[发明专利]一种用于不规则工件焊接的可重构模块化柔索并联机器人

说明书

本发明公开了一种用于不规则工件焊接的可重构模块化柔索并联机器人，包括有可重构轨道单元，可重构轨道单元上架设有多个间隔设置的支撑模块，支撑模块上分别通过滑动模块安装有缠线模块和机械臂支撑模块，缠线模块为两个一上一下并列设置，机械臂支撑模块上安装有机械臂模块，机械臂模块包括有吊装机械臂模块和焊接机械臂模块，吊装机械臂模块通过两根机械臂绳索吊装有圆筒吊装模块，焊接装备模块的端部安装有通过两根机械臂绳索驱动的焊接装备模块。本发明主要分为可重构轨道，焊接模块单元和吊装模块单元，通过三种模块不同组合，形成可重构模块化式的柔索并联驱动作业，使设备能够适应各种不规则工件，从而对末端进行较为准确的控制。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体是一种用于不规则工件焊接的可重构模块化柔索并联机器人。

背景技术

机器人作为人工智能技术发展的一个重要代表，在工业和生活中都扮演了重要的角色。其中焊接机器人在工程应用中有效地提高了生产效率，减小工人的劳动强度，具有很好的稳定性，但是在焊接过程中会出现气孔、焊偏等问题，在大型薄板焊接件上表现的更为突出，大型薄壁焊件一般尺寸较大，刚度低，表面形状复杂，在加工过程中常常伴随着磨损和振动等影响焊接件表面质量的因素，为了避免工件刚度低的问题，常规的数控加工普遍采用较为保守的加工参数来保证表面质量，但是降低了加工效率，难以满足对结构轻量化和整体化及结构力学性能的要求。

现有的焊接机器人多是关节型串联机器人，常见的一般为六轴焊接机器人及七轴焊接机器人，但是其工作空间往往受限，尤其是面对大型工件时灵活度大大降低，对象是不规则工件时更为突出，想要扩展其工作空间只能增加关节的数量或加长关节的长度，这会进一步增加机构的累积误差，从而降低焊接装备模块的精度。

由于串联和并联机器人存在的这些缺点，为了在工业上扩大其适用性，现有的工业机器人已出现一些采用并联的加工方式。例如申请号为202111477007.9的中国发明专利：一种化工装备模块化制造管段预制焊接方法，该机构整体采用并联方式，每个模块是一个独立的串联机械臂，但是由于机械臂占用空间面积较大，导致工作空间较小。在加工不规则形状工件时，传统的串联机械臂表现一般，所以一些发明专利在传统串联机械臂的基础上增加可移动轨道。例如申请号为202111125300.9的中国发明专利：一种适用于阀门生产制造的焊接设备和申请号为202210020126.X的中国发明专利：定位机构及焊接机器人。两项发明专利的特点均是在传统串联机械臂的基础上，采用圆形轨道配合焊接设备，在焊接过程中利用焊接设备的移动加强设备的灵活性，但由于机械臂自身的体积，依然存在工作空间较小的问题，且存在一定的累积误差。所以出现一些发明专利采用并联形式完成吊装及焊接过程。例如申请号为201410090629.X的发明专利：一种模块化可重构柔索并联机构实验平台，该发明结合圆轨道和传统柔索并联形式，增大了工作空间，但是采用单侧绳索吊装模式，刚度较低，一般用于传统的吊装作业，适用的场景有限。

综上所述，本发明旨在提高设备工作空间的同时提高设备的刚度及控制精度，使其适用性更加广泛，所以本发明设计了一种用于不规则工件焊接的可重构模块化柔索并联机器人。整体采用柔索并联的形式，既增大其工作空间，又在焊接过程中提高设备的灵活度，传统的柔索并联结构存在刚度低的问题，所以本发明中的机械臂模块采用刚柔耦合的形式提高系统的刚度。焊接模块单元采用两根绳索驱动，其中设计缠线模块使绳索在连接轴上按照特定的缠绕方式连接，有效避免驱动绳与工件的干涉。改变机械臂模块的角度可以调节单侧吊装或对拉并联两种构型，同时设计变刚度模块可以有效控制绳索的张力变化。

在加工不规则焊接件时，焊接方式采用逐层焊接，一般为由下至上，吊装模块单元用于固定被焊接件，焊接模块单元对工件进行焊接，齿轮组控制机械臂模块的角度，绳索控制焊枪的角度，配合可重构轨道就可以自由控制焊枪到达预定的位置，满足不规则工件及复杂曲面的焊接需求。

发明内容