專利名稱：焊接機(jī)器人用機(jī)械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械手焊接領(lǐng)域，具體屬于焊接機(jī)器人用機(jī)械手。
背景技術(shù)：
采用機(jī)械手焊接是焊接自動(dòng)化的革命性進(jìn)步，它突破了傳統(tǒng)的焊接剛性自動(dòng)化方式，開拓了一種柔性自動(dòng)化新方式，使小批量產(chǎn)品的自動(dòng)化焊接生產(chǎn)成為可能。就目前的示教再現(xiàn)型焊接機(jī)械手而言，焊接機(jī)械手完成一項(xiàng)焊接任務(wù)，只需人給它做一次示教，它即可精確地再現(xiàn)示教的每一步操作，如要機(jī)械手去做另一項(xiàng)工作，無須改變?nèi)魏斡布?，只要?duì)它再做一次示教即可。因此，在一條焊接機(jī)械手生產(chǎn)線上，可同時(shí)自動(dòng)生產(chǎn)若干種焊件。焊接機(jī)械手的主要優(yōu)點(diǎn)如下:
1)易于實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提高，保證其均一性；
2)提高生產(chǎn)率，一天可24h連續(xù)生產(chǎn)；
3)改善工人勞動(dòng)條件，可在有害環(huán)境下長(zhǎng)期工作:
4)降低對(duì)工人操作技術(shù)難度的要求；
5)縮短產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資；
6)可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品焊接自動(dòng)化；
7)為焊接柔性生產(chǎn)線提供技術(shù)基礎(chǔ)?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的焊接機(jī)械手都屬于第一代六軸工業(yè)機(jī)械手，它的基本工作原理是示教再現(xiàn)。示教也稱導(dǎo)引，即由用戶導(dǎo)引機(jī)械手，一步步按實(shí)際任務(wù)操作一遍，機(jī)械手在導(dǎo)引過程中自動(dòng)記憶示教的每個(gè)動(dòng)作的位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、工藝參數(shù)等，并自動(dòng)生成一個(gè)連續(xù)執(zhí)行全部操作的程序。完成示教后，只需給機(jī)械手一個(gè)啟動(dòng)命令，機(jī)械手將精確地按示教動(dòng)作，一步步完成全部操作。這就是示教與再現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)上述功能的主要工作原理，簡(jiǎn)述如下:
(I)機(jī)械手的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一臺(tái)通用的工業(yè)機(jī)械手，按其功能劃分，一般由3個(gè)相互關(guān)連的部分組成:機(jī)械手總成、控制器、示教系統(tǒng)。機(jī)械手總成是機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它由驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)械手臂、關(guān)節(jié)、末端操作器、以及內(nèi)部傳感器等組成。它的任務(wù)是精確地保證末端操作器所要求的位置，姿態(tài)和實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)。控制器是機(jī)械手的神經(jīng)中樞。它由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和一些專用電路構(gòu)成，其軟件包括控制器系統(tǒng)軟件、機(jī)械手專用語言、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)軟件、機(jī)械手控制軟件、機(jī)械手自診斷、白保護(hù)功能軟件等，它處理機(jī)械手工作過程中的全部信息和控制其全部動(dòng)作。示教系統(tǒng)是機(jī)械手與人的交互接口，在示教過程中它將控制機(jī)械手的全部動(dòng)作，并將其全部信息送入控制器的存儲(chǔ)器中，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)專用的智能終端。(2)機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)械手的機(jī)械臂是由數(shù)個(gè)剛性桿體由旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的關(guān)節(jié)串連而成，是一個(gè)開環(huán)關(guān)節(jié)鏈，開鏈的一端固接在基座上，另一端是自由的，安裝著末端操作器(如焊槍)，在機(jī)械手操作時(shí)，機(jī)械手手臂前端的末端操作器必須與被加工工件處于相適應(yīng)的位置和姿態(tài)，而這些位置和姿態(tài)是由若干個(gè)臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)所合成的。但是這種模式的焊接機(jī)械手缺點(diǎn)也很明顯。目前市場(chǎng)上的焊接機(jī)械手基本上都是以六軸的通用機(jī)械手為主；這六個(gè)軸中，底下三個(gè)軸空間定位，上面三個(gè)軸進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。運(yùn)動(dòng)的正解和反解都使用李氏矩陣，每點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算量都非常大。因此，機(jī)械手的控制對(duì)計(jì)算機(jī)硬件和軟件的質(zhì)量要求非常高。存在的主要問題是價(jià)格高，維護(hù)困難，容易損壞。而且不是每種焊接都適合選用這個(gè)機(jī)型。比如平面焊接和弧面焊接他都非常不合適。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種焊接機(jī)器人用機(jī)械手，在不含凹曲面的工件上焊接，使用SCARA型機(jī)械手，軸數(shù)減少兩個(gè)，成本降低，控制算法簡(jiǎn)單，運(yùn)算快，機(jī)械手移動(dòng)迅速，工
作效率高。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
焊接機(jī)器人用機(jī)械手，包括有底座，底座底端安裝有移動(dòng)滾輪，底座上固定連接有豎軸，豎軸頂端轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于大搖臂上，大搖臂的外端部鉸接有小搖臂，小搖臂的外端部轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有立軸，立軸外套裝有外套軸，立軸的下端鉸接有焊槍架，焊槍架上固定安裝有焊槍頭，立軸外設(shè)置有發(fā)條彈簧平衡機(jī)構(gòu)，發(fā)條彈簧平衡機(jī)構(gòu)內(nèi)引出的鋼絲另一端固定于立軸的下端。所述的底座拐角處安裝有調(diào)平支座。本發(fā)明平面關(guān)節(jié)式機(jī)械手的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是上下運(yùn)動(dòng)由直線運(yùn)動(dòng)構(gòu)成，其他運(yùn)動(dòng)均由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)在垂直方向剛度大，水平方向又十分靈活，較適合平面焊接和凸曲面焊接作業(yè)，又稱為SCARA型機(jī)械手，我們選擇這個(gè)形式就是基于上述的優(yōu)點(diǎn)。SCARA型機(jī)械手的具體結(jié)構(gòu)多種多樣，但都是由常用的機(jī)構(gòu)組合而成。每個(gè)關(guān)節(jié)都由一臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手是采用齒輪減速、桿傳動(dòng)，但不同廠家采用的機(jī)構(gòu)不盡相同，本機(jī)型采用諧波減速器。其技術(shù)關(guān)鍵是要保證傳動(dòng)雙向無間隙(即正反傳動(dòng)均無間隙)，這是機(jī)械手精度的機(jī)械保證，當(dāng)然還要求效率高，機(jī)構(gòu)緊湊。本發(fā)明焊接機(jī)械手采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用交流伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有直流伺服系統(tǒng)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而且取消了換相炭刷，不需要定期更換碳刷，大大延長(zhǎng)了機(jī)械手的維修周期。工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)器布置都采用一個(gè)關(guān)節(jié)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的基本組成為:電源、功率放大板、伺服控制板、電機(jī)、測(cè)角器、測(cè)速器和制動(dòng)器。它的功能不僅能提供足夠的功率驅(qū)動(dòng)機(jī)械手各關(guān)節(jié)，而且要實(shí)現(xiàn)快速而頻繁起停，精確地到位和運(yùn)動(dòng)。因此必須采用位置閉環(huán)、速度閉環(huán)、加速度閉環(huán)。為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)和電路，還要有電流閉環(huán)。為適應(yīng)機(jī)械手的頻繁起停和高的動(dòng)態(tài)品質(zhì)要求，一般都采用低慣量電動(dòng)機(jī)，因此，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)要求很高的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述3個(gè)運(yùn)動(dòng)閉環(huán)，在機(jī)械手驅(qū)動(dòng)器中都裝有高精度測(cè)角、測(cè)速傳感器。測(cè)速傳感器一般都采用測(cè)速發(fā)電機(jī)，測(cè)角傳感器一般都采用精密電位計(jì)或光電碼盤，尤其是光電碼盤。光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸安裝，在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶有細(xì)分刻槽的碼盤同速旋轉(zhuǎn)，固定光源射向光電管的光束則時(shí)通時(shí)斷，因而輸出電脈沖。實(shí)際的碼盤是輸出兩路脈沖，由于在碼盤內(nèi)布置了兩對(duì)光電管，它們之間有一定角度差，因此兩路脈沖也有固定的相位差，電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)，其輸出脈沖的相位差不同，從而可判斷電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。機(jī)器個(gè)以上脈沖。機(jī)械手控制器是機(jī)械手的核心部件，它實(shí)施機(jī)械手的全部信息處理和對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制。工業(yè)機(jī)械手控制器大多采用二級(jí)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，虛線框內(nèi)為第一級(jí)計(jì)算機(jī)，它的任務(wù)是規(guī)劃和管理。機(jī)械手在示教狀態(tài)時(shí)，接受示教系統(tǒng)送來的各示教點(diǎn)位置和姿態(tài)信息、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和工藝參數(shù)，并通過計(jì)算把各點(diǎn)的示教(關(guān)節(jié))坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)值，存入計(jì)算機(jī)內(nèi)存。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見附圖，焊接機(jī)器人用機(jī)械手，包括有底座1，底座I拐角處安裝有調(diào)平支座11，底座I底端安裝有移動(dòng)滾輪2，底座I上固定連接有豎軸3，豎軸3頂端轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于大搖臂4上，大搖臂4的外端部鉸接有小搖臂5，小搖臂5的外端部轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有立軸6，立軸6外套裝有外套軸7，立軸6的下端鉸接有焊槍架8，焊槍架8上固定安裝有焊槍頭9，立軸3外設(shè)置有發(fā)條彈簧平衡機(jī)構(gòu)10，發(fā)條彈簧平衡機(jī)構(gòu)10內(nèi)引出的鋼絲另一端固定于立軸的下端。
權(quán)利要求
1.焊接機(jī)器人用機(jī)械手，包括有底座，底座底端安裝有移動(dòng)滾輪，其特征在于:底座上固定連接有豎軸，豎軸頂端轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于大搖臂上，大搖臂的外端部鉸接有小搖臂，小搖臂的外端部轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有立軸，立軸外套裝有外套軸，立軸的下端鉸接有焊槍架，焊槍架上固定安裝有焊槍頭，立軸外設(shè)置有發(fā)條彈簧平衡機(jī)構(gòu)，發(fā)條彈簧平衡機(jī)構(gòu)內(nèi)引出的鋼絲另一端固定于立軸的下端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接機(jī)器人用機(jī)械手，其特征在于:所述的底座拐角處安裝有調(diào)平支座。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種焊接機(jī)器人用機(jī)械手，包括有底座，底座底端安裝有移動(dòng)滾輪，底座上固定連接有豎軸，豎軸頂端轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于大搖臂上，大搖臂的外端部鉸接有小搖臂，小搖臂的外端部轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有立軸，立軸外套裝有外套軸，立軸的下端鉸接有焊槍架，焊槍架上固定安裝有焊槍頭，立軸外設(shè)置有發(fā)條彈簧平衡機(jī)構(gòu)，發(fā)條彈簧平衡機(jī)構(gòu)內(nèi)引出的鋼絲另一端固定于立軸的下端。本發(fā)明在不含凹曲面的工件上焊接，使用SCARA型機(jī)械手，軸數(shù)減少兩個(gè)，成本降低，控制算法簡(jiǎn)單，運(yùn)算快，機(jī)械手移動(dòng)迅速，工作效率高。
文檔編號(hào)B25J13/08GK103100810SQ20121050864
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者章功國(guó), 謝勇 申請(qǐng)人:馬鞍山市恒毅機(jī)械制造有限公司