专利名称：悬臂式水火加工机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于大挠度曲面钢板自动化加工的悬臂式水火加工机器人，其属于船舶与海洋结构物制造和金属材料热加工成型领域。
背景技术：
船体复杂曲面外板大多是由三维不可展曲面构成，将平面钢板加工成船体曲面形状，需要对其进行水火加工达到成型要求。目前国内外开发的曲面钢板水火加工自动化加工设备大多是采用龙门式的大型机构，适合于加工大型且小挠度的曲面钢板，但是对于挠度较大且面积较小的钢板，如船体艏艉部外板等，则当前的龙门式加工设备存在机构灵活度不够、垂直方向加工作业空间不够等缺点，加工头容易与钢板发生碰撞，并且加工这种小型钢板对于大型设备来说利用效率也不高。
发明内容
为了解决加工船体艏艉部外板这种小型钢板的生产效率，弥补目前大型龙门式钢板水火加工自动化设备的不足，本发明提供了一种悬臂式水火加工机器人，该机器人应采用电气控制和机械传动相结合、能够自由移动、悬臂式机构和水火加工系统相结合。该机器人还应结构简单，操作方便，生产效率高，具有较高的灵活度和较大的垂直方向作业空间。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种悬臂式水火加工机器人，在底盘上安装一个转塔；一个四角用铰链连接的第一平行四边形机构经二个第一销轴与转塔成铰链连接，第一支撑机构一端经第一撑杆销轴与转塔成铰链连接，另一端经第二撑杆销轴与第一平行四边形机构成铰链连接；一个四角用铰链连接的第二平行四边形机构经二个第二销轴和第一连接板与第一平行四边形机构成铰链连接，第二支撑机构一端经第三撑杆销轴与第一平行四边形机构成铰链连接，另一端经第四撑杆销轴与第二平行四边形机构成铰链连接；第二连接板的下端设有一个垂直升降机构，一个机械手与垂直升降机构连接。
所述的转塔采用一个能使转塔旋转360度的驱动机构。该驱动机构采用蜗杆蜗轮传动，一个转轴下端设有安装在轴承座中的轴向推力轴承和径向轴承，上端设有由大蜗杆驱动的大蜗轮并与转塔紧固在一起。
所述的第一平行四边形机构采用二个第一臂杆与转塔和第一连接板成铰链连接。第二平行四边形机构采用二个第二臂杆与第一连接板和第二连接板成铰链连接。
所述的第一支撑机构采用第一步进电机驱动第一滚珠丝杠，第一滚珠丝杠与位于第一撑杆端部的第一滚珠螺母相配合。第二支撑机构采用第二步进电机驱动第二滚珠丝杠，第二滚珠丝杠与位于第二撑杆端部的第二滚珠螺母相配合。
所述的垂直升降机构采用步进电机经小蜗杆驱动小蜗轮，小蜗轮驱动与其相配合的小滚珠丝杠，小滚珠丝杠驱动与其相配合的滑块，使滑块在滑板上滑行。滑块与由火焰喷嘴和喷水管组成的机械手连接在一起。
所述的底盘采用四轮式移动机构，用第二电机经一个差速器驱动二个车轮移动，用方向盘经转向器驱动另二个车轮转向。底盘也可采用履带式移动机构或轨道式移动机构。
本发明的有益效果是这种悬臂式水火加工机器人采用了移动式底盘、转塔、悬臂式机构和可垂直升降的机械手，增加了该机器人的运动灵活度和垂直方向的作业空间，并且具有垂直方向上所占空间小的优点。机械臂的所有关节均为旋转关节，其作业空间大，关节易于密封防尘。使得该机器人结构简单、整机尺寸小、重量轻、便于移动、操作灵活、工作可靠、加工精度高，能满足各种板材被加工成所要求曲面，生产效率高。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是一种悬臂式水火加工机器人的结构图。
图2是机械手和垂直升降机构的结构图。
图3是图1中转塔驱动机构的A-A剖视图。
图中1、火焰喷嘴，1a、喷水管，1b、乙炔胶管，1c、氧气胶管，2、步进电机，2a、小蜗杆，2b、小蜗轮，2c、小滚珠丝杠，2d、滑块，2e、滑板，3、第二连接板，3a、第三销轴，4、第二臂杆，4a、第二销轴，4b、第一连接板，4c、第四撑杆销轴，5、第二步进电机，5a、第二滚珠丝杠，5b、第二滚珠螺母，5c、第二撑杆，6、第一臂杆，6a、第一销轴，6b、第二撑杆销轴，6c、第三撑杆销轴，6d、衬套，7、第一步进电机，7a、第一滚珠丝杠，7b、第一滚珠螺母，7c、第一撑杆，8、转塔，8a、第一撑杆销轴，8b、衬套，8c、立板，9、大蜗轮，9a、大蜗杆，9b、蜗杆轴承，9c、第一电机，10、转轴，10a、螺母，11、压盖，12、轴承座，13、径向球轴承，13a、推力球轴承，14、底盘，14a、纵梁，15、第二电机，16、差速器，17、车轮，18、转向器，19、方向盘，20、电气控制箱。
具体实施例方式
在图1、2、3所示的实施例中，悬臂式水火加工机器人的底盘14采用四轮式移动机构，用第二电机15经一个差速器16驱动二个车轮17移动，用方向盘19经转向器18驱动另二个车轮17转向。第二电机15为直流电动机，采用电瓶作为电源。
一个轴承座12固定在底盘14上。转轴10的下端设有二个径向球轴承13和一个轴向推力球轴承13a并安装在轴承座12中，三个轴承的内圈之间都设有隔套并用压盖11封闭；转轴10的上端设有由大蜗杆9a驱动的大蜗轮9，并用螺母10a与转塔8紧固在一起。
转塔8的下部设有一个电气控制箱20，上部与一个四角用铰链连接的第一平行四边形机构和第一支撑机构成铰链连接。第一平行四边形机构采用二个第一臂杆6与转塔8和第一连接板4b经第二销轴4a和第一销轴6a成铰链连接。第一支撑机构一端经第一撑杆销轴8a与转塔8成铰链连接，另一端经第二撑杆销轴6b与第一平行四边形机构成铰链连接；第一支撑机构采用第一步进电机7驱动第一滚珠丝杠7a，第一滚珠丝杠7a与位于第一撑杆7c端部的第一滚珠螺母7b相配合。第一支撑机构能使第一平行四边形机构相对于转塔8转动90度角。
一个四角用铰链连接的第二平行四边形机构经二个第二销轴4a和第一连接板4b与第一平行四边形机构成铰链连接，第二平行四边形机构采用二个第二臂杆4与第一连接板4b和第二连接板3经第二销轴4a和第三销轴3a成铰链连接。第二支撑机构一端经第三撑杆销轴6c与第一平行四边形机构成铰链连接，另一端经第四撑杆销轴4c与第二平行四边形机构成铰链连接；第二支撑机构采用第二步进电机5驱动第二滚珠丝杠5a，第二滚珠丝杠5a与位于第二撑杆5c端部的第二滚珠螺母5b相配合。第二支撑机构能使第二平行四边形机构相对于第一平行四边形机构转动90度角。
在图2中，第二连接板3的下端设有一个垂直升降机构，一个机械手与垂直升降机构连接。垂直升降机构采用步进电机2经小蜗杆2a驱动小蜗轮2b，小蜗轮2b驱动与其相配合的小滚珠丝杠2c，小滚珠丝杠2c驱动与其相配合的滑块2d，使滑块2d在滑板2e上滑行。滑块2d与机械手连接在一起，机械手由火焰喷嘴1和喷水管1a组成，火焰喷嘴1还连接乙炔胶管1b和氧气胶管1c。
在图3中，在底盘14的下平面的左右侧各设了一个纵粱14a，车轮17的主轴就悬挂在纵粱14a上。第一电机9c经蜗杆轴承9b驱动大蜗杆9a。二个第一销轴6a把二个第一臂杆6铰链连接到转塔8的二个立板8c之间，在第一臂杆6二侧的第一销轴6a上均设有衬套6d。同样，第一撑杆销轴8a把第一撑杆铰链连接到转塔8的二个立板8c之间，在第一撑杆二侧的第一撑杆销轴8a上均设有衬套8b。
权利要求
1.一种悬臂式水火加工机器人；其特征在于在底盘(14)上安装一个转塔(8)；一个四角用铰链连接的第一平行四边形机构经二个第一销轴(6a)与转塔(8)成铰链连接，第一支撑机构一端经第一撑杆销轴(8a)与转塔(8)成铰链连接，另一端经第二撑杆销轴(6b)与第一平行四边形机构成铰链连接；一个四角用铰链连接的第二平行四边形机构经二个第二销轴(4a)和第一连接板(4b)与第一平行四边形机构成铰链连接，第二支撑机构一端经第三撑杆销轴(6c)与第一平行四边形机构成铰链连接，另一端经第四撑杆销轴(4c)与第二平行四边形机构成铰链连接；第二连接板(3)的下端设有一个垂直升降机构，一个机械手与垂直升降机构连接。
2.据权利要求1所述的悬臂式水火加工机器人；其特征在于所述的转塔(8)采用一个能使转塔(8)旋转360度的驱动机构。
3.据权利要求2所述的悬臂式水火加工机器人；其特征在于所述的驱动机构采用蜗杆蜗轮传动，一个转轴(10)下端设有安装在轴承座(12)中的轴向推力轴承和径向轴承，上端设有由大蜗杆(9a)驱动的大蜗轮(9)并与转塔(8)紧固在一起。
4.据权利要求1所述的悬臂式水火加工机器人；其特征在于所述的第一平行四边形机构采用二个第一臂杆(6)与转塔(8)和第一连接板(4b)成铰链连接。
5.据权利要求1所述的悬臂式水火加工机器人；其特征在于所述的第二平行四边形机构采用二个第二臂杆(4)与第一连接板(4b)和第二连接板(3)成铰链连接。
6.据权利要求1所述的悬臂式水火加工机器人；其特征在于所述的第一支撑机构采用第一步进电机(7)驱动第一滚珠丝杠(7a)，第一滚珠丝杠(7a)与位于第一撑杆(7c)端部的第一滚珠螺母(7b)相配合。
7.据权利要求1所述的悬臂式水火加工机器人；其特征在于所述的第二支撑机构采用第二步进电机(5)驱动第二滚珠丝杠(5a)，第二滚珠丝杠(5a)与位于第二撑杆(5c)端部的第二滚珠螺母(5b)相配合。
8.据权利要求1所述的悬臂式水火加工机器人；其特征在于所述的垂直升降机构采用步进电机(2)经小蜗杆(2a)驱动小蜗轮(2b)，小蜗轮(2b)驱动与其相配合的小滚珠丝杠(2c)，小滚珠丝杠(2c)驱动与其相配合的滑块(2d)，使滑块(2d)在滑板(2e)上滑行。
9.据权利要求8所述的悬臂式水火加工机器人；其特征在于所述滑块(2d)与由火焰喷嘴(1)和喷水管(1a)组成的机械手连接在一起。
10.据权利要求1所述的悬臂式水火加工机器人；其特征在于所述的底盘(14)采用四轮式移动机构，用第二电机(15)经一个差速器(16)驱动二个车轮(17)移动，用方向盘(19)经转向器(18)驱动另二个车轮(17)转向。
11.据权利要求1所述的悬臂式水火加工机器人；其特征在于所述的底盘(14)采用履带式移动机构或轨道式移动机构。
全文摘要
一种适用于大挠度曲面钢板自动化加工的悬臂式水火加工机器人，其属于船舶与海洋结构物制造和金属材料热加工成型领域。这种悬臂式水火加工机器人采用了移动式底盘、转塔、悬臂式机构和可垂直升降的机械手，增加了该机器人的运动灵活度和垂直方向的作业空间，并且具有垂直方向上所占空间小的优点。机械臂的所有关节均为旋转关节，其作业空间大，关节易于密封防尘。使得该机器人结构简单、整机尺寸小、重量轻、便于移动、操作灵活、工作可靠、加工精度高，能满足各种板材被加工成所要求的曲面，生产效率高。
文档编号B25J5/00GK101049690SQ200710011138
公开日2007年10月10日 申请日期2007年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者汪骥, 刘玉君, 纪卓尚, 邓燕萍 申请人:大连理工大学