一种重载搅拌摩擦焊机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种重载搅拌摩擦焊机器人。它是由两个以上并联结构机器人逐级串联在一起，形成同时具有串联和并联特征的混联机器人；所述并联结构机器人均由多个独立的运动机构并联组成，所述的运动机构包括两个转动副和一个移动副；混联机器人末端的机头座上可安装搅拌摩擦焊机。本技术方案中的混联机器人兼具串联机器人灵活性高、工作空间大以及并联机器人刚度高、精度高、承载能力强、稳定性好的优点，在航空、航天、核能、船舶及车辆等涉及大型、大厚度、复杂结构装备工件的搅拌摩擦焊接方面具有广泛的应用前景。

A Heavy-duty Friction Stir Welding Robot

The invention discloses a heavy-duty friction stir welding robot. It consists of two or more parallel structure robots connected in series step by step to form a hybrid robot with both serial and parallel characteristics. The parallel structure robots are composed of several independent motion mechanisms in parallel, the motion mechanism includes two rotating pairs and one moving pair. Friction stir welding machine can be installed on the nose seat of the end of the hybrid robot. The hybrid robot in this technical scheme has the advantages of high flexibility, large workspace, high stiffness, high precision, strong bearing capacity and good stability. It has wide application prospects in friction stir welding of large, thick and complex structure equipment workpieces, such as aviation, aerospace, nuclear energy, ships and vehicles.

【技术实现步骤摘要】
一种重载搅拌摩擦焊机器人
本专利技术涉及焊接设备领域，具体地说是一种重载搅拌摩擦焊机器人。
技术介绍
机器人搅拌摩擦焊系统能够屏蔽人为干涉，有效提高焊接智能化程度、生产效率和质量稳定性。目前搅拌摩擦焊广泛采用的是传统龙门设备，只能完成直线或平面二维焊接要求，加工范围十分有限，不能适用于大型空间复杂曲面结构件的搅拌摩擦焊。因此，需改变传统搅拌摩擦焊设备的结构，使其在保持承载能力和精度要求下增大工作空间。基于搅拌摩擦焊的特点，设备在焊接过程中主要承受焊接顶锻力和前进抗力，因此要求搅拌摩擦设备具有刚性高、承载扭矩大的特点。目前，机器人搅拌摩擦焊仍局限于在传统串联机器人上加装搅拌摩擦焊末端执行器的形式，然而其刚性较低，在搅拌摩擦焊的焊接作用力下，串联机器人缺乏稳定性，这导致机器人搅拌摩擦焊的可焊厚度和焊接精度受限，因此限制了其工业应用。此外，虽然并联搅拌摩擦焊机器人的刚度和精度高，但灵活性较低，工作空间小，不适用于大型复杂结构的焊接。对于大尺寸、大厚度、复杂结构件的搅拌摩擦焊接，单独串联机器人或并联机器人均不能够理想地适应工作需求。大型空间复杂曲面结构件，尤其是较厚工件的搅拌摩擦焊要求焊接设备具有高刚性、高承载能力、高精度、高灵活性和工作空间大等特点。现有的搅拌摩擦焊机器人大多采用串联或并联结构，而串联搅拌摩擦焊机器人的刚度不足、稳定性差，并联搅拌摩擦焊机器人工作空间小灵活性差，限制了搅拌摩擦焊技术在大型空间复杂曲面结构件上的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种重载搅拌摩擦焊机器人。该装置可以适应大型空间复杂曲面结构件，尤其是较厚工件的搅拌摩擦焊要求，具备较好的稳定性，又符合较小空间对设备灵活性的要求。为实现以上技术目的，本专利技术一种重载搅拌摩擦焊机器人，是由两个以上并联结构机器人逐级串联在一起，形成同时具有串联和并联特征的混联机器人；所述并联结构机器人均由多个独立的运动机构并联组成，所述的运动机构包括两个转动副和一个移动副；混联机器人末端的机头座上可安装搅拌摩擦焊机，焊机在其内部的电主轴带动下进行焊接。上面所述并联结构机器人的数量，与实际工况需求相适应。采用上述技术方案后，本结构中的混联机器人兼具串联机器人灵活性高、工作空间大以及并联机器人刚度高、精度高、承载能力强、稳定性好的优点，同时摒弃两者的缺点，使其能够不受强焊接作用力、工件大尺寸、大厚度和复杂结构的影响，高效、精确地完成搅拌摩擦焊接工作；此外，该混联机器人具有高度模块化的结构，可根据实际工况需要调整串联机构的级数。因此，本结构在航空、航天、核能、船舶及车辆等涉及大型、大厚度、复杂结构装备工件的搅拌摩擦焊接方面具有广泛的应用前景。附图说明图1示出了本专利技术一种重载搅拌摩擦焊机器人一个实施例的结构示意图。图2示出了本专利技术一种重载搅拌摩擦焊机器人另一个实施例的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术更容易被清楚理解，以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作以详细说明。应当理解的是，本专利技术所述并联结构机器人的数量，可以根据实际工况需求而定，以下给出两个具体实施例。图1为本专利技术一种重载搅拌摩擦焊机器人一个实施例的结构示意图。是一种3级串联的混联搅拌摩擦焊机器人的结构示意图。该重载混联搅拌摩擦焊机器人将3个6TPT并联机器人机构串联在一起，构成6TPT+6TPT型串并联机构，其中，T表示转动副，P表示运动副；第一级6TPT并联机构包括机座1、一级中间平台3-1和6个相同的TPT分支；第二级6TPT并联机构包括一级中间平台3-1、二级中间平台3-2和6个相同的TPT分支；第三级6TPT并联机构包括二级中间平台3-2、机头座4和6个相同的TPT分支，搅拌摩擦焊机安装在机器人末端的机头座上。如上所述的一级、二级、三级等中间平台的上下表面均设有六个万向节安装座，每一面的安装座两两一对呈等边三角形分布在正六边形平台的三条边上，且上下表面的6对安装座不共用同一条边；底座的上表面和机头座的下表面同样设有3对万向节安装座，分布方式与中间平台的单面相同。如上所述的所有TPT分支均为常规的电动缸结构，由下端万向节2-1、运动螺杆2-2、定缸2-3、上端万向节2-4和伺服电机2-5构成单个驱动分支，每个伺服电机带动其对应的螺杆旋转，通过螺母转化为直线运动，驱使运动螺杆沿导轨做线性运动，从而实现TPT分支的独立运动。每个TPT分支的万向节分别与其对应的机头座、底座或中间平台固接。搅拌摩擦焊机头安装在机头座4上，其主要包括机架5-1、电主轴5-2和搅拌头5-3，通过电机驱动主轴转动，主轴带动搅拌头高速旋转进行焊接。图2为本专利技术一种重载搅拌摩擦焊机器人另一个实施例的结构示意图。是一种5级串联的混联搅拌摩擦焊机器人的结构示意图，该机器人在图1所示的3级串联的混联搅拌摩擦焊机器人的基础上额外串联了两级并联机构，分别通过三级中间平台3-3和四级中间平台3-4联接，该机器人设计用于对设备灵活度及工作空间需求更大的工况条件。在实际应用中，针对不同的工作空间，技术人员可以基于本项目设计具体结构尺寸和所串联的并联机构的级数。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，根据本专利技术的技术方案及其专利技术构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重载搅拌摩擦焊机器人，其特征在于：是由两个以上并联结构机器人逐级串联在一起，形成同时具有串联和并联特征的混联机器人；所述并联结构机器人均由多个独立的运动机构并联组成，所述的运动机构包括两个转动副和一个移动副；混联机器人末端的机头座上可安装搅拌摩擦焊机，焊机在其内部的电主轴带动下进行焊接。

【技术特征摘要】
1.一种重载搅拌摩擦焊机器人，其特征在于：是由两个以上并联结构机器人逐级串联在一起，形成同时具有串联和并联特征的混联机器人；所述并联结构机器人均由多个独立的运动机构并联组成，所述的运动机构包括两个转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈哲君，栾国红，赵华夏，刘伟，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11