專利名稱：懸臂式水火加工機器人的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種適用于大撓度曲面鋼板自動化加工的懸臂式水火加工機器人，其屬于船舶與海洋結(jié)構(gòu)物制造和金屬材料熱加工成型領域。
背景技術(shù)：
船體復雜曲面外板大多是由三維不可展曲面構(gòu)成，將平面鋼板加工成船體曲面形狀，需要對其進行水火加工達到成型要求。目前國內(nèi)外開發(fā)的曲面鋼板水火加工自動化加工設備大多是采用龍門式的大型機構(gòu)，適合于加工大型且小撓度的曲面鋼板，但是對于撓度較大且面積較小的鋼板，如船體艏艉部外板等，則當前的龍門式加工設備存在機構(gòu)靈活度不夠、垂直方向加工作業(yè)空間不夠等缺點，加工頭容易與鋼板發(fā)生碰撞，并且加工這種小型鋼板對于大型設備來說利用效率也不高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決加工船體艏艉部外板這種小型鋼板的生產(chǎn)效率，彌補目前大型龍門式鋼板水火加工自動化設備的不足，本發(fā)明提供了一種懸臂式水火加工機器人，該機器人應采用電氣控制和機械傳動相結(jié)合、能夠自由移動、懸臂式機構(gòu)和水火加工系統(tǒng)相結(jié)合。該機器人還應結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，生產(chǎn)效率高，具有較高的靈活度和較大的垂直方向作業(yè)空間。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種懸臂式水火加工機器人，在底盤上安裝一個轉(zhuǎn)塔；一個四角用鉸鏈連接的第一平行四邊形機構(gòu)經(jīng)二個第一銷軸與轉(zhuǎn)塔成鉸鏈連接，第一支撐機構(gòu)一端經(jīng)第一撐桿銷軸與轉(zhuǎn)塔成鉸鏈連接，另一端經(jīng)第二撐桿銷軸與第一平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接；一個四角用鉸鏈連接的第二平行四邊形機構(gòu)經(jīng)二個第二銷軸和第一連接板與第一平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接，第二支撐機構(gòu)一端經(jīng)第三撐桿銷軸與第一平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接，另一端經(jīng)第四撐桿銷軸與第二平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接；第二連接板的下端設有一個垂直升降機構(gòu)，一個機械手與垂直升降機構(gòu)連接。
所述的轉(zhuǎn)塔采用一個能使轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)360度的驅(qū)動機構(gòu)。該驅(qū)動機構(gòu)采用蝸桿蝸輪傳動，一個轉(zhuǎn)軸下端設有安裝在軸承座中的軸向推力軸承和徑向軸承，上端設有由大蝸桿驅(qū)動的大蝸輪并與轉(zhuǎn)塔緊固在一起。
所述的第一平行四邊形機構(gòu)采用二個第一臂桿與轉(zhuǎn)塔和第一連接板成鉸鏈連接。第二平行四邊形機構(gòu)采用二個第二臂桿與第一連接板和第二連接板成鉸鏈連接。
所述的第一支撐機構(gòu)采用第一步進電機驅(qū)動第一滾珠絲杠，第一滾珠絲杠與位于第一撐桿端部的第一滾珠螺母相配合。第二支撐機構(gòu)采用第二步進電機驅(qū)動第二滾珠絲杠，第二滾珠絲杠與位于第二撐桿端部的第二滾珠螺母相配合。
所述的垂直升降機構(gòu)采用步進電機經(jīng)小蝸桿驅(qū)動小蝸輪，小蝸輪驅(qū)動與其相配合的小滾珠絲杠，小滾珠絲杠驅(qū)動與其相配合的滑塊，使滑塊在滑板上滑行?；瑝K與由火焰噴嘴和噴水管組成的機械手連接在一起。
所述的底盤采用四輪式移動機構(gòu)，用第二電機經(jīng)一個差速器驅(qū)動二個車輪移動，用方向盤經(jīng)轉(zhuǎn)向器驅(qū)動另二個車輪轉(zhuǎn)向。底盤也可采用履帶式移動機構(gòu)或軌道式移動機構(gòu)。
本發(fā)明的有益效果是這種懸臂式水火加工機器人采用了移動式底盤、轉(zhuǎn)塔、懸臂式機構(gòu)和可垂直升降的機械手，增加了該機器人的運動靈活度和垂直方向的作業(yè)空間，并且具有垂直方向上所占空間小的優(yōu)點。機械臂的所有關節(jié)均為旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其作業(yè)空間大，關節(jié)易于密封防塵。使得該機器人結(jié)構(gòu)簡單、整機尺寸小、重量輕、便于移動、操作靈活、工作可靠、加工精度高，能滿足各種板材被加工成所要求曲面，生產(chǎn)效率高。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是一種懸臂式水火加工機器人的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是機械手和垂直升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是圖1中轉(zhuǎn)塔驅(qū)動機構(gòu)的A-A剖視圖。
圖中1、火焰噴嘴，1a、噴水管，1b、乙炔膠管，1c、氧氣膠管，2、步進電機，2a、小蝸桿，2b、小蝸輪，2c、小滾珠絲杠，2d、滑塊，2e、滑板，3、第二連接板，3a、第三銷軸，4、第二臂桿，4a、第二銷軸，4b、第一連接板，4c、第四撐桿銷軸，5、第二步進電機，5a、第二滾珠絲杠，5b、第二滾珠螺母，5c、第二撐桿，6、第一臂桿，6a、第一銷軸，6b、第二撐桿銷軸，6c、第三撐桿銷軸，6d、襯套，7、第一步進電機，7a、第一滾珠絲杠，7b、第一滾珠螺母，7c、第一撐桿，8、轉(zhuǎn)塔，8a、第一撐桿銷軸，8b、襯套，8c、立板，9、大蝸輪，9a、大蝸桿，9b、蝸桿軸承，9c、第一電機，10、轉(zhuǎn)軸，10a、螺母，11、壓蓋，12、軸承座，13、徑向球軸承，13a、推力球軸承，14、底盤，14a、縱梁，15、第二電機，16、差速器，17、車輪，18、轉(zhuǎn)向器，19、方向盤，20、電氣控制箱。
具體實施例方式
在圖1、2、3所示的實施例中，懸臂式水火加工機器人的底盤14采用四輪式移動機構(gòu)，用第二電機15經(jīng)一個差速器16驅(qū)動二個車輪17移動，用方向盤19經(jīng)轉(zhuǎn)向器18驅(qū)動另二個車輪17轉(zhuǎn)向。第二電機15為直流電動機，采用電瓶作為電源。
一個軸承座12固定在底盤14上。轉(zhuǎn)軸10的下端設有二個徑向球軸承13和一個軸向推力球軸承13a并安裝在軸承座12中，三個軸承的內(nèi)圈之間都設有隔套并用壓蓋11封閉；轉(zhuǎn)軸10的上端設有由大蝸桿9a驅(qū)動的大蝸輪9，并用螺母10a與轉(zhuǎn)塔8緊固在一起。
轉(zhuǎn)塔8的下部設有一個電氣控制箱20，上部與一個四角用鉸鏈連接的第一平行四邊形機構(gòu)和第一支撐機構(gòu)成鉸鏈連接。第一平行四邊形機構(gòu)采用二個第一臂桿6與轉(zhuǎn)塔8和第一連接板4b經(jīng)第二銷軸4a和第一銷軸6a成鉸鏈連接。第一支撐機構(gòu)一端經(jīng)第一撐桿銷軸8a與轉(zhuǎn)塔8成鉸鏈連接，另一端經(jīng)第二撐桿銷軸6b與第一平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接；第一支撐機構(gòu)采用第一步進電機7驅(qū)動第一滾珠絲杠7a，第一滾珠絲杠7a與位于第一撐桿7c端部的第一滾珠螺母7b相配合。第一支撐機構(gòu)能使第一平行四邊形機構(gòu)相對于轉(zhuǎn)塔8轉(zhuǎn)動90度角。
一個四角用鉸鏈連接的第二平行四邊形機構(gòu)經(jīng)二個第二銷軸4a和第一連接板4b與第一平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接，第二平行四邊形機構(gòu)采用二個第二臂桿4與第一連接板4b和第二連接板3經(jīng)第二銷軸4a和第三銷軸3a成鉸鏈連接。第二支撐機構(gòu)一端經(jīng)第三撐桿銷軸6c與第一平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接，另一端經(jīng)第四撐桿銷軸4c與第二平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接；第二支撐機構(gòu)采用第二步進電機5驅(qū)動第二滾珠絲杠5a，第二滾珠絲杠5a與位于第二撐桿5c端部的第二滾珠螺母5b相配合。第二支撐機構(gòu)能使第二平行四邊形機構(gòu)相對于第一平行四邊形機構(gòu)轉(zhuǎn)動90度角。
在圖2中，第二連接板3的下端設有一個垂直升降機構(gòu)，一個機械手與垂直升降機構(gòu)連接。垂直升降機構(gòu)采用步進電機2經(jīng)小蝸桿2a驅(qū)動小蝸輪2b，小蝸輪2b驅(qū)動與其相配合的小滾珠絲杠2c，小滾珠絲杠2c驅(qū)動與其相配合的滑塊2d，使滑塊2d在滑板2e上滑行?；瑝K2d與機械手連接在一起，機械手由火焰噴嘴1和噴水管1a組成，火焰噴嘴1還連接乙炔膠管1b和氧氣膠管1c。
在圖3中，在底盤14的下平面的左右側(cè)各設了一個縱粱14a，車輪17的主軸就懸掛在縱粱14a上。第一電機9c經(jīng)蝸桿軸承9b驅(qū)動大蝸桿9a。二個第一銷軸6a把二個第一臂桿6鉸鏈連接到轉(zhuǎn)塔8的二個立板8c之間，在第一臂桿6二側(cè)的第一銷軸6a上均設有襯套6d。同樣，第一撐桿銷軸8a把第一撐桿鉸鏈連接到轉(zhuǎn)塔8的二個立板8c之間，在第一撐桿二側(cè)的第一撐桿銷軸8a上均設有襯套8b。
權(quán)利要求
1.一種懸臂式水火加工機器人；其特征在于在底盤(14)上安裝一個轉(zhuǎn)塔(8)；一個四角用鉸鏈連接的第一平行四邊形機構(gòu)經(jīng)二個第一銷軸(6a)與轉(zhuǎn)塔(8)成鉸鏈連接，第一支撐機構(gòu)一端經(jīng)第一撐桿銷軸(8a)與轉(zhuǎn)塔(8)成鉸鏈連接，另一端經(jīng)第二撐桿銷軸(6b)與第一平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接；一個四角用鉸鏈連接的第二平行四邊形機構(gòu)經(jīng)二個第二銷軸(4a)和第一連接板(4b)與第一平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接，第二支撐機構(gòu)一端經(jīng)第三撐桿銷軸(6c)與第一平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接，另一端經(jīng)第四撐桿銷軸(4c)與第二平行四邊形機構(gòu)成鉸鏈連接；第二連接板(3)的下端設有一個垂直升降機構(gòu)，一個機械手與垂直升降機構(gòu)連接。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂式水火加工機器人；其特征在于所述的轉(zhuǎn)塔(8)采用一個能使轉(zhuǎn)塔(8)旋轉(zhuǎn)360度的驅(qū)動機構(gòu)。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的懸臂式水火加工機器人；其特征在于所述的驅(qū)動機構(gòu)采用蝸桿蝸輪傳動，一個轉(zhuǎn)軸(10)下端設有安裝在軸承座(12)中的軸向推力軸承和徑向軸承，上端設有由大蝸桿(9a)驅(qū)動的大蝸輪(9)并與轉(zhuǎn)塔(8)緊固在一起。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂式水火加工機器人；其特征在于所述的第一平行四邊形機構(gòu)采用二個第一臂桿(6)與轉(zhuǎn)塔(8)和第一連接板(4b)成鉸鏈連接。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂式水火加工機器人；其特征在于所述的第二平行四邊形機構(gòu)采用二個第二臂桿(4)與第一連接板(4b)和第二連接板(3)成鉸鏈連接。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂式水火加工機器人；其特征在于所述的第一支撐機構(gòu)采用第一步進電機(7)驅(qū)動第一滾珠絲杠(7a)，第一滾珠絲杠(7a)與位于第一撐桿(7c)端部的第一滾珠螺母(7b)相配合。
7.據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂式水火加工機器人；其特征在于所述的第二支撐機構(gòu)采用第二步進電機(5)驅(qū)動第二滾珠絲杠(5a)，第二滾珠絲杠(5a)與位于第二撐桿(5c)端部的第二滾珠螺母(5b)相配合。
8.據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂式水火加工機器人；其特征在于所述的垂直升降機構(gòu)采用步進電機(2)經(jīng)小蝸桿(2a)驅(qū)動小蝸輪(2b)，小蝸輪(2b)驅(qū)動與其相配合的小滾珠絲杠(2c)，小滾珠絲杠(2c)驅(qū)動與其相配合的滑塊(2d)，使滑塊(2d)在滑板(2e)上滑行。
9.據(jù)權(quán)利要求8所述的懸臂式水火加工機器人；其特征在于所述滑塊(2d)與由火焰噴嘴(1)和噴水管(1a)組成的機械手連接在一起。
10.據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂式水火加工機器人；其特征在于所述的底盤(14)采用四輪式移動機構(gòu)，用第二電機(15)經(jīng)一個差速器(16)驅(qū)動二個車輪(17)移動，用方向盤(19)經(jīng)轉(zhuǎn)向器(18)驅(qū)動另二個車輪(17)轉(zhuǎn)向。
11.據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂式水火加工機器人；其特征在于所述的底盤(14)采用履帶式移動機構(gòu)或軌道式移動機構(gòu)。
全文摘要
一種適用于大撓度曲面鋼板自動化加工的懸臂式水火加工機器人，其屬于船舶與海洋結(jié)構(gòu)物制造和金屬材料熱加工成型領域。這種懸臂式水火加工機器人采用了移動式底盤、轉(zhuǎn)塔、懸臂式機構(gòu)和可垂直升降的機械手，增加了該機器人的運動靈活度和垂直方向的作業(yè)空間，并且具有垂直方向上所占空間小的優(yōu)點。機械臂的所有關節(jié)均為旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其作業(yè)空間大，關節(jié)易于密封防塵。使得該機器人結(jié)構(gòu)簡單、整機尺寸小、重量輕、便于移動、操作靈活、工作可靠、加工精度高，能滿足各種板材被加工成所要求的曲面，生產(chǎn)效率高。
文檔編號B25J5/00GK101049690SQ200710011138
公開日2007年10月10日 申請日期2007年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月25日
發(fā)明者汪驥, 劉玉君, 紀卓尚, 鄧燕萍 申請人:大連理工大學