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

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種大型結構件焊縫自主磨拋機器人，以解決手工磨拋存在的費時、 費力、效率低下，且難以保證形狀精度，加工質量不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明采用的技術方案是行走模塊和磨拋執(zhí)行模塊分別與機架連接。本發(fā)明中，行走模塊的結構是主動軸和從動軸固定在機架上，直流步進減速電機固定在機架上，通過齒輪副與主動軸連接，驅動輪與導向輪分別與主動軸和從動軸連接，履帶結構由纏繞在驅動輪和導向輪上的帶附板側彎鏈構成，真空吸盤吸附機構通過附板與鏈條連接，轉向機構固定在機架上，并分別與從動軸和導向輪連接。本發(fā)明中，真空吸盤吸附機構的結構是吸盤提升擋塊和機械閥開關導軌固定在機架上，吸盤、機械閥和軌跡滾輪通過連接塊相互連接，吸附機構通過轉接附板與鏈條連接。本發(fā)明中，轉向機構的結構是直線電機通過電機法蘭固定在機架上，直線電機伸出軸通過連接叉桿與L型轉接軸連接，L型轉接軸分別與從動軸和導向輪連接。本發(fā)明中，機架是構成機器人的基本結構，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，在機架上安裝了四個萬向輪作為機器人本體支承。本發(fā)明中，磨拋執(zhí)行模塊的結構是由兩自由度線性模組構成進給機構，水平進給線性模組固定在機架上，垂直進給線性模組通過滑塊與水平進給線性模組連接，磨拋機構通過滑塊與垂直進給模組連接。本發(fā)明中，磨拋機構的結構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，直線電機安裝在電機法蘭上，電機法蘭通過銷軸與夾持框架連接，直線電機伸出軸通過桿端軸承與夾持塊連接。本發(fā)明優(yōu)點是結構新穎，為大型結構件磨拋加工設備開發(fā)提供了新的技術思路， 利用移動機器人技術，充分發(fā)揮可移動式機器人結構緊湊、活動空間限制少和操縱靈活的特點，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。本發(fā)明研制大型結構件焊縫自主磨拋機器人，實現對大型結構件，如軌道客車車體，焊縫進行自主磨拋加工， 大大降低手工磨拋的勞動強度，提高加工柔性和效率。


圖1是本發(fā)明結構示意圖； 圖2是圖1的前視圖； 圖3是圖1的后視圖； 圖4是本發(fā)明行走模塊結構示意圖； 圖5是本發(fā)明轉向機構示意圖； 圖6是本發(fā)明真空吸盤吸附機構示意圖； 圖7是本發(fā)明磨拋執(zhí)行模塊結構示意圖； 圖8是本發(fā)明磨拋機構結構示意圖。
具體實施例方式行走模塊1、磨拋執(zhí)行模塊2分別和機架3連接。其中，行走模塊1的結構是主動軸102和從動軸104固定在機架3上，直流步進減速電機101固定在機架上，通過齒輪副103與主動軸102連接，驅動輪109與導向輪106 分別與主動軸102和從動軸104連接，履帶結構由纏繞在驅動輪109和導向輪106上的帶附板側彎鏈108構成，真空吸盤吸附機構5通過附板與鏈條108連接，轉向機構4固定在機架3上，并分別與從動軸104和導向輪106連接。其中，轉向機構4的結構是直線電機404通過電機法蘭403固定在機架3上，直線電機404伸出軸通過連接叉桿402與L型轉接軸401連接，L型轉接軸401分別與從動軸104和導向輪106連接。其中，真空吸盤吸附機構5的結構是吸盤提升擋塊105和機械閥開關導軌107固定在機架3上，吸盤501、機械閥502和軌跡滾輪503通過連接塊505相互連接，吸附機構通過轉接附板504與鏈條108連接。其中，磨拋執(zhí)行模塊2的結構是由兩自由度線性模組構成進給機構，水平進給線性模組202固定在機架3上，垂直進給線性模組201通過滑塊與水平進給線性模組202連接，磨拋機構6通過滑塊與垂直進給模組201連接。其中，磨拋機構6的結構是磨拋工具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603安裝在電機法蘭602上，電機法蘭602通過銷軸與夾持框架604連接，直線電機603伸出軸通過桿端軸承601與夾持塊606連接。機架3是構成機器人的基本結構。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，在機架上安裝了四個萬向輪作為機器人本體支承。行走模塊是機器人移動的執(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)行模塊安裝在機架上。行走模塊通過視覺檢測系統對焊縫的定位和跟蹤，實現機器人沿焊縫軌跡移動。磨拋執(zhí)行模塊實現磨拋工具的進給運動和對工作表面焊縫的磨拋。 行走模塊和磨拋執(zhí)行模塊協同作用，實現對大型結構件焊縫的磨拋處理。該行走模塊的工作原理是機器人的運動驅動由步進減速電機經齒輪副傳到主動軸，鏈條纏繞驅動輪和導向輪形成履帶結構，在行走過程中，吸盤機構隨著鏈條滾動依次吸附放開，由此實現機器人的運動功能。轉向機構為直線電機通過電機法蘭固定在機架上，直線電機伸出軸通過連接叉桿與L型轉接軸連接，L型轉接軸分別與從動軸和導向輪連接。直線電機、從動軸和L型轉接軸形成平行四邊形機構，隨著直線電機伸出軸的伸縮，導向輪可以發(fā)生一定偏轉，導向輪帶動其上纏繞的側彎鏈，側彎鏈隨導向輪偏轉，同時這部分鏈條上的吸盤可以偏轉一定的角度。隨著機器人的連續(xù)移動，機器人可以逐漸改變其運動方向。 控制系統協調控制驅動電機和直線電機相互配合，實現機器人對焊縫的跟蹤。該真空吸盤吸附機構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，在吸盤進入吸附位置后，吸盤組件在彈簧作用下恢復，并進入吸附狀態(tài)。吸盤采用機械閥控制，當吸盤進入吸附位置，固定在機架上的機械閥開啟導軌將機械閥頂柱壓下，機械閥與真空系統接通，吸盤吸氣工作。當吸盤離開吸附位置時，機械閥脫離機械閥開關機導軌，頂柱復原，機械閥與大氣導通，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電機驅動，水平進給線性模組和垂直進給線性模組分別通過電機驅動絲杠，實現磨拋機構的水平進給和垂直進給。磨拋機構中，通過直線電機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行磨拋。在控制系統的控制下，水平進給步進電機、垂直進給步進電機和直線電機相互協調配合，實現磨拋工具對焊縫的磨拋。
權利要求
1.一種大型結構件焊縫自主磨拋機器人，其特征在于行走模塊和磨拋執(zhí)行模塊分別與機架連接。
2.根據權利要求1所述的大型結構件焊縫自主磨拋機器人，其特征在于行走模塊的結構是主動軸和從動軸固定在機架上，直流步進減速電機固定在機架上，通過齒輪副與主動軸連接，驅動輪與導向輪分別與主動軸和從動軸連接，履帶結構由纏繞在驅動輪和導向輪上的帶附板側彎鏈構成，真空吸盤吸附機構通過附板與鏈條連接，轉向機構固定在機架上，并分別與從動軸和導向輪連接。
3.根據權利要求2所述的大型結構件焊縫自主磨拋機器人，其特征在于真空吸盤吸附機構的結構是吸盤提升擋塊和機械閥開關導軌固定在機架上，吸盤、機械閥和軌跡滾輪通過連接塊相互連接，吸附機構通過轉接附板與鏈條連接。
4.根據權利要求2所述的大型結構件焊縫自主磨拋機器人，其特征在于轉向機構的結構是直線電機通過電機法蘭固定在機架上，直線電機伸出軸通過連接叉桿與L型轉接軸連接，L型轉接軸分別與從動軸和導向輪連接。
5.根據權利要求1所述的大型結構件焊縫自主磨拋機器人，其特征在于磨拋執(zhí)行模塊的結構是由兩自由度線性模組構成進給機構，水平進給線性模組固定在機架上，垂直進給線性模組通過滑塊與水平進給線性模組連接，磨拋機構通過滑塊與垂直進給模組連接。
6.根據權利要求5所述的大型結構件焊縫自主磨拋機器人，其特征在于磨拋機構的結構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，直線電機安裝在電機法蘭上，電機法蘭通過銷軸與夾持框架連接，直線電機伸出軸通過桿端軸承與夾持塊連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大型結構件焊縫自主磨拋機器人，屬于機械制造領域。行走模塊和磨拋執(zhí)行模塊與機架連接，主動軸和從動軸固定在機架上，驅動輪和導向輪分別與主動軸和從動軸連接，履帶結構通過履帶附板與吸盤吸附機構連接，轉向裝置由固定在機架上的直線電機和從動軸構成，磨拋執(zhí)行模塊由兩自由度線性模組構成的磨拋進給機構固定在機架上，磨拋機構與垂直進給模組通過絲杠螺母和滑塊連接。本機器人可實現對大型結構件焊縫進行自主磨拋加工，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