[发明专利]一种六自由度混联焊接机器人机构

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，具体是一种六自由度混联焊接机器人机构。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。中国到2014年将成为全球最大的工业机器人消费国，专家表示，2011年，中国工业机器人销售量同比增长51%，未来3年中国工业机器人市场复合增速可达30%，中国或成为全球最大的机器人需求市场。由于现代计算机技术的迅速发展，多轴运动控制技术不断成熟，工业机器人的成本逐渐降低，目前已进入爆发式增长阶段。而焊接机器人作为工业机器人的一种，占据较大的比重。国际上的焊接机器人基本属于关节式机器人，绝大部分有六个轴，其中三个轴将执行末端安装工具送至空间可达位置，而另外的三个轴实现执行末端焊接工具的空间姿态调整。传统的关节式焊接机器人都将电机安装在关节处，使得机械手臂显得笨重，存在转动惯量大、刚度差以及累积误差大等不足。机构的动力学性能较差，难以满足日益高速高精度要求。串联机构在机构设计方面具有较好的运动学性能，而动力学性能较低；和串联机器人相比较，并联机构具有无累积误差，精度较高，驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好，结构紧凑，刚度高，承载能力大，根据这些特点，并联机器人可以应用于高承载能力的场合，但由于并联机器人受结构限制，工作空间往往很小，一般用于驾驶模拟平台、雷达天线底座、数控车床等领域，较难应用于焊接机器人等对工作空间要求大的领域。而且，现有机器人腰关节既支撑整个机器人的重量，又承受整个机器人运动所带来的冲击，故障率较高，可靠性差，无故障运行时间短，而且较易造成较大的关节误差，对机器人的精度影响较大，由于这诸多缺点，现有机器人结构很难兼顾作业灵活性及高精度的特性，很难满足大工作空间、高精度、高可靠性的作业要求，成为大型机器人设计制造的一个瓶颈。所以怎样在保证机器人作业灵活性、高精度、高可靠性的前提下，满足大型机器人结构要求，成为了许多学者和机构探讨的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术存在的问题，提供一种混联机构的焊接机器人机构，综合串联机构和并联机构各自的优点，既在保证机器人作业灵活性、高精度、高可靠性，充分发挥串并联机构的优点的前提下，尽可能的将电机安置于机座上或将电机合理布置在整周转动轴附近，即尽可能的减小电机的转动随动半径，大幅提高机器人肩关节的可靠性，降低维护成本，实现机器人较好的动力学性能。

本发明通过以下技术方案实现以上目的：

一种六自由度混联焊接机器人机构，包括腰部回转机构、肩摆动机构、肘回转机构、前臂扭转机构、腕回转机构、焊枪卡座回转机构、机座及回转平台；

所述的腰部回转机构通过转动平台由第一转动副安装在机座上，第一转动副由第一伺服电机驱动；

所述肩摆动机构包括转动平台、第一主动杆、第一连杆和第二连杆，转动平台与第一主动杆由第二转动副连接，第一主动杆与第一连杆由第三转动副连接，第一连杆与第二连杆由第四转动副连接，第二连杆与转动平台由第五转动副连接，第一主动杆由第二伺服电机驱动；

所述肘回转机构包括第二主动杆、第三连杆和第四连杆，第二主动杆与第二连杆由第六转动副连接，第二主动杆与第三连杆由第七转动副连接，第三连杆与第四连杆由第八转动副连接，第四连杆与第二连杆由第九转动副连接；第二主动杆由第三伺服电机驱动；

所述前臂扭转机构、腕回转机构和焊枪座回转机构组成三维转动机构，前臂扭转机构由前臂与第四连杆通过第十转动副连接，由安装在第四连杆上的第四伺服电机驱动；腕回转机构由前臂与手腕通过第十一转动副连接，由安装在在前臂上的第五伺服电机驱动；焊枪卡座回转机构由手腕与焊枪卡座通过第十二转动副连接，由安装在手腕上的第六伺服电机驱动。

所述的第一转动副轴线垂直于机座，第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副、第七转动副、第八转动副和第九转动副轴线相互平行，其中第五转动副与第六转动副同轴，第十转动副与第九转动副轴线相互垂直，第十一转动副与第九转动副轴线相互垂直，第十二转动副与第十一转动副轴线相互垂直。

本发明通过腰部回转机构实现腰部整周转动；肩摆动机构和肘回转机构组成的两自由度的并联机构实现二维平动，分别由安装在转动平台上的电机驱动；由前臂扭转机构、腕回转机构和焊枪卡座回转机构相互连接的三个相互正交的旋转轴由三个电机分别独立驱动，实现了执行末端焊枪的三自由度姿态调整。与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：