一種三自由度焊接機器人及其控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動焊接設備，具體涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)在空間直角坐標系X、Y、Z三個方向上的直線運動三自由度焊接機器人及其控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著科技的飛速發(fā)展，工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應用于各大企業(yè)一一在提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的同時，大大降低了人力成本。但是對于小型企業(yè)，甚至是家庭作坊來說，工業(yè)機器人以其高精度、通用性和昂貴的價格讓人望而卻步。專門應用于簡單平面內(nèi)焊接的三自由度焊接機器人應運而生，其不僅可以實現(xiàn)高低不同的平面直線焊縫的焊接，而且能夠通過兩個相互垂直的水平運動合成，實現(xiàn)平面內(nèi)任意曲線焊縫的焊接；另外其結構簡潔，控制方便靈活，而且其制造成本低，適合小型企業(yè)或家庭作坊在大量工件簡單焊接時使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足而提供一種三自由度焊接機器人及其控制系統(tǒng)，主要用來實現(xiàn)機器人在空間直角坐標系X、Y和Z三個方向上的直線運動。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種三自由度焊接機器人，包括行走機構、手臂、手臂升降機構，所述的行走機構由行走運動機構、行走驅(qū)動機構和機器人底座構成，所述的行走驅(qū)動機構安裝在機器人底座下底面，所述的行走運動機構包括行走軌道、軌道底座和軌道輪，所述的行走軌道鋪設在軌道底座上，軌道輪在行走軌道上行走，所述的軌道輪設置在機器人底座底面；
所述的手臂包括手臂底座、手臂運動機構和機器人手抓，所述的手臂底座為懸臂梁機構，手臂運動機構采用絲杠傳動，所述的手臂運動機構固設在手臂底座上，所述的機器人手抓豎直布置在手臂運動機構上，與手臂運動機構同步；
所述的手臂升降機構包括升降支撐機構、升降運動機構和配重機構，所述的升降支撐機構為L形結構，升降運動機構布置在升降支撐機構的側面，所述的手臂布置在升降支撐機構的一側，所述的配重機構布置在升降支撐機構的另一側，所述的升降支撐機構固定在機器人底座上。
[0005]基于以上所述，所述的行走驅(qū)動機構包括驅(qū)動電機、電機支架和齒輪、齒條，所述的驅(qū)動電機固定在電機支架上，所述的電機支架通過四根螺桿吊裝在機器人底座底面，所述的齒輪與驅(qū)動電機同軸連接，所述的齒條固定布置在齒輪的正下方，所述的齒輪與齒條嚙合。
[0006]基于以上所述，所述的升降運動機構由相互平行兩根方形直線導軌、一根絲杠和升降驅(qū)動電機構成，所述的絲杠布置在兩根方形直線導軌之間，所述的升降驅(qū)動電機固定在絲杠的下端，與絲杠同軸連接；所述的手臂底座通過滑動塊一、滑動塊二和滑動塊三分別在兩根導軌和絲杠上下移動。
[0007]基于以上所述，所述的升降支撐機構頂端設置有鋼索運動導輪，配重機構通過鋼索繞過鋼索運動導輪與手臂底座的外端部連接，同時又通過鋼索繞過鋼索運動導輪與手臂底座的另一端部連接。
[0008]基于以上所述，所述的L形結構的升降支撐機構內(nèi)設置有加強筋。
[0009]基于以上所述，所述的手臂底座上設置有方孔。
[0010]基于以上所述，所述的手臂運動機構由限位導軌、絲杠、手臂驅(qū)動電機構成，所述的纖維導軌與絲杠均水平布置在手臂底座上，所述的手臂驅(qū)動電機與絲杠同軸連接，所述的機器人手抓包括手抓固定機構、手抓緩沖機構和焊槍夾持部，所述的手抓固定機構通過滑塊四在限位導軌上滑動，同時又與絲杠同步套裝，所述的手抓緩沖機構由緩沖桿和緩沖彈簧構成，所述的緩沖彈簧套裝在緩沖桿上，所述的手抓固定機構通過緩沖桿與焊槍夾持部連接，所述的焊槍夾持部包括焊槍固定卡環(huán)、萬向球輪和焊槍握持部，所述的焊槍握持部為一倒置的T形結構，所述的焊槍固定卡環(huán)固定在焊槍握持部下端一側，所述的萬向球輪固定在焊槍握持部的下端面。
[0011]基于以上所述，所述的焊槍固定卡環(huán)通過一 T形連接件活動設置在焊槍握持部的下端，所述的焊槍固定卡環(huán)通過T性連接件轉動；
所述的焊槍握持部中心設置有與緩沖桿對應的臺階通孔，所述的緩沖桿穿過臺階通孔后與手抓固定機構。
[0012]一種三自由度焊接機器人的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括人機交互單元、中央控制單元、X、Y、Z軸控制系統(tǒng)，所述的Χ、Υ、Ζ軸控制系統(tǒng)均有軸控制單元、伺服驅(qū)動單元、步進電機和編碼器構成，所述的中央控制單元用以采集人機交互單元的控制指令，分析后向x、Y、z軸控制單元發(fā)出控制指令，并且接收X、Y、Z軸控制單元的反饋信號；
所述的X、Y、Z軸控制單元接收中央控制單元的控制指令，控制伺服驅(qū)動器驅(qū)動步進電機，驅(qū)動機器人做運動，同時編碼器將對應位置信息傳輸至X、Y、Z軸的控制單元，一個過程結果，X、Y、Z軸控制單元向中央控制單元發(fā)送反饋信號。
[0013]本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:
三自由度焊接機器人在X方向運動是機器人整機沿該方向上的長距離的行走運動，其對應的機械結構為機器人的行走機構；在Y方向的運動是機器人手臂攜帶焊槍，在手臂長度范圍內(nèi)的短距運動，其對應的機械結構為機器人的手臂；在Z方向的運動為機器人手臂的升降運動，其對應的機械結構為機器人手臂升降機構。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的整體的結構示意圖。
[0015]圖2為機器人手抓的結構示意圖。
[0016]圖3為運動控制系統(tǒng)框圖。
[0017]圖4為人機交互界面示意圖。
[0018]圖5為控制系統(tǒng)電路框圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合具體的實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0020]如圖1、2、3、4、5所示，一種三自由度焊接機器人，包括行走機構1、手臂2、手臂升降機構3，所述的行走機構I由行走運動機構4、行走驅(qū)動機構5和機器人底座6構成，所述的行走驅(qū)動機構5安裝在機器人底座6下底面，所述的行走運動機構4包括行走軌道7、軌道底座8和軌道輪9，所述的行走軌道7鋪設在軌道底座8上，軌道輪9在行走軌道7上行走，所述的軌道輪9設置在機器人底座6底面；
所述的手臂2包括手臂底座10、手臂運動機構11和機器人手抓12，所述的手臂底座10為懸臂梁機構，手臂運動機構11采用絲杠傳動，所述的手臂運動機構11固設在手臂底座10上，所述的機器人手抓12豎直布置在手臂運動機構11上，與手臂運動機構11同步；
所述的手臂升降機構3包括升降支撐機構13、升降運動機構14和配重機構15，所述的升降支撐機構13為L形結構，升降運動機構14布置在升降支撐機構13的側面，所述的手臂2布置在升降支撐機構13的一側，所述的配重機構15布置在升降支撐機構13的另一側，所述的升降支撐機構13固定在機器人底座6上。
[0021]基于以上所述，所述的行走驅(qū)動機構5包括驅(qū)動電機16、電機支架17和齒輪18、齒條19，所述的驅(qū)動電機16固定在電機支架17上，所述的電機支架17通過四根螺桿20吊裝在機器人底座6底面，所述的齒輪18與驅(qū)動電機16同軸連接，所述的齒條19固定布置在齒輪18的正下方，所述的齒輪18與齒條19嚙合。
[0022]基于以上所述，所述的升降運動機構14由相互平行兩根方形直線導軌21、一根絲杠22和升降驅(qū)動電機23構成，所述的絲杠22布置在兩根方形直線導軌21之間，所述的升降驅(qū)動電機23固定在絲杠22的下端，與絲杠22同軸連接；所述的手臂底座10通過滑動塊一 38、滑動塊二 39和滑動塊三40分別在兩根導軌21和絲杠22上下移動。
[0023]基于以上所述，所述的升降支撐機構13頂端設置有鋼索運動導輪24，配重機構15通過鋼索繞過鋼索運動導輪24與手臂底座10的外端部連接，同時又通過鋼索繞過鋼索運動導輪24與手臂底座10的另一端部連接。
[0024]基于以上所述，所述的L形結構的升降支撐機構13內(nèi)設置有加強筋25。
[0025]基于以上所述，所述的手臂底座10上設置有方孔26。
[0026]基于以上所述，所述的手臂運動機構11由限位導軌27、絲杠28、手臂驅(qū)動電機29構成，所述的限位導軌27與絲杠28均水平布置在手臂底座10上，所述的手臂驅(qū)動電機29與絲杠28同軸連接，所述的機器人手抓12包括手抓固定機構41、手抓緩沖機構30和焊槍夾持部31，所述的手抓固定機構41通過滑塊四32在限位導軌27上滑動，同時又與絲杠28同步套裝，所述的手抓緩沖機構30由緩沖桿32和緩沖彈簧33構成，所述的緩沖彈簧33套裝在緩沖桿32上，所述的手抓固定機構29通過緩沖桿32與焊槍夾持部31連接，所述的焊槍夾持部31包括焊槍固定卡環(huán)34、萬向球輪35和焊槍握持部36，所述的焊槍握持部36為一倒置的T形結構，所述的焊槍固定卡環(huán)34固定在焊槍握持部36下端一側，所述的萬向球輪35固定在焊槍握持部36的下端面。
[0027]如圖2所示，所述的焊槍固定卡環(huán)34通過一 T形連接件37活動設置在焊槍