專利名稱：焊接機器人用機械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機械手焊接領(lǐng)域，具體屬于焊接機器人用機械手。
背景技術(shù)：
采用機械手焊接是焊接自動化的革命性進步，它突破了傳統(tǒng)的焊接剛性自動化方式，開拓了一種柔性自動化新方式，使小批量產(chǎn)品的自動化焊接生產(chǎn)成為可能。就目前的示教再現(xiàn)型焊接機械手而言，焊接機械手完成一項焊接任務(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，如要機械手去做另一項工作，無須改變?nèi)魏斡布灰獙λ僮鲆淮问窘碳纯?。因此，在一條焊接機械手生產(chǎn)線上，可同時自動生產(chǎn)若干種焊件。焊接機械手的主要優(yōu)點如下:I)易于實現(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)改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下長期工作:4)降低對工人操作技術(shù)難度的要求；5)縮短產(chǎn)品改型換代的準備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資；6)可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品焊接自動化；7)為焊接柔性生產(chǎn)線提供技術(shù)基礎(chǔ)。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的焊接機械手都屬于第一代六軸工業(yè)機械手，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)引機械手，一步步按實際任務(wù)操作一遍，機械手在導(dǎo)引過程中自動記憶示教的每個動作的位置、姿態(tài)、運動參數(shù)、工藝參數(shù)等，并自動生成一個連續(xù)執(zhí)行全部操作的程序。完成示教后，只需給機械手一個啟動命令，機械手將精確地按示教動作，一步步完成全部操作。這就是示教與再現(xiàn)。實現(xiàn)上述功能的主要工作原理，簡述如下:(I)機械手的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一臺通用的工業(yè)機械手，按其功能劃分，一般由3個相互關(guān)連的部分組成:機械手總成、控制器、示教系統(tǒng)。機械手總成是機械手的執(zhí)行機構(gòu)，它由驅(qū)動器、傳動機構(gòu)、機械手臂、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)和實現(xiàn)其運動?？刂破魇菣C械手的神經(jīng)中樞。它由計算機硬件、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、機械手專用語言、機械手運動學、動力學軟件、機械手控制軟件、機械手自診斷、白保護功能軟件等，它處理機械手工作過程中的全部信息和控制其全部動作。示教系統(tǒng)是機械手與人的交互接口，在示教過程中它將控制機械手的全部動作，并將其全部信息送入控制器的存儲器中，它實質(zhì)上是一個專用的智能終端。(2)機械手手臂運動學機械手的機械臂是由數(shù)個剛性桿體由旋轉(zhuǎn)或移動的關(guān)節(jié)串連而成，是一個開環(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)，在機械手操作時，機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)是由若干個臂關(guān)節(jié)的運動所合成的。但是這種模式的焊接機械手缺點也很明顯。目前市場上的焊接機械手基本上都是以六軸的通用機械手為主；這六個軸中，底下三個軸空間定位，上面三個軸進行姿態(tài)調(diào)整。運動的正解和反解都使用李氏矩陣，每點運動的計算量都非常大。因此，機械手的控制對計算機硬件和軟件的質(zhì)量要求非常高。存在的主要問題是價格高，維護困難，容易損壞。而且不是每種焊接都適合選用這個機型。比如平面焊接和弧面焊接他都非常不合適。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種焊接機器人用機械手，在不含凹曲面的工件上焊接，使用SCARA型機械手，軸數(shù)減少兩個，成本降低，控制算法簡單，運算快，機械手移動迅速，工作效率高。本實用新型的技術(shù)方案如下:焊接機器人用機械手，包括有底座，底座底端安裝有移動滾輪，底座上固定連接有豎軸，豎軸頂端轉(zhuǎn)動設(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)條彈簧平衡機構(gòu)，發(fā)條彈簧平衡機構(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。本實用新型平面關(guān)節(jié)式機械手的機構(gòu)特點是上下運動由直線運動構(gòu)成，其他運動均由旋轉(zhuǎn)運動構(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型機械手，如圖2所示。我們選擇這個形式就是基于上述的優(yōu)點。SCARA型機械手的具體結(jié)構(gòu)多種多樣，但都是由常用的機構(gòu)組合而成。每個關(guān)節(jié)都由一臺伺服電動機驅(qū)動，機械手是采用齒輪減速、桿傳動，但不同廠家采用的機構(gòu)不盡相同，本機型采用諧波減速器。其技術(shù)關(guān)鍵是要保證傳動雙向無間隙(即正反傳動均無間隙)，這是機械手精度的機械保證，當然還要求效率高，機構(gòu)緊湊。本實用新型焊接機械手采用伺服電動機驅(qū)動，采用交流伺服電動機系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有直流伺服系統(tǒng)的全部優(yōu)點，而且取消了換相炭刷，不需要定期更換碳刷，大大延長了機械手的維修周期。工業(yè)機械手的驅(qū)動器布置都采用一個關(guān)節(jié)一個驅(qū)動器。一個驅(qū)動器的基本組成為:電源、功率放大板、伺服控制板、電機、測角器、測速器和制動器。它的功能不僅能提供足夠的功率驅(qū)動機械手各關(guān)節(jié)，而且要實現(xiàn)快速而頻繁起停，精確地到位和運動。因此必須采用位置閉環(huán)、速度閉環(huán)、加速度閉環(huán)。為了保護電動機和電路，還要有電流閉環(huán)。為適應(yīng)機械手的頻繁起停和高的動態(tài)品質(zhì)要求，一般都采用低慣量電動機，因此，機械手的驅(qū)動器是一個要求很高的驅(qū)動系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述3個運動閉環(huán)，在機械手驅(qū)動器中都裝有高精度測角、測速傳感器。測速傳感器一般都采用測速發(fā)電機，測角傳感器一般都采用精密電位計或光電碼盤，尤其是光電碼盤。圖3是它的原理圖。光電碼盤與電動機同軸安裝，在電動機旋轉(zhuǎn)時，帶有細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通時斷，因而輸出電脈沖。實際的碼盤是輸出兩路脈沖，由于在碼盤內(nèi)布置了兩對光電管，它們之間有一定角度差，因此兩路脈沖也有固定的相位差，電動機正反轉(zhuǎn)時，其輸出脈沖的相位差不同，從而可判斷電動機的旋轉(zhuǎn)方向。機器個以上脈沖。機械手控制器是機械手的核心部件，它實施機械手的全部信息處理和對機械手的運動控制。圖4是控制器的工作原理圖。工業(yè)機械手控制器大多采用二級計算機結(jié)構(gòu)，虛線框內(nèi)為第一級計算機，它的任務(wù)是規(guī)劃和管理。機械手在示教狀態(tài)時，接受示教系統(tǒng)送來的各示教點位置和姿態(tài)信息、運動參數(shù)和工藝參數(shù)，并通過計算把各點的示教(關(guān)節(jié))坐標值轉(zhuǎn)換成直角坐標值，存入計算機內(nèi)存。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參見附圖，焊接機器人用機械手，包括有底座1，底座I拐角處安裝有調(diào)平支座11，底座I底端安裝有移動滾輪2，底座I上固定連接有豎軸3，豎軸3頂端轉(zhuǎn)動設(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)條彈簧平衡機構(gòu)10，發(fā)條彈簧平衡機構(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.焊接機器人用機械手，包括有底座，底座底端安裝有移動滾輪，其特征在于:底座上固定連接有豎軸，豎軸頂端轉(zhuǎn)動設(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)條彈簧平衡機構(gòu)，發(fā)條彈簧平衡機構(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所述的焊接機器人用機械手，其特征在于:所述的底座拐角處安裝有調(diào)平支座。
專利摘要本實用新型公開了一種焊接機器人用機械手，包括有底座，底座底端安裝有移動滾輪，底座上固定連接有豎軸，豎軸頂端轉(zhuǎn)動設(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)條彈簧平衡機構(gòu)，發(fā)條彈簧平衡機構(gòu)內(nèi)引出的鋼絲另一端固定于立軸的下端。本實用新型在不含凹曲面的工件上焊接，使用SCARA型機械手，軸數(shù)減少兩個，成本降低，控制算法簡單，運算快，機械手移動迅速，工作效率高。
文檔編號B23K37/02GK203062125SQ201220654998
公開日2013年7月17日 申請日期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, 謝勇 申請人:馬鞍山市恒毅機械制造有限公司