[发明专利]一种可变换自由度杆式点焊机械手

说明书

技术领域

本发明涉及机械工程领域，特别涉及一种可变换自由度杆式点焊机械手。

背景技术

目前机械制造业中的点焊机械手大多数是为开链形式的串联结构关节型电机驱动机械手，其主要特点为驱动电机全部都安装在机械手的各个关节上，通过电机带动机械手各个关节的转动，实现机械手的各种动作，这种结构方式存在以下问题：机械手手臂需要承载电机的重量并需满足刚度要求，手臂截面尺寸需要做得较大，这样会增大驱动电机的负载，增加手臂的运动惯量，导致机械手动态性能下降，同时驱动电机都安装在关节位置造成机械手的累积误差大、承载能力小、结构复杂、模块化程度低。随着电机技术的发展和控制技术的提高，并联机构为机械手提供了广泛的发展空间。由于机构驱动电机的数量等于机械手机构的自由度是机械手成为具有确定运动机构的必要条件，要使机械手的驱动电机的数量等于机械手机构的自由度，就会造成机构的重量大、体积大和成本高。由于机械手的自由度多少决定了机械手运动的灵活程度，不能采用降低自由度的方法来降低机械手的重量、运动惯量、体积和成本，这样会造成性能的降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变换自由度杆式点焊机械手，使得可控驱动电机的数量小于机械手连杆机构的自由度，克服现有机械手需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点,简化结构的复杂程度，降低机构的重量、运动惯量、体积和成本。为实现上述目的，本发明提供了一种可变换自由度杆式点焊机械手，包括:可回转底座1、升降机构、俯仰机构、手腕连杆10、手腕14、焊枪15、驱动装置、第一可锁紧铰链以及第二可锁紧铰链；其中升降机构包括:主动杆3、升降杆9、第二连杆5、大臂7；主动杆3和升降杆9的一端分别通过铰链铰接于可回转底座1上，第二连杆5的一端与主动杆3的另一端铰接，大臂7设成弯曲状且大臂7的一端与第二连杆5的另一端铰接，升降杆9的另一端铰接于大臂7的中部，升降杆9与大臂7相铰接的铰链处设有第一可锁紧铰链8，用于对该铰链进行制动。俯仰机构包括:第三连杆6、俯仰杆13以及第四连杆11；第三连杆6的一端铰接于可回转底座1上，俯仰杆13的一端与第三连杆6的另一端铰接，第四连杆11的两端分别铰接于升降杆9和俯仰杆 13的中部；手腕连杆10的上部与升降杆9的另一端铰接，下部与俯仰杆13 的另一端铰接，第三连杆6与俯仰杆13相铰接的铰链处设有第二可锁紧铰链17，用于对该铰链进行制动，驱动装置为伺服电机，与主动杆3连接以驱动其转动。

附图说明

图1是根据本发明一种可变换自由度杆式点焊机械手结构示意图。

具体实施方式

本发明具体实施方式的一种可变换自由度杆式点焊机械手，包括:可回转底座1、升降机构、俯仰机构、手腕连杆10、手腕14、焊枪15、驱动装置、第一可锁紧铰链以及第二可锁紧铰链；升降机构包括:主动杆3、升降杆9、第二连杆5、大臂7；主动杆3和升降杆9的一端分别通过铰链铰接于可回转底座1上，第二连杆5的一端与主动杆3的另一端铰接，大臂7 设成弯曲状且大臂7的一端与第二连杆5的另一端铰接，升降杆9的另一端铰接于大臂7的中部，升降杆9与大臂7相铰接的铰链处设有第一可锁紧铰链8，用于对该铰链进行制动。俯仰机构包括:第三连杆6、俯仰杆13 以及第四连杆11；第三连杆6的一端铰接于可回转底座1上，俯仰杆13的一端与第三连杆6的另一端铰接，第四连杆11的两端分别铰接于升降杆9 和俯仰杆13的中部；手腕连杆10的上部与升降杆9的另一端铰接，下部与俯仰杆13的另一端铰接，第三连杆6与俯仰杆13相铰接的铰链处设有第二可锁紧铰链17，用于对该铰链进行制动。驱动装置为伺服电机，与主动杆3连接以驱动其转动。

机械手在作业中，手腕连杆10升降时，第一可锁紧铰链8对其锁紧，大臂7与升降杆9之间失去活动自由度，第二可锁紧铰链17打开使第三连杆6、俯仰杆13之间恢复自由度，在主动杆3的驱动下实现手腕连杆10 带动焊枪15的升降；手腕连杆10俯仰时，第一可锁紧铰链8打开，大臂7 与升降杆9之间恢复自由度，第二可锁紧铰链17锁紧，第三连杆6、俯仰杆13之间失去自由度，在主动杆3的驱动下实现手腕连杆10带动焊枪15 的俯仰；根据不同的作业工况，第一可锁紧铰链8和第二可锁紧铰链17分别选择紧锁或打开，共同完成机械手作业。第一可锁紧铰链8和第二可锁紧铰链17可采用电磁方式进行锁紧，控制容易实现。

本发明使得可控驱动电机的数量小于机械手连杆机构的自由度，克服现有机械手需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点,简化结构的复杂程度，降低机构的重量、运动惯量、体积和成本，本发明的机械手将各连杆杆件做成轻杆，从而使得整个机构运动惯量小，动力学性能好，易于控制，通过设置回转平台，使机械手拥有360度的回转工作空间，工作空间范围大。