專利名稱：大型結(jié)構(gòu)件焊縫自主磨拋機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，尤其是指用于大型結(jié)構(gòu)件焊縫磨拋處理的自主作業(yè)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
焊接成形可適應(yīng)性強(qiáng)，連接強(qiáng)度高，連接密閉性好，在大型結(jié)構(gòu)件成形中廣泛應(yīng)用。目前，火車、輪船和飛機(jī)等大型平面和曲面的成形大都是由分塊構(gòu)件通過拼接后焊接而成。近20年來，焊接技術(shù)發(fā)展速度可以說比任何時(shí)期都快，焊接機(jī)械化、自動化程度不斷提高，但是大型結(jié)構(gòu)件焊縫的磨拋處理采用數(shù)控磨拋機(jī)床和關(guān)節(jié)型磨拋機(jī)器人很難實(shí)現(xiàn)，只能通過工人手工操作完成。手工磨拋不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、效率低下，且難以保證形狀精度，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種大型結(jié)構(gòu)件焊縫自主磨拋機(jī)器人，以解決手工磨拋存在的費(fèi)時(shí)、 費(fèi)力、效率低下，且難以保證形狀精度，加工質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是行走模塊和磨拋執(zhí)行模塊分別與機(jī)架連接。本發(fā)明中，行走模塊的結(jié)構(gòu)是主動軸和從動軸固定在機(jī)架上，直流步進(jìn)減速電機(jī)固定在機(jī)架上，通過齒輪副與主動軸連接，驅(qū)動輪與導(dǎo)向輪分別與主動軸和從動軸連接，履帶結(jié)構(gòu)由纏繞在驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪上的帶附板側(cè)彎鏈構(gòu)成，真空吸盤吸附機(jī)構(gòu)通過附板與鏈條連接，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架上，并分別與從動軸和導(dǎo)向輪連接。本發(fā)明中，真空吸盤吸附機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是吸盤提升擋塊和機(jī)械閥開關(guān)導(dǎo)軌固定在機(jī)架上，吸盤、機(jī)械閥和軌跡滾輪通過連接塊相互連接，吸附機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)接附板與鏈條連接。本發(fā)明中，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是直線電機(jī)通過電機(jī)法蘭固定在機(jī)架上，直線電機(jī)伸出軸通過連接叉桿與L型轉(zhuǎn)接軸連接，L型轉(zhuǎn)接軸分別與從動軸和導(dǎo)向輪連接。本發(fā)明中，機(jī)架是構(gòu)成機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，它為行走模塊、磨拋執(zhí)行模塊提供基體。由于鏈條和吸盤均為非剛性件，在機(jī)架上安裝了四個萬向輪作為機(jī)器人本體支承。本發(fā)明中，磨拋執(zhí)行模塊的結(jié)構(gòu)是由兩自由度線性模組構(gòu)成進(jìn)給機(jī)構(gòu)，水平進(jìn)給線性模組固定在機(jī)架上，垂直進(jìn)給線性模組通過滑塊與水平進(jìn)給線性模組連接，磨拋機(jī)構(gòu)通過滑塊與垂直進(jìn)給模組連接。本發(fā)明中，磨拋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是磨拋工具安裝在夾持塊上，夾持塊通過銷軸與夾持框架連接，直線電機(jī)安裝在電機(jī)法蘭上，電機(jī)法蘭通過銷軸與夾持框架連接，直線電機(jī)伸出軸通過桿端軸承與夾持塊連接。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，為大型結(jié)構(gòu)件磨拋加工設(shè)備開發(fā)提供了新的技術(shù)思路， 利用移動機(jī)器人技術(shù)，充分發(fā)揮可移動式機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、活動空間限制少和操縱靈活的特點(diǎn)，克服了固定式磨拋裝備加工范圍局限、缺乏柔性和成本高的缺點(diǎn)。本發(fā)明研制大型結(jié)構(gòu)件焊縫自主磨拋機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對大型結(jié)構(gòu)件，如軌道客車車體，焊縫進(jìn)行自主磨拋加工， 大大降低手工磨拋的勞動強(qiáng)度，提高加工柔性和效率。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的前視圖； 圖3是圖1的后視圖； 圖4是本發(fā)明行走模塊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明真空吸盤吸附機(jī)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明磨拋執(zhí)行模塊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本發(fā)明磨拋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式行走模塊1、磨拋執(zhí)行模塊2分別和機(jī)架3連接。其中，行走模塊1的結(jié)構(gòu)是主動軸102和從動軸104固定在機(jī)架3上，直流步進(jìn)減速電機(jī)101固定在機(jī)架上，通過齒輪副103與主動軸102連接，驅(qū)動輪109與導(dǎo)向輪106 分別與主動軸102和從動軸104連接，履帶結(jié)構(gòu)由纏繞在驅(qū)動輪109和導(dǎo)向輪106上的帶附板側(cè)彎鏈108構(gòu)成，真空吸盤吸附機(jī)構(gòu)5通過附板與鏈條108連接，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4固定在機(jī)架3上，并分別與從動軸104和導(dǎo)向輪106連接。其中，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4的結(jié)構(gòu)是直線電機(jī)404通過電機(jī)法蘭403固定在機(jī)架3上，直線電機(jī)404伸出軸通過連接叉桿402與L型轉(zhuǎn)接軸401連接，L型轉(zhuǎn)接軸401分別與從動軸104和導(dǎo)向輪106連接。其中，真空吸盤吸附機(jī)構(gòu)5的結(jié)構(gòu)是吸盤提升擋塊105和機(jī)械閥開關(guān)導(dǎo)軌107固定在機(jī)架3上，吸盤501、機(jī)械閥502和軌跡滾輪503通過連接塊505相互連接，吸附機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)接附板504與鏈條108連接。其中，磨拋執(zhí)行模塊2的結(jié)構(gòu)是由兩自由度線性模組構(gòu)成進(jìn)給機(jī)構(gòu)，水平進(jìn)給線性模組202固定在機(jī)架3上，垂直進(jìn)給線性模組201通過滑塊與水平進(jìn)給線性模組202連接，磨拋機(jī)構(gòu)6通過滑塊與垂直進(jìn)給模組201連接。其中，磨拋機(jī)構(gòu)6的結(jié)構(gòu)是磨拋工具605安裝在夾持塊606上，夾持塊606通過銷軸與夾持框架604連接，直線電機(jī)603安裝在電機(jī)法蘭602上，電機(jī)法蘭602通過銷軸與夾持框架604連接，直線電機(jī)603伸出軸通過桿端軸承601與夾持塊606連接。機(jī)架3是構(gòu)成機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)。它為行走模塊、磨拋執(zhí)行模塊提供基體。由于鏈條和吸盤均為非剛性件，在機(jī)架上安裝了四個萬向輪作為機(jī)器人本體支承。行走模塊是機(jī)器人移動的執(zhí)行者，磨拋執(zhí)行模塊是磨拋加工的執(zhí)行者。行走模塊和磨拋執(zhí)行模塊安裝在機(jī)架上。行走模塊通過視覺檢測系統(tǒng)對焊縫的定位和跟蹤，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿焊縫軌跡移動。磨拋執(zhí)行模塊實(shí)現(xiàn)磨拋工具的進(jìn)給運(yùn)動和對工作表面焊縫的磨拋。 行走模塊和磨拋執(zhí)行模塊協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對大型結(jié)構(gòu)件焊縫的磨拋處理。該行走模塊的工作原理是機(jī)器人的運(yùn)動驅(qū)動由步進(jìn)減速電機(jī)經(jīng)齒輪副傳到主動軸，鏈條纏繞驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪形成履帶結(jié)構(gòu)，在行走過程中，吸盤機(jī)構(gòu)隨著鏈條滾動依次吸附放開，由此實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為直線電機(jī)通過電機(jī)法蘭固定在機(jī)架上，直線電機(jī)伸出軸通過連接叉桿與L型轉(zhuǎn)接軸連接，L型轉(zhuǎn)接軸分別與從動軸和導(dǎo)向輪連接。直線電機(jī)、從動軸和L型轉(zhuǎn)接軸形成平行四邊形機(jī)構(gòu)，隨著直線電機(jī)伸出軸的伸縮，導(dǎo)向輪可以發(fā)生一定偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)向輪帶動其上纏繞的側(cè)彎鏈，側(cè)彎鏈隨導(dǎo)向輪偏轉(zhuǎn)，同時(shí)這部分鏈條上的吸盤可以偏轉(zhuǎn)一定的角度。隨著機(jī)器人的連續(xù)移動，機(jī)器人可以逐漸改變其運(yùn)動方向。 控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制驅(qū)動電機(jī)和直線電機(jī)相互配合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對焊縫的跟蹤。該真空吸盤吸附機(jī)構(gòu)的工作原理是吸盤提升擋塊是為了避免吸盤在滾動過程中發(fā)生卷摺，在吸盤滾入前，軌跡滾輪作用在提升擋塊上，將吸盤組件相對于工作表面提升一段距離，使吸盤邊緣避開了工作表面，在吸盤進(jìn)入吸附位置后，吸盤組件在彈簧作用下恢復(fù)，并進(jìn)入吸附狀態(tài)。吸盤采用機(jī)械閥控制，當(dāng)吸盤進(jìn)入吸附位置，固定在機(jī)架上的機(jī)械閥開啟導(dǎo)軌將機(jī)械閥頂柱壓下，機(jī)械閥與真空系統(tǒng)接通，吸盤吸氣工作。當(dāng)吸盤離開吸附位置時(shí)，機(jī)械閥脫離機(jī)械閥開關(guān)機(jī)導(dǎo)軌，頂柱復(fù)原，機(jī)械閥與大氣導(dǎo)通，吸盤斷氣。吸盤隨履帶滾動做交替吸附。磨拋執(zhí)行模塊的工作原理是線性模組分別由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，水平進(jìn)給線性模組和垂直進(jìn)給線性模組分別通過電機(jī)驅(qū)動絲杠，實(shí)現(xiàn)磨拋機(jī)構(gòu)的水平進(jìn)給和垂直進(jìn)給。磨拋機(jī)構(gòu)中，通過直線電機(jī)伸出軸的伸縮帶動磨拋工具繞著銷軸擺動，可以對非平面上的焊縫進(jìn)行磨拋。在控制系統(tǒng)的控制下，水平進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)、垂直進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)和直線電機(jī)相互協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)磨拋工具對焊縫的磨拋。
權(quán)利要求
1.一種大型結(jié)構(gòu)件焊縫自主磨拋機(jī)器人，其特征在于行走模塊和磨拋執(zhí)行模塊分別與機(jī)架連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型結(jié)構(gòu)件焊縫自主磨拋機(jī)器人，其特征在于行走模塊的結(jié)構(gòu)是主動軸和從動軸固定在機(jī)架上，直流步進(jìn)減速電機(jī)固定在機(jī)架上，通過齒輪副與主動軸連接，驅(qū)動輪與導(dǎo)向輪分別與主動軸和從動軸連接，履帶結(jié)構(gòu)由纏繞在驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪上的帶附板側(cè)彎鏈構(gòu)成，真空吸盤吸附機(jī)構(gòu)通過附板與鏈條連接，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架上，并分別與從動軸和導(dǎo)向輪連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型結(jié)構(gòu)件焊縫自主磨拋機(jī)器人，其特征在于真空吸盤吸附機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是吸盤提升擋塊和機(jī)械閥開關(guān)導(dǎo)軌固定在機(jī)架上，吸盤、機(jī)械閥和軌跡滾輪通過連接塊相互連接，吸附機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)接附板與鏈條連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型結(jié)構(gòu)件焊縫自主磨拋機(jī)器人，其特征在于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是直線電機(jī)通過電機(jī)法蘭固定在機(jī)架上，直線電機(jī)伸出軸通過連接叉桿與L型轉(zhuǎn)接軸連接，L型轉(zhuǎn)接軸分別與從動軸和導(dǎo)向輪連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型結(jié)構(gòu)件焊縫自主磨拋機(jī)器人，其特征在于磨拋執(zhí)行模塊的結(jié)構(gòu)是由兩自由度線性模組構(gòu)成進(jìn)給機(jī)構(gòu)，水平進(jìn)給線性模組固定在機(jī)架上，垂直進(jìn)給線性模組通過滑塊與水平進(jìn)給線性模組連接，磨拋機(jī)構(gòu)通過滑塊與垂直進(jìn)給模組連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大型結(jié)構(gòu)件焊縫自主磨拋機(jī)器人，其特征在于磨拋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是磨拋工具安裝在夾持塊上，夾持塊通過銷軸與夾持框架連接，直線電機(jī)安裝在電機(jī)法蘭上，電機(jī)法蘭通過銷軸與夾持框架連接，直線電機(jī)伸出軸通過桿端軸承與夾持塊連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大型結(jié)構(gòu)件焊縫自主磨拋機(jī)器人，屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。行走模塊和磨拋執(zhí)行模塊與機(jī)架連接，主動軸和從動軸固定在機(jī)架上，驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪分別與主動軸和從動軸連接，履帶結(jié)構(gòu)通過履帶附板與吸盤吸附機(jī)構(gòu)連接，轉(zhuǎn)向裝置由固定在機(jī)架上的直線電機(jī)和從動軸構(gòu)成，磨拋執(zhí)行模塊由兩自由度線性模組構(gòu)成的磨拋進(jìn)給機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架上，磨拋機(jī)構(gòu)與垂直進(jìn)給模組通過絲杠螺母和滑塊連接。本機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)對大型結(jié)構(gòu)件焊縫進(jìn)行自主磨拋加工，大大降低人工處理的人力成本和工人的勞動強(qiáng)度，提高加工柔性。
文檔編號B24B9/04GK102189459SQ20111009541
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月17日
發(fā)明者冀世軍, 張雷, 曲興田, 王昕 , 趙繼, 邵奎偉 申請人:吉林大學(xué)