[發明專利]可模型解耦的三臂桿五自由度平移焊接機器人及其解耦方法

有效

• 申請號: 201310715531.4
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103692433A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 富巍;周承仙;陳彥
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/04;B23K37/00
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 麻艷

1.一種可模型解耦的三臂桿五自由度平移焊接機器人，其特征在于：包括平移行走機構以及可在平移行走機構上按一定軌跡行走的機械手臂，該機械手臂為三臂桿五自由度機構。

2.根據權利要求1所述的可模型解耦的三臂桿五自由度平移焊接機器人，其特征在于：所述機械手臂包括基座以及五個旋轉裝置，其中第一旋轉裝置直接安裝在所述基座上，而五個旋轉裝置從基座到末端依次為第一旋轉裝置為轉動自由度、第二、三旋轉裝置為俯仰自由度、第四旋轉裝置為轉動自由度、第五旋轉裝置為俯仰自由度，這樣第二、三自由度之間構成第一臂桿，第三、五自由度之間構成第二臂桿，第五自由度到末端構成第三臂桿，從而構成三臂桿五自由度機構。

3.根據權利要求2所述的可模型解耦的三臂桿五自由度平移焊接機器人及其解耦方法，其特征在于：所述的五個旋轉裝置的具體結構均相同，其包括伺服電機、電機自帶的增量編碼器、用于固定電機的固定板、與電機輸出軸聯接的轉接軸以及安裝在該轉接軸末端的絕對編碼器，該絕對編碼器通過L形安裝板進行固定，而該L形安裝板則固定在所述固定板上，所述的轉接軸上還安裝有活動板；各旋轉裝置通過共用固定板或者活動板、或者相鄰裝置的固定板與活動板連接，以實現各連接裝置的連接。

4.根據權利要求1-3之一所述的可模型解耦的三臂桿五自由度平移焊接機器人，其特征在于：所述平移行走機構的行走軌跡與焊縫的軌跡保持平行。

5.根據權利要求1-3之一所述的可模型解耦的三臂桿五自由度平移焊接機器人，其特征在于：所述的平移行走機構包括底座、安裝在底座上的導軌組件、可以在導軌組件上移動的底板，分別安裝在底座上及底板上的相互嚙合的齒條及齒輪以及可帶動齒輪旋轉的電機。

6.根據權利要求5所述的可模型解耦的三臂桿五自由度平移焊接機器人，其特征在于：所述的平移行走機構還包括用以限定底板平移量的限位裝置。

7.根據權利要求1-6之一所述的可模型解耦的三臂桿五自由度平移焊接機器人的解耦方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）首先將焊接機器人解耦成一個可沿軌跡平移的“大范圍平移”模型以及一個“三臂桿五自由度機械手臂”模型；

（2）對于三臂桿五自由度機械手臂，假設焊接表面與第一自由度的坐標系｛1｝下的x₁y₁平面平行，也就是說，第三臂桿???????????????????????????????????????????????與第一自由度的始終平行，這樣第四自由度的關節角θ₄即為0；同時限位第三自由度的關節角θ₃大于0；

（3）通過步驟（2）的處理，即可通過三角幾何運算，通過焊接末端位置坐標以及三個臂桿的桿長計算出第一、第二及第三自由度的關節角θ₁、θ₂、θ₃，并由θ₂和θ₃計算得出第五自由度的關節角θ₅；

（4）當焊接表面不與第一自由度的坐標系｛1｝下的x₁y₁平面平行時，改變，并使，使焊接末端對準焊接表面，將步驟（3）計算而得的減去一個Δ，Δ，這樣第三臂桿相當于在半球的下方運動，稱之為一臂桿球狀運動；這樣，所述的三臂桿五自由度機構手臂就被解耦為“兩臂桿的三角運動”模型以及“一臂桿球狀運動”模型的疊加；

（5）通過上述步驟（2）至步驟（4）求得末端姿態對應的關節角變量，再由5個伺服電機聯動控制到位就可以實現焊接工作。

8.根據權利要求7所述的可模型解耦的三臂桿五自由度平移焊接機器人的解耦方法，其特征在于：所述步驟（4）中，在一次焊接過程中，與Δ一直保持不變，也就是保持焊槍始終垂直對準焊接表面。