一種輕量化五自由度高速焊接機器人的制作方法

本發明涉及機械領域，具體是一種輕量化五自由度高速焊接機器人。

背景技術：

自從20世紀80年代以來，人們一直希望減少機器人運動件的質量來改善其動態性能，并取得了可喜的成果。但這些工作都是圍繞減輕機器人桿件質量展開。而安裝在串聯機器人關節處的電機、減速器實際上對機器人動態性能影響很大。而且，為了保證電機輸出大功率，其輸出轉速很高，就需要大傳動比的減速器將其減速到適合機器人工作的速度。而研制體積小、質量輕的大傳動比減速器也是我國機器人行業遇到的比較棘手的問題。目前，國產機器人用電機和減速器與國際先進水平的機器人用電機、減速器的差距之一，就是質量(重量)和體積大，這會導致機器人的轉動慣量大、機器人動態性能不佳、易產生較大振動等問題。如果電機、減速器能夠安裝在機架上，不是安裝在關節處隨機械臂運動，則沒有轉動慣量大所帶來的各種問題。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的不足，提供一種輕量化五自由度高速焊接機器人。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種輕量化五自由度高速焊接機器人，包括第一轉軸、第二轉軸、第一大臂、第二大臂、第三大臂、第一主動桿、第二主動桿、第三主動桿、第一初級從動桿、第二初級從動桿、第三初級從動桿、第一初級滑套、第二初級滑套、第三初級滑套、第一末級從動桿、第二末級從動桿、第三末級從動桿、第一連接塊、第二連接塊、第三連接塊、第一末級滑套、第二末級滑套、第三末級滑套、第四末級滑套、第五末級滑套、第六末級滑套、第七末級滑套、第八末級滑套、第九末級滑套、第一導桿、第二導桿、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、第五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連桿、第九連桿、第十連桿、第十一連桿、第十二連桿、第十三連桿、第十四連桿、第十五連桿、小臂、機架、執行器和支撐桿，

具體結構以及連接關系如下：

第一主動桿下端通過轉動副一連接在機架上，

第一主動桿上端通過轉動副二與第一初級從動桿一端連接，

第一初級從動桿另一端通過轉動副三連接在第一初級滑套上，

第一初級滑套套裝在第一大臂上；

第一大臂一端通過轉動副四連接在第一轉軸上，

第一大臂另一端通過轉動副五連接在第二轉軸上；

第二主動桿下端通過轉動副六連接在機架上，

第二主動桿上端通過轉動副七與第二初級從動桿一端連接，

第二初級從動桿另一端通過轉動副八連接在第二初級滑套上，

第二初級滑套套裝在第二大臂上；

第二大臂一端通過轉動副九連接在第一轉軸上，

第二大臂另一端、第一連接塊、第二轉軸以及支撐桿上端同時通過轉動副十連接，支撐桿下端固定在機架上，

第三主動桿下端通過轉動副十一連接在機架上，

第三主動桿上端通過轉動副十二與第三初級從動桿一端連接，

第三初級從動桿另一端通過轉動副十五連接在第三初級滑套上，

第三初級滑套套裝在第三大臂上；

第三大臂一端通過轉動副四十連接在第一轉軸上，

第三大臂另一端通過轉動副四十一連接在第二轉軸上；

小臂一端通過轉動副六十五連接在第一連接塊上，

小臂另一端固定連接在第二連接塊上；

第二末級滑套、第三末級滑套、第四末級滑套和第五末級滑套依次套裝在小臂上；

第一導桿下端固定連接在第一連接塊上，

第一末級滑套套裝在第一導桿上；

第一連桿一端通過轉動副十三連接在第一末級滑套上，

第一連桿另一端通過轉動副十四與第二連桿一端連接，

第二連桿另一端固定連接在小臂上；

第二末級從動桿一端也通過轉動副八連接在第二初級滑套上，

第二末級從動桿另一端通過轉動副四十二連接在第一末級滑套上；

第一末級從動桿一端也通過轉動副三連接在第一初級滑套上，

第一末級從動桿另一端通過轉動副四十五連接在第四末級滑套上；

第四末級滑套與第五末級滑套之間通過轉動副十六連接，

第三連桿一端通過轉動副十七連接在第五末級滑套上，

第三連桿另一端通過轉動副十八連接在第六末級滑套上，

第六末級滑套套裝在第四連桿上，

第四連桿一端通過轉動副十九連接在第二連接塊上，

第四連桿另一端通過轉動副二十在第五三角件的第一角上，

第五連桿一端通過轉動副二十一連接在第六末級滑套上，

第五連桿另一端通過轉動副二十二連接在第五三角件的第二角，

第六連桿一端通過轉動副二十三連接在第五三角件的第三角，

第六連桿另一端通過轉動副二十四連接在第七末級滑套上，

第七末級滑套套裝在第七連桿上，

第三末級從動桿一端也通過轉動副十五連接在第三初級滑套上，

第三末級從動桿另一端通過轉動副二十五連接在第二末級滑套上；

第二末級滑套與第三末級滑套之間通轉動副二十六連接，

第八連桿一端通過轉動副二十七連接在第三末級滑套上，

第八連桿另一端通過轉動副二十八連接在第八末級滑套上，

第八末級滑套套裝在第九連桿上，

第九連桿一端通過轉動副二十九連接在第二連接塊上，

第九連桿另一端通過轉動副三十連接在第十連桿上，

第十一連桿一端通過轉動副三十一連接在第八末級滑套上，

第十一連桿另一端通過轉動副三十二連接在第十連桿一端，

第十連桿另一端通過轉動副三十三連接在第七連桿上，

第七連桿一端也通過轉動副二十連接在第五三角件的第一角，

第七連桿另一端通過轉動副三十四連接在第三連接塊上，

第二導桿一端固定連接在第三連接塊上，

第九末級滑套套裝在第二導桿上；

第十二連桿一端通過轉動副三十五連接在第七末級滑套上，

第十二連桿另一端通過轉動副三十六連接在第九末級滑套上，

第十三連桿一端通過轉動副三十七連接在第三連接塊上，

第十三連桿另一端固定連接在執行器上，

第十四連桿一端通過轉動副三十八連接在第九末級滑套上，

第十四連桿另一端通過轉動副三十九連接在第十五連桿上，

第十五連桿另一端固定連接在第十三連桿上。

進一步的，

所述轉動副十三、轉動副十四、轉動副六十五、轉動副二十六和轉動副十六的轉動平面平行于小臂的徑向截面。

進一步的，

所述轉動副三十七、轉動副三十八和轉動副三十九的轉動平面平行于第十三連桿的徑向截面。

進一步的，

所述轉動副一、轉動副二、轉動副三、轉動副四、轉動副五、轉動副六、轉動副七、轉動副八、轉動副九、轉動副十、轉動副十一、轉動副十二、轉動副十五、轉動副十七、轉動副十八、轉動副十九、轉動副二十、轉動副二十一、轉動副二十二、轉動副二十三、轉動副二十四、轉動副二十五、轉動副二十七、轉動副二十八、轉動副二十九、轉動副三十、轉動副三十一、轉動副三十二、轉動副三十三、轉動副三十四、轉動副三十五、轉動副三十六、轉動副四十、轉動副四十一、轉動副四十二和轉動副四十五的轉動平面平行于小臂的軸向截面。

進一步的，

還包括第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機，所述轉動副一由第一伺服電機驅動，轉動副六由第二伺服電機驅動，轉動副十一由第三伺服電機驅動。

進一步的，

所述第二連桿和第一導桿都垂直于小臂。

進一步的，

所述第十五連桿和第二導桿都垂直于第十三連桿。

進一步的，

所述第二末級滑套、第三末級滑套、第四末級滑套和第五末級滑套均為正六面體，開設有軸向圓形通孔；小臂為圓柱桿；第二末級滑套、第三末級滑套、第四末級滑套和第五末級滑套通過軸向圓形通孔套裝在小臂上。

與現有技術相比較，本發明具備的有益效果：

本發明實現將全部電機和減速器安裝到基座附近的低重心輕量化結構設計，電機和減速器都不隨運動桿件做大幅度運動。克服了現有焊接機器人將電機和減速器安裝在關節上，所產生的運動慣量大、殘余振動明顯和高速工作定位精度低等缺點，具有結構可靠性高、穩定性好和成本低等特點。

本發明將兩個相互垂直工作面上的兩套曲柄滑塊機構，通過正方形滑塊的兩個垂直表面構聯到一起，實現了兩個相互垂直工作面上的驅動傳動。克服了現有大部分連桿機構只能平面驅動傳動和空間剛度差等缺點，具有不需要在關節上安裝電機和減速器，就實現了空間驅動傳動的特點。

本發明將兩套曲柄滑塊機構，通過同一個滑桿對稱串聯在一起，實現曲柄滑塊機構串聯傳動，克服了傳統四桿傳動機構整體剛度低和占用空間大的缺點，具有傳動結構緊湊和可靠性高的特點。

本發明通過將兩個穿過同一根軸的滑塊進行串聯，實現滑塊自轉和滑塊滑動的共軸傳動。

附圖說明

圖1為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的整體結構示意圖一。

圖2為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的整體結構示意圖二。

圖3為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的整體結構示意圖三。

圖4為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的整體結構示意圖四。

圖5為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的第二大臂、小臂以及第一導桿之間的裝配示意圖一。

圖6為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的第二大臂、小臂以及第一導桿之間的裝配示意圖二。

圖7為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的第二大臂、小臂以及第一導桿之間的裝配示意圖三。

圖8為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的控制執行器運動的傳動鏈結構示意圖一。

圖9為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的控制執行器運動的傳動鏈結構示意圖二。

圖10為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的控制執行器運動的傳動鏈結構示意圖三。

圖11為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的控制執行器運動的傳動鏈結構示意圖四。

圖12為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的控制執行器運動的傳動鏈結構示意圖五。

圖13為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的第十三連桿、第十四連桿以及第十五連桿之間的裝配結構示意圖。

圖14為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的第十三連桿、第七連桿以及第二導桿之間的裝配結構示意圖。

圖15為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的第十二連桿、第七末級滑套與第九末級滑套之間的裝配結構示意圖。

圖16為本發明所述輕量化五自由度高速焊接機器人的控制第二末級從動桿運動的傳動鏈的結構示意圖。

圖中：

第一伺服電機1a、第二伺服電機2a、第三伺服電機3a、

第一轉軸1b、第二轉軸2b、

第一大臂1c、第二大臂2c、第三大臂3c、

第一主動桿1d、第二主動桿2d、第三主動桿3d、

第一初級從動桿1e、第二初級從動桿2e、第三初級從動桿3e、

第一初級滑套1f、第二初級滑套2f、第三初級滑套3f、

第一末級從動桿1k、第二末級從動桿2k、第三末級從動桿3k、

第一連接塊1n、第二連接塊2n、第三連接塊3n、

第一末級滑套1p、第二末級滑套2p、第三末級滑套3p、第四末級滑套4p、

第五末級滑套5p、第六末級滑套6p、第七末級滑套7p、第八末級滑套8p、

第九末級滑套9p、

第一導桿1q、第二導桿2q、

第一連桿1、第二連桿2、第三連桿3、第四連桿4、第五連桿5、

第六連桿6、第七連桿7、第八連桿8、第九連桿9、第十連桿10、

第十一連桿11、第十二連桿12、第十三連桿13、第十四連桿14、第十五連桿15、

小臂100、機架99、執行器98、支撐桿97。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明的技術方案作進一步闡述。

實施例1

一種輕量化五自由度高速焊接機器人，包括第一轉軸1b、第二轉軸2b、第一大臂1c、第二大臂2c、第三大臂3c、第一主動桿1d、第二主動桿2d、第三主動桿3d、第一初級從動桿1e、第二初級從動桿2e、第三初級從動桿3e、第一初級滑套1f、第二初級滑套2f、第三初級滑套3f、第一末級從動桿1k、第二末級從動桿2k、第三末級從動桿3k、第一連接塊1n、第二連接塊2n、第三連接塊3n、第一末級滑套1p、第二末級滑套2p、第三末級滑套3p、第四末級滑套4p、第五末級滑套5p、第六末級滑套6p、第七末級滑套7p、第八末級滑套8p、第九末級滑套9p、第一導桿1q、第二導桿2q、第一連桿1、第二連桿2、第三連桿3、第四連桿4、第五連桿5、第六連桿6、第七連桿7、第八連桿8、第九連桿9、第十連桿10、第十一連桿11、第十二連桿12、第十三連桿13、第十四連桿14、第十五連桿15、小臂100、機架99、執行器98和支撐桿97，

具體結構以及連接關系如下：

如圖1所示：

第一主動桿1d下端通過轉動副一101連接在機架99上，

第一主動桿1d上端通過轉動副二102與第一初級從動桿1e一端連接，

第一初級從動桿1e另一端通過轉動副三103連接在第一初級滑套1f上，

第一初級滑套1f套裝在第一大臂1c上；

第一大臂1c一端通過轉動副四104連接在第一轉軸1b上，

第一大臂1c另一端通過轉動副五連接在第二轉軸2b上；

如圖16所示：

第二主動桿2d下端通過轉動副六106連接在機架99上，

第二主動桿2d上端通過轉動副七107與第二初級從動桿2e一端連接，

第二初級從動桿2e另一端通過轉動副八108連接在第二初級滑套2f上，

第二初級滑套2f套裝在第二大臂2c上；

第二大臂2c一端通過轉動副九109連接在第一轉軸1b上，

第二大臂2c另一端、第一連接塊1n、第二轉軸2b以及支撐桿97上端同時通過轉動副十110連接，支撐桿97下端固定在機架99上，

如圖2所示：

第三主動桿3d下端通過轉動副十一111連接在機架99上，

第三主動桿3d上端通過轉動副十二112與第三初級從動桿3e一端連接，

第三初級從動桿3e另一端通過轉動副十五115連接在第三初級滑套3f上，

第三初級滑套3f套裝在第三大臂3c上；

第三大臂3c一端通過轉動副四十140連接在第一轉軸1b上，

第三大臂3c另一端通過轉動副四十一141連接在第二轉軸2b上；

如圖5～7所示：

小臂100一端通過轉動副六十五165連接在第一連接塊1n上，

小臂100另一端固定連接在第二連接塊2n上；

第二末級滑套2p、第三末級滑套3p、第四末級滑套4p和第五末級滑套5p依次套裝在小臂100上；

第一導桿1q下端固定連接在第一連接塊1n上，

第一末級滑套1p套裝在第一導桿1q上；

第一連桿1一端通過轉動副十三113連接在第一末級滑套1p上，

第一連桿1另一端通過轉動副十四114與第二連桿2一端連接，

第二連桿2另一端固定連接在小臂100上；

如圖16所示：

第二末級從動桿2k一端也通過轉動副八108連接在第二初級滑套2f上，

第二末級從動桿2k另一端通過轉動副四十二142連接在第一末級滑套1p上；

如圖8～9所示：

第一末級從動桿1k一端也通過轉動副三103連接在第一初級滑套1f上，

第一末級從動桿1k另一端通過轉動副四十五145連接在第四末級滑套4p上；

第四末級滑套4p與第五末級滑套5p之間通過轉動副十六連接，

第三連桿3一端通過轉動副十七117連接在第五末級滑套5p上，

第三連桿3另一端通過轉動副十八118連接在第六末級滑套6p上，

第六末級滑套6p套裝在第四連桿4上，

第四連桿4一端通過轉動副十九連接在第二連接塊2n上，

第四連桿4另一端通過轉動副二十120在第五三角件5h的第一角上，

第五連桿5一端通過轉動副二十一121連接在第六末級滑套6p上，

第五連桿5另一端通過轉動副二十二122連接在第五三角件5h的第二角，

第六連桿6一端通過轉動副二十三123連接在第五三角件5h的第三角，

第六連桿6另一端通過轉動副二十四124連接在第七末級滑套7p上，

第七末級滑套7p套裝在第七連桿7上，

如圖10～12所示：

第三末級從動桿3k一端也通過轉動副十五115連接在第三初級滑套3f上，

第三末級從動桿3k另一端通過轉動副二十五125連接在第二末級滑套2p上；

第二末級滑套2p與第三末級滑套3p之間通轉動副二十六連接，

第八連桿8一端通過轉動副二十七127連接在第三末級滑套3p上，

第八連桿8另一端通過轉動副二十八128連接在第八末級滑套8p上，

第八末級滑套8p套裝在第九連桿9上，

第九連桿9一端通過轉動副二十九129連接在第二連接塊2n上，

第九連桿9另一端通過轉動副三十130連接在第十連桿10上，

第十一連桿11一端通過轉動副三十一131連接在第八末級滑套8p上，

第十一連桿11另一端通過轉動副三十二132連接在第十連桿10一端，

第十連桿10另一端通過轉動副三十三133連接在第七連桿7上，

第七連桿7一端也通過轉動副二十120連接在第五三角件5h的第一角，

第七連桿7另一端通過轉動副三十四134連接在第三連接塊3n上，

如圖13～15所示：

第二導桿2q一端固定連接在第三連接塊3n上，

第九末級滑套9p套裝在第二導桿2q上；

第十二連桿12一端通過轉動副三十五135連接在第七末級滑套7p上，

第十二連桿12另一端通過轉動副三十六136連接在第九末級滑套9p上，

第十三連桿13一端通過轉動副三十七137連接在第三連接塊3n上，

第十三連桿13另一端固定連接在執行器98上，

第十四連桿14一端通過轉動副三十八138連接在第九末級滑套9p上，

第十四連桿14另一端通過轉動副三十九139連接在第十五連桿15上，

第十五連桿15另一端固定連接在第十三連桿13上。

進一步的，

所述轉動副十三113、轉動副十四114、轉動副六十五165、轉動副二十六和轉動副十六的轉動平面平行于小臂100的徑向截面。

進一步的，

轉動副三十七137、轉動副三十八138和轉動副三十九139的轉動平面平行于第十三連桿13的徑向截面。

進一步的，

轉動副一101、轉動副二102、轉動副三103、轉動副四104、轉動副五105、轉動副六106、轉動副七107、轉動副八108、轉動副九109、轉動副十110、轉動副十一111、轉動副十二112、轉動副十五115、轉動副十七117、轉動副十八118、轉動副十九119、轉動副二十120、轉動副二十一121、轉動副二十二122、轉動副二十三123、轉動副二十四124、轉動副二十五125、轉動副二十七、轉動副二十八、轉動副二十九、轉動副三十130、轉動副三十一131、轉動副三十二132、轉動副三十三133、轉動副三十四134、轉動副三十五135、轉動副三十六136、轉動副四十140、轉動副四十一141、轉動副四十二142和轉動副四十五145的轉動平面平行于小臂100的軸向截面。

進一步的，

轉動副一101由第一伺服電機1a驅動，

轉動副六106由第二伺服電機2a驅動，

轉動副十一111由第三伺服電機3a驅動。

進一步的，

所述第二連桿2和第一導桿1q都垂直于小臂100，

所述第十五連桿15和第二導桿2q都垂直于第十三連桿13。

進一步的，

所述第二末級滑套2p、第三末級滑套3p、第四末級滑套4p和第五末級滑套5p均為正六面體，開設有軸向圓形通孔；小臂100為圓柱桿；第二末級滑套2p、第三末級滑套3p、第四末級滑套4p和第五末級滑套5p通過軸向圓形通孔套裝在小臂100上。

第一伺服電機通過包括第一主動桿的傳動鏈驅動第二末級滑套在小臂上做前后滑動，第二伺服電機通過包括第二主動桿的傳動鏈驅動小臂旋轉，小臂通過傳動鏈帶動執行器在工作平面上做左右擺動，第三伺服電機通過包括第三主動桿的傳動鏈驅動第四末級滑套在小臂上做前后滑動，第二末級滑套和第四末級滑套通過由第一連桿至第十五連桿構成的傳動鏈傳遞后驅動執行器做仰角的調整。