轮轴III、从动同步带轮轴IV、同步带III、同步带IV、丝杠II、丝杠III、丝杠螺母11、丝杠螺母III、升降盘II、升降盘III、双向推力轴承II、双向推力轴承III、光杆、衬套、推力轴承盖II、推力轴承盖III、 推力轴承套II、推力轴承套III、连接杆II、连接杆III、滑块安装板II、滑块安装板III、滑块II、滑块III、同步带、支板、夹块I、夹块II、手腕机构、焊枪架，其中电机III和从动同步带轮轴III分别安装在电机安装盘的一个电机安装孔和其旁边的从动带轮轴安装孔内，同步带III装在电机III和从动同步带轮轴III上，位于电机安装盘上侧；电机IV和从动同步带轮轴IV分别安装在电机安装盘的一个电机安装孔和其旁边的从动带轮轴安装孔内， 同步带IV装在电机IV和从动同步带轮轴IV上，位于电机安装盘上侧；从动同步带轮轴III 和从动同步带轮轴IV的另一端分别用刚性轴套与丝杠II、丝杠III连接，各丝杠两端分别安装在上、下固定盘另外两个丝杠安装孔中；升降盘II和升降盘III的结构与升降盘I 一样，在对应位置同样分别有孔11八、孔IIB、孔IIC和孔IIIA、孔ΙΙΙΒ、孔IIIC，安装时与升降盘I同轴，升降盘II位于升降盘I的上方，升降盘III位于升降盘I的下方，升降盘II上的孔IIB安装丝杠螺母II，与丝杠II配合，其余两个孔为过孔，可让丝杠I和丝杠III通过，升降盘III上的孔IIIC安装丝杠螺母III，与丝杠III配合，其余两个孔也是过孔，可让丝杠I和丝杠II通过；其余零件双向推力轴承II、双向推力轴承III、光杆、衬套、推力轴承盖II、推力轴承盖III、推力轴承套II、推力轴承套III、连接杆II、连接杆III、滑块安装板11、滑块安装板III、滑块II、滑块III的结构和安装方式与升降机构的对应部分一样；滑块安装板II上装有支板，支板另一端装有夹块I，滑块安装板III上装有夹块II ；夹块I和夹块II分别夹在左右各一条同步带上，两条同步带的同步带轮装在升降板I和升降板II上； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种并联型四自由度相贯线焊接机器人，由可固定在工件上的机架、安装在机架内的位置调整机构，安装在位置调整机构上的姿态调整机构组成，其特征在于：所述位置调整机构包括旋转机构和升降机构，所述旋转机构包括以机架的中心轴为中心旋转的旋转筒、设在旋转筒内部内齿轮、与内齿轮啮合并安装在机架上的电机Ｉ（２３），所述升降机构包括平行于机架的中心轴的丝杠、带动该丝杠转动并安装在机架上的电机ＩＩ（２８）、与该丝杠配合的丝杠螺母、安装在该丝杠螺母上的可在所述旋转筒内上下移动的升降盘、固定在该升降盘上的同步带轴架；所述姿态调整机构包括两根平行于机架的中心轴的丝杠、带动该两根丝杠转动的并安装在机架上的电机ＩＩＩ（１７）和电机ＩＶ（２６）、与该两根丝杠配合的两个丝杠螺母、安装在该两个丝杠螺母上的可在所述旋转筒内上下移动的两个升降盘、该两个升降盘分别带动的两根同步带、该两根同步带带动的一个能够实现俯仰与偏转的差动装置；所述两根同步带安装在所述同步带轴架上；所述三个升降盘外分别装有双向推力轴承，且轴承的上下圈连接到所述旋转筒上可随着旋转筒同时旋转。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈树君，刘翼，于洋，涂志伟，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11