一種具有伺服電機驅動的多連杆可變自由度焊接機械臂的製作方法

2023-06-06 05:56:21

本發明涉及機械領域，特別是一種具有伺服電機驅動的多連杆可變自由度焊接機械臂。

背景技術：

這幾年來，由於勞動力市場的人員緊缺，人力成本逐年攀升，促進了焊接機械臂在焊接作業中的廣泛應用。焊接機械臂有機械式和液壓式兩種類型，目前焊接機械臂大多數是液壓驅動，由於液壓傳動採用液壓油作為傳遞動力的介質，存在以下問題：其起動性較差，容易因為內部元件磨損後產生洩漏，而且洩漏的液壓油會汙染環境；液壓油受溫度影響較大，總效率較低，有時有噪音和振動。有時會出現過熱，工作無力等現象；液壓元件加工精度要求高，裝配要求嚴格，製造較為困難，使用中維修保養要求技術較高，難度較大。隨著焊接機械臂功能的增加，其液壓系統越來越複雜，出現故障更具有突然性、隱蔽性。機械式焊接機械臂是利用機械傳動件實現焊接動作，具有堅固耐用等優點，但是傳統的單自由度機械式焊接機械臂不能完成複雜的動作，應用範圍十分有限，機械式可控機構電動焊接機械臂，用連杆機構取代了液壓傳動，當主動杆由伺服電機驅動時，容易實現自動化、數控化控制，解決了液壓系統存在的一些不足，但存在需要配備與連杆機構自由度同等數量的控制電機來進行控制結構複雜帶來的機構重量、運動慣量大和成本高的問題。

變自由度機構通過組合出新的拓撲結構來適應不同階段的功能要求。目前能應用於 實際的變自由度機構還很少，未見到過應用於焊接機械臂的變自由度機構。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種伺服電機驅動連杆式可變自由度焊接機械臂，克服液壓式焊接機械臂液壓系統元件精度要求高、結構複雜、易漏油等缺點，克服開鏈結構的驅動電機都需要安裝在關節位置的缺點，並使得可控驅動電機的數量小於焊接機械臂連杆機構的自由度，克服現有機械式電動焊接機械臂構需要配備與連杆機構自由度同等數量的控制電機來進行控制的缺點，簡化結構的複雜程度，降低機構的重量、運動慣量、體積和成本。為實現上述目的，本發明提供了一種具有伺服電機驅動的多連杆可變自由度焊接機械臂，由底座1、主動杆13、第一連杆15、第一連接件5、第四連杆4、大臂2、手腕連杆6、第二連杆22、第三連杆26、、手腕27、焊槍28、伺服驅動裝置、第一鎖緊裝置23以及第二鎖緊裝置24組成；所述大臂2通過第一轉動副10連接在底座上，大臂2另一端通過第三轉動副8與手腕連杆6相連接；所述主動杆13通過第五轉動副12與底座1連接，另一端通過第六轉動副14與第一連杆15連接，第一連杆15通過第七轉動副16與第一連接件5連接；所述第一連接件5通過第八轉動副17與第二連杆22連接，第二連杆22另一端通過第九轉動副7與手腕連杆6連接；所述第四連杆4通過第十三轉動副20與底座1相連接，一端通過第十轉動副18與第一連接件5相連接，中部通過第十一轉動副19與第三連杆26相連接，第三連杆26另一端通過轉動副25與大臂2相連接；所述第一鎖緊裝置23和第二鎖緊裝置24分別安裝在第七轉動副16和第十一轉動副19上，根據不同工況適時鎖緊；伺服驅動裝置包括第一伺服電機，與主動杆13連接以驅動其轉動；第一鎖緊裝置23和第二鎖緊裝置24採用電磁方式進行鎖緊。

本發明一種具有伺服電機驅動的多連杆可變自由度焊接機械臂採用可控多杆閉鏈機構，克服了開鏈結構的驅動電機都需要安裝在關節位置的缺點，提高了手臂運行的平穩性和可靠性，無累積誤差，精度較高；結構緊湊，剛度高，承載能力大、慣量低、動態性能好、手臂運動軌跡靈活多樣化。在連杆機構上加裝鎖緊裝置，並讓其根據機構的不同工況鎖緊和放鬆特定的轉動副，適時降低了機構的自由度，實現了在完成預期要求的情況下，使用的可控驅動電機的數量小於焊接機械臂連杆機構的自由度，利用一個主動杆即可實現二自由度焊接作業，克服現有焊接機械臂需要配備與連杆機構自由度同等數量的控制電機來進行控制的缺點,簡化結構的複雜程度，降低機構的重量、運動慣量、體積和成本，增加了機構的可控性和穩定性，提高了工作效率。同時也克服了液壓式焊接機械臂液壓系統元件精度要求高、結構複雜、易漏油、可靠性差、傳動效率低等缺點。

附圖說明

圖1為本發明所述的一種具有伺服電機驅動的多連杆可變自由度焊接機械臂的結構示意圖。

具體實施方式

一種具有伺服電機驅動的多連杆可變自由度焊接機械臂，由底座1、主動杆13、第一連杆15、第一連接件5、第四連杆4、大臂2、手腕連杆6、第二連杆22、第三連杆26、、手腕27、焊槍28、伺服驅動裝置、第一鎖緊裝置23以及第二鎖緊裝置24組成； 所述底座1安裝在可移動迴轉平臺上；所述大臂2通過第一轉動副10連接在底座上，大臂2另一端通過第三轉動副8與手腕連杆6相連接；所述主動杆13通過第五轉動副12與底座1連接，另一端通過第六轉動副14與第一連杆15連接，第一連杆15通過第七轉動副16與第一連接件5連接；所述第一連接件5通過第八轉動副17與第二連杆22連接，第二連杆22另一端通過第九轉動副7與手腕連杆6連接；所述第四連杆4通過第十三轉動副20與底座1相連接，一端通過第十轉動副18與第一連接件5相連接，中部通過第十一轉動副19與第三連杆26相連接，第三連杆26另一端通過轉動副25與大臂2相連接；所述第一鎖緊裝置23和第二鎖緊裝置24分別安裝在第七轉動副16和第十一轉動副19上，根據不同工況適時鎖緊；伺服驅動裝置包括第一伺服電機，與主動杆13連接以驅動其轉動；第一鎖緊裝置23和第二鎖緊裝置24採用電磁方式進行鎖緊。

在各個工況工作中，升降工況時，第一鎖緊裝置23和第二鎖緊裝置24鎖緊，第七轉動副16與第十一轉動副19失去自由度，此時主動杆13通過第一連杆15、第三連杆26、第一連接件5,、第四連杆4、大臂2、第二連杆22的共同作用將手腕連杆6升降。手腕連杆6單獨俯仰工況時，第一鎖緊裝置23打開，第七轉動副16恢復自由度，第二鎖緊裝置24鎖緊，第十一轉動副19失去自由度，此時主動杆13通過第一連杆15、第一連接件5以及第二連杆22的作用下使手腕連杆6俯仰。第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29根據不同的作業工況，分別選擇緊鎖或打開，共同完成大臂2升降、手腕連杆6與手腕27的俯仰等運動，實現焊槍28的焊接作業，第一鎖緊裝置23和第二鎖緊裝置24可採用電磁方式進行鎖緊，控制容易實現。