[發(fā)明專利]一種焊接機械手及其路徑學(xué)習(xí)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710140460.8
• 申請日: 2017-03-04
• 公開（公告）號: CN106863303A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安培亮;王曉英;安宏亮
• 申請（專利權(quán)）人: 安凱
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B23K37/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種焊接機械手及其路徑學(xué)習(xí)方法。

背景技術(shù)

焊接機器人具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定，改善工人勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率等特點，廣泛應(yīng)用于汽車、通用機械、工程機械、兵器工業(yè)和金屬結(jié)構(gòu)等行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界在役的工業(yè)機器人中大約有一半用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。目前我國應(yīng)用的焊接機器人90％以上是從世界各知名機器人廠家生產(chǎn)的，主要應(yīng)用在汽車制造業(yè)。預(yù)計未來幾年，國內(nèi)企業(yè)對焊接機器人的需求量將以30％以上的速度增長。從國外進口的焊接機械手品牌功能強大，精確度高，但是價格昂貴，在一些焊接車間，焊接機械手只是反復(fù)完成一個簡單、單一的動作。采用昂貴的焊接機器人顯然成本過高，根據(jù)所從事的具體工作，有針對性地研制一種既可以降低生產(chǎn)成本，又可以提高焊接精度的機械手十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明了一種焊接機械手，該機械手由5個關(guān)節(jié)構(gòu)成，其中3個關(guān)節(jié)用于跟蹤末端執(zhí)行器的位置，另外2個關(guān)節(jié)用于調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)。第5個關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器之間通過可伸縮的桿件連接，以保證焊條和焊縫之間的緊密接觸。焊接之前，夾在機械手末端執(zhí)行器上的焊條依照焊接時的姿態(tài)，端點從焊縫的始點移動到終點，同時，安裝在關(guān)節(jié)處的編碼器采集各關(guān)節(jié)的角位移，并將采集數(shù)據(jù)送計算機處理，計算機依據(jù)各關(guān)節(jié)角位移數(shù)據(jù)規(guī)劃出機械手路徑，并控制機械手沿此路徑完成焊縫的焊接。

附圖說明

圖1是5關(guān)節(jié)機械臂結(jié)構(gòu)及其各關(guān)節(jié)坐標系示意圖，圖中，各坐標系均為右手系；Z₁，Y₂，Y₃，Y₄，Z₅與相應(yīng)的轉(zhuǎn)軸平行；Y₁，X₂，X₃，Y₄，X₅與相應(yīng)的鏈桿平行；圖2是前端帶有滑動伸縮桿的末端執(zhí)行器示意圖。

標號說明：

1滑動箱，2滑動塊，3滑動桿，4彈簧，5末端執(zhí)行器

具體實施方式

機械臂的結(jié)構(gòu)如圖1所示。以O(shè)表示坐標系X₀Y₀Z₀的原點，O₁，…，O₅分別表示第1，2，…，5個坐標系的原點，若無特別申明，長度、時間、角度、速度和角速度分別以毫米、秒、弧度、毫米/秒和弧度/秒為單位，且假定

|OO₁|＝d₁，|O₂O₃|＝a₁，|O₃O₄|＝a₂

O₅在X₁Z₁平面內(nèi)，O₅與夾在末端執(zhí)行器(5)上的焊條端點的距離為a₃。

5個關(guān)節(jié)上安裝電機和編碼器，編碼器用于測量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度，測量結(jié)果通過數(shù)據(jù)線送計算機記錄。第5個關(guān)節(jié)帶有滑動伸縮桿以保證焊條與工件的接觸。滑動箱(1)是一個帶有立方體空腔的圓柱，一端與電機轉(zhuǎn)軸固連，另一端與滑動桿(3)滑動連接；滑動桿(3)的一端與滑動箱(1)空腔內(nèi)的滑動塊(2)連接，另一端穿過彈簧(4)與末端執(zhí)行器(5)連接。

以θ₁，θ₂，…，θ₅分別表示第1，2，…，5個關(guān)節(jié)的角位移，則O₅在坐標系X₀Y₀Z₀中的坐標為

焊條端點在坐標系X₅Y₅Z₅中的坐標為

記關(guān)節(jié)角向量Θ＝(θ₁，θ₂，…，θ₅)^T，則焊條端點在坐標系X₀Y₀Z₀中的坐標為

對于每一條焊縫，只要在其上采集足夠稠密的點及其對應(yīng)的坐標向量，通過各關(guān)節(jié)角在相鄰的兩個坐標向量的對應(yīng)分量之間的均勻變化就可以足夠精確地確定一條焊縫路徑。為此，依照焊接時的姿態(tài)，將焊條端點從焊縫的始點移動到終點，同時各關(guān)節(jié)上的編碼器以采樣周期T采集關(guān)節(jié)角位移向量，可以得到

i＝0，1，…，n