握持部36的下端，所述的焊槍固定卡環(huán)34通過T性連接件37轉(zhuǎn)動；
所述的焊槍握持部36中心設(shè)置有與緩沖桿32對應(yīng)的臺階通孔，所述的緩沖桿32穿過臺階通孔后與手抓固定機(jī)構(gòu)29。
[0028]一種三自由度焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括人機(jī)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(jìn)電機(jī)和編碼器構(gòu)成，所述的中央控制單元用以采集人機(jī)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(jìn)電機(jī)，驅(qū)動機(jī)器人做運(yùn)動，同時編碼器將對應(yīng)位置信息傳輸至X、Y、Z軸的控制單元，一個過程結(jié)果，X、Y、Z軸控制單元向中央控制單元發(fā)送反饋信號。
[0029]以下具體為各部分設(shè)計的原理:
1、焊接機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計
焊接機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要用來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人X方向上的直線運(yùn)動，主要由行走運(yùn)動機(jī)構(gòu)、行走驅(qū)動機(jī)構(gòu)和機(jī)器人安裝底座三部分構(gòu)成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0030]焊接機(jī)器人行走運(yùn)動機(jī)構(gòu)由行走軌道、軌道底座和軌道輪構(gòu)成，其作用是為焊接機(jī)器人的長距離運(yùn)動提供所需的路徑，并限定機(jī)器人在該方向上運(yùn)動的直線精度，而且還為整個焊接機(jī)器人提供牢固的支撐底座。行走軌道可以采用圖1中的V形軌道，也可以根據(jù)需要選擇其他形式的軌道，但其外形需要與軌道輪相匹配，因軌道與軌道輪的配合方式，直接決定機(jī)器人在該方向運(yùn)動的直線精度。行走軌道安裝在預(yù)先鋪設(shè)好的軌道底座上，軌道輪則位于軌道之上，帶動整個機(jī)器人在該方向上運(yùn)動。
[0031]焊接機(jī)器人行走驅(qū)動機(jī)構(gòu)由驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)支架、齒輪齒條運(yùn)動副等構(gòu)成。驅(qū)動電機(jī)為焊接機(jī)器人在該方向上的運(yùn)動提供動力源，此處選擇閉環(huán)減速步進(jìn)電機(jī)。該步進(jìn)電機(jī)的輸出軸的一端與編碼器相連接，可以輸出相應(yīng)的位置信號，另一端與內(nèi)部集成變速箱相連接，輸出大的轉(zhuǎn)矩。
[0032]驅(qū)動電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩通過齒輪齒條運(yùn)動副傳遞到焊接機(jī)器人底座，帶動安裝于該底座的軌道輪運(yùn)動，從而帶動整個機(jī)器人沿軌道運(yùn)動。齒輪齒條運(yùn)動副不但可以避免機(jī)器人在該方向上的運(yùn)動出現(xiàn)蠕動現(xiàn)象，而且選擇合適的模數(shù)也可以提高機(jī)器人在該方向上的運(yùn)動定位精度。齒輪通過平鍵與閉環(huán)減速步進(jìn)電機(jī)輸出軸相連接，在齒輪兩側(cè)各安裝一個止推軸承，整個機(jī)構(gòu)則通過齒輪固定擋塊與電機(jī)安裝底座相固定。
[0033]焊接機(jī)器人行走驅(qū)動機(jī)構(gòu)則通過四個螺栓與焊接機(jī)器人底座相連接，在每個螺栓上可以套有一個運(yùn)動預(yù)緊彈簧，防止齒輪齒條運(yùn)動副由于安裝精度不高或者受到其他因素干擾，在運(yùn)動中不能正常嚙合?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)運(yùn)動預(yù)緊彈簧的伸縮長度，從而調(diào)節(jié)齒輪齒條嚙合的預(yù)緊力的大小。
[0034]焊接機(jī)器人底座為機(jī)器人相關(guān)部件提供穩(wěn)定安裝及工作平臺，其形狀及尺寸可以根據(jù)實(shí)際需要來確定。
[0035]2、焊接機(jī)器人手臂設(shè)計
焊接機(jī)器人手臂主要用來抓握焊槍，并且實(shí)現(xiàn)在Y方向上的直線運(yùn)動，其主要由機(jī)器人手臂底座、手臂運(yùn)動機(jī)構(gòu)和機(jī)器人手抓機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，如圖1所示。
[0036]機(jī)器人手臂底座為機(jī)器人手臂其他部件提供安裝固定的基礎(chǔ)，由于其采用懸臂梁的結(jié)構(gòu)形式，為了減輕其重量，在不影響其強(qiáng)度的情況下，在其懸臂上制作了許多減重孔，即方孔，如圖1中的方孔所示。
[0037]機(jī)器人手臂運(yùn)動機(jī)構(gòu)由運(yùn)動支撐限位導(dǎo)軌運(yùn)動機(jī)構(gòu)、絲杠傳動機(jī)構(gòu)和手臂驅(qū)動電機(jī)幾部分構(gòu)成，主要用來驅(qū)動機(jī)器人手臂沿著Y軸方向做直線運(yùn)動。導(dǎo)軌運(yùn)動機(jī)構(gòu)采用直線方形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，其包括方形直線導(dǎo)軌和導(dǎo)軌滑塊四兩部分，主要為機(jī)器人手臂提供運(yùn)動限位及傳遞手臂所承受的負(fù)載到手臂底座。絲杠傳動機(jī)構(gòu)主要用于傳遞手臂運(yùn)動驅(qū)動電機(jī)輸出的扭矩到機(jī)器人手臂，從而帶動手臂沿著導(dǎo)軌所限定的方向進(jìn)行運(yùn)動。手臂運(yùn)動驅(qū)動電機(jī)為手臂的運(yùn)動提供動力，由于機(jī)器人手臂負(fù)載較小，所以此處選擇閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)通過聯(lián)軸器與絲杠直接連接，驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動手臂沿著Y軸方向運(yùn)動。
[0038]機(jī)器人手抓機(jī)構(gòu)是用來抓握焊槍，并且攜帶焊槍沿著規(guī)定的焊縫運(yùn)動，其主要有手抓固定機(jī)構(gòu)、手抓緩沖機(jī)構(gòu)和焊槍握持部組成，如圖1所示。
[0039]手抓固定機(jī)構(gòu)主要用來將機(jī)器人手抓與導(dǎo)軌運(yùn)動機(jī)構(gòu)的滑塊和絲杠傳動機(jī)構(gòu)的絲杠螺母相連接，從而機(jī)器人手臂隨著絲杠的旋轉(zhuǎn)沿著導(dǎo)軌運(yùn)動。焊槍握持部的一端通過焊槍固定卡環(huán)來抓握焊槍，并且通過焊槍角度調(diào)整機(jī)構(gòu)(該調(diào)整機(jī)構(gòu)就是通過一個T形連接件來調(diào)整)來調(diào)整焊槍的焊接角度。焊槍握持部的另一端安裝了一個外向球輪，當(dāng)被焊接工件表面有輕微起伏時，帶動焊槍沿豎直方向上下運(yùn)動，防止起伏不平的工件表面對焊槍造成傷害。手抓緩沖機(jī)構(gòu)包括緩沖彈簧和緩沖連接桿，緩沖彈簧安裝與緩沖桿外側(cè)，如圖1所示。緩沖桿的一端采用螺紋連接緊固與手抓固定機(jī)構(gòu)上，另一端采用間隙配合與焊槍握持機(jī)構(gòu)連接，可以沿著其軸向在焊接握持機(jī)構(gòu)內(nèi)部移動；當(dāng)焊槍握持機(jī)構(gòu)的萬向球輪通過起伏不平的焊接平面時，將豎直方向上的上下運(yùn)動經(jīng)過手抓緩沖機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)換為緩沖彈簧的伸縮運(yùn)動，從而保證機(jī)器人手臂的其他部件在豎直方向上保持運(yùn)動狀態(tài)不變。機(jī)器人抓手詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0040]3、焊接機(jī)器人手臂升降機(jī)構(gòu)設(shè)計
焊接機(jī)器人手臂升降機(jī)構(gòu)用來安裝機(jī)器人手臂，并且實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂在Z軸方向上的直線運(yùn)動，其主要由升降支撐機(jī)構(gòu)、升降運(yùn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)和機(jī)器人手臂配重機(jī)構(gòu)等組成，如圖1所示，其中機(jī)器人手臂安裝于升降運(yùn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的絲杠螺母和導(dǎo)軌滑塊上，由該機(jī)構(gòu)帶動手臂沿Z軸做升降運(yùn)動。
[0041]升降支撐機(jī)構(gòu)為一帶加強(qiáng)筋的L形結(jié)構(gòu)件，為機(jī)器人手臂升降機(jī)構(gòu)的其他部件安裝固定的平臺，其沿Z軸的尺寸由機(jī)器人手臂在該方向上的升降運(yùn)動所需的直線長度來確定。
[0042]機(jī)器人手臂升降運(yùn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)由方形直線導(dǎo)軌運(yùn)動副、絲杠運(yùn)動副和升降驅(qū)動電機(jī)構(gòu)成。方形直線導(dǎo)軌運(yùn)動副用來限定機(jī)器人手臂升降運(yùn)動的方向，并將機(jī)器人手臂所承受的負(fù)載傳遞到升降支撐機(jī)構(gòu)上。絲杠運(yùn)動副用來傳遞由升降驅(qū)動電機(jī)所輸出的升降扭矩，并且?guī)訖C(jī)器人手臂做升降運(yùn)動。升降驅(qū)動電機(jī)為機(jī)器人手臂的升降運(yùn)動提供動力，因此處沿Z軸方向的力較小，所以選擇閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)，而且該電機(jī)安裝在機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)上。
[0043]機(jī)器人手臂配重機(jī)構(gòu)使得機(jī)器人手臂和配重塊在升降支撐機(jī)構(gòu)的兩側(cè)所產(chǎn)生的重力相同，從而升降驅(qū)動電機(jī)輸出較小的扭矩就可以驅(qū)動絲杠運(yùn)動副旋轉(zhuǎn)，從而帶動機(jī)器人手臂在Z軸方向是輕松的做直線運(yùn)動。另外，機(jī)器人手臂配重機(jī)構(gòu)也可以減小機(jī)器人手臂所在懸臂梁結(jié)構(gòu)的變形，其功能如圖1所示。
[0044]懸臂梁配重鋼索將懸臂梁懸垂一端與配重塊連接，用于減小懸臂梁在豎直方向的變形。兩根手臂配重鋼索將機(jī)器人手臂與配重塊連接，使得機(jī)器人手臂的重力通過手臂配重鋼索傳遞到升降支撐機(jī)構(gòu)，從而大大減小升降運(yùn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)所承受的負(fù)載大小。配重塊固定在配重鋼索的另一端，其重量與機(jī)器人手臂的重量相當(dāng)，主要起配重作用，結(jié)構(gòu)較為簡單，此處不再詳述。整個焊接機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0045]4、焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計
焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)用于準(zhǔn)確控制焊接機(jī)器人各電機(jī)的運(yùn)動，從而驅(qū)動機(jī)器人按照工作要求進(jìn)行運(yùn)動，其控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0046]5、人機(jī)交互單元設(shè)計
人機(jī)交互單元為操作人員提供控制焊接機(jī)器人運(yùn)動的人機(jī)接口，其功能包括:x軸手動正向運(yùn)行、X軸手動反向運(yùn)行、Y軸手動正向運(yùn)行、Y軸手動反向運(yùn)行、Z軸手動正向運(yùn)行、Z軸手動反向運(yùn)行、系統(tǒng)自動運(yùn)行、回系統(tǒng)原點(diǎn)和停止等。X、Y和Z軸的手動運(yùn)行功能用于單獨(dú)控制焊接機(jī)器人在各個坐標(biāo)軸下的正、反向運(yùn)動。系統(tǒng)自動運(yùn)行功能是焊接機(jī)器人的各軸在中央控制單元及各自控制器的控制下，按照規(guī)定的工作流程自動運(yùn)行?；叵到y(tǒng)原點(diǎn)功能是機(jī)器人在使用時，如果沒有在系統(tǒng)規(guī)定的初始位置，則可以通過該功能使得機(jī)器人快速的返回系統(tǒng)原點(diǎn)處。停止功能則是機(jī)器人無論在何種運(yùn)動狀態(tài)下，一旦操作人員觸發(fā)該功能，機(jī)器人立即停止，并保持當(dāng)前位置不變。根據(jù)焊接機(jī)器人的使用環(huán)境，此處采用工業(yè)生產(chǎn)中常用的觸摸屏來實(shí)現(xiàn)該功能。在觸摸屏的顯示窗口設(shè)計人機(jī)交互所需的各項功能，如圖4所示。
[0047]在圖4中，手動運(yùn)行控制區(qū)的按鍵為點(diǎn)動按鍵，當(dāng)按下某個按鍵時，焊接機(jī)器人相應(yīng)的軸按照要求勻速運(yùn)動，當(dāng)松開按鍵后，立即停止運(yùn)動?！跋到y(tǒng)自動運(yùn)行”按鍵是帶有軟件自鎖功能的按鍵，當(dāng)按下該按鍵后，系統(tǒng)自動運(yùn)行，直至工作完成或運(yùn)行條件不滿足的時候，系統(tǒng)便自動停止?！胺祷叵到y(tǒng)原點(diǎn)”按鍵也是帶有軟件自鎖功能的按鍵，當(dāng)按下該按鍵后，系統(tǒng)自動運(yùn)行返回原點(diǎn)操作，直至該任務(wù)完成為止?！巴Ｖ拱存I”則為點(diǎn)動按鍵，當(dāng)該按鍵按下，系統(tǒng)所有運(yùn)動均立即停止。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的時候，運(yùn)行指示燈點(diǎn)亮；而當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，報警指示燈點(diǎn)亮；當(dāng)系統(tǒng)不工作的時候，所有指示燈均熄滅。
[0048]5、央控制單元