铰接臂机器人和借助于铰接臂机器人来切削加工工件的方法技术

本发明专利技术涉及一种铰接臂机器人(1)以及一种借助于所述铰接臂机器人(1)来加工工件的方法。所述铰接臂机器人(1)包括：基座(2)；工作头接纳部(7)；多个杠杆臂(3)，所述杠杆臂设置在所述基座(2)和所述工作头接纳部(7)之间，其中，所述杠杆臂(3)借助于转动铰接件(4)彼此耦联；和工作头(8)，所述工作头设置在所述工作头接纳部(7)中，其中，所述工作头(8)包括设置在主轴壳体(13)中的工作主轴(9)，所述工作主轴至少支承在所述主轴壳体(13)中的第一支承部位(14)和第二支承部位(15)上。在所述第一支承部位(14)和所述第二支承部位(15)上分别构成有用于检测径向力(17)的至少一个传感器(16)。在两个支承部位(14、15)中的至少一个上构成有用于检测轴向力(19)的至少一个传感器(18)。

Articulated arm robot and the method of machining workpiece with the aid of articulated arm robot

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铰接臂机器人和借助于铰接臂机器人来切削加工工件的方法
本专利技术涉及一种铰接臂机器人，以及一种借助于铰接臂机器人来加工工件的方法。
技术介绍
从现有技术中已知铰接臂机器人，所述铰接臂机器人具有工作头，所述工作头具有接纳在主轴壳体中的工作主轴。加工刀具夹紧在所述工作主轴中。通过将加工刀具挤压到要加工的工件上来将力施加到铰接臂机器人上，铰接臂机器人由于所述力而轻微变形。由于铰接臂机器人的变形引起在加工工件时的不准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是，克服现有技术的缺点并且提供一种改进的铰接臂机器人，以及一种用于加工工件的改进的方法。所述目的通过根据权利要求所述的装置和方法来实现。根据本专利技术构成铰接臂机器人。铰接臂机器人包括：基座；工作头接纳部；多个杠杆臂，所述杠杆臂设置在所述基座和所述工作头接纳部之间，其中，所述杠杆臂借助于转动铰接件彼此耦联，并且每个转动铰接件构成有至少一个伺服马达，所述伺服马达用于调节在两个借助于相关的转动铰接件耦联的杠杆臂之间的角度；工作头，所述工作头设置在工作头接纳部中，其中，所述工作头包括设置在主轴壳体中的工作主轴，所述工作主轴至少支承在主轴壳体中的第一支承部位和第二支承部位上；计算单元，所述计算单元用于控制伺服马达。在第一支承部位和第二支承部位上分别构成用于检测径向力的至少一个传感器。在两个支承部位中的至少一个支承部位上构成有用于检测轴向力的至少一个传感器。根据本专利技术构成铰接臂机器人的优点在于，通过将传感器直接设置在支承部位中能够检测作用到加工刀具上的轴向负载、径向负载以及弯曲力矩。此外，设置在支承部位上的传感器具有高的检测精度，因为能够尽可能直接地测量所出现的力。在刀具中心点与传感器之间位于中间的部件的质量并且因此还有惯性是非常低的，因为在此仅涉及加工刀具本身和工作主轴。因为所述加工刀具和工作主轴具有低的质量，要考虑的质量惯性也是低的并且必要时能够一并考虑。此外适宜的可以是，所述两个支承部位通过磁体支承件形成，并且所述传感器通过如下测量装置实现，所述测量装置用于确定在磁体支承件中的场强度并且用于检测工作主轴相对于主轴壳体的偏转。在此的优点是，借助于磁体支承件能够实现加工刀具的高的转速。此外，能够在磁体支承件中精确地确定所施加的力。此外可以规定，所述工作主轴能借助于磁体支承件相对于主轴壳体被调节。在此的优点是，通过该措施，所述工作主轴能够相对于主轴壳体移动以用于补偿变形，由此能够补偿在铰接臂机器人中产生的小的变形。在此尤其有利的是，借助于磁体支承件能够仅以非常短的反应时间来补偿小的变形。此外，例如也可以设想的是，借助于磁体支承件所述工作主轴相对于主轴壳体被置于振动中，并且因此例如执行高频的轴向振动。所述轴向振动例如可以引起改进的切屑形成。在一个替代的变型方案中可以规定，所述传感器以压电元件的形式构成。呈压电元件形式的这样的传感器例如可以与传统的滚动支承件或滑动支承件组合。在又一替代的变型方案中可以规定，所述两个支承部位通过流体动力的滑动支承件形成，并且所述传感器通过如下测量装置实现，所述测量装置用于确定在支承部位中的液压并且用于检测工作主轴相对于主轴壳体的偏转，其中，所述工作主轴借助于流体动力的滑动支承件可相对于主轴壳体被调节。流体动力的滑动支承件具有用于将工作主轴相对于主轴壳体调节的可能性。流体动力的滑动支承件例如可以在使用油的情况下来驱动。此外还可以设想的是，在使用气体的情况下来驱动流体动力的滑动支承件。根据一种进一步改进方案，所述主轴壳体可以借助于线性引导件可轴向移动地接纳在工作头上。在此的优点是，例如在借助于夹紧在工作主轴中的钻头执行钻削过程时，钻头的进给运动不必借助于机器人臂进行，而是可以线性移动所述主轴壳体。由此能够提高孔的精度。此外，能够直接在支承部位的传感器上探测这样的进给运动。此外适宜的可以是，在工作头上构成有贴靠套环，所述贴靠套环设置用于贴靠在要加工的工件上，并且在贴靠套环中构成有用于检测贴靠套环对工件的贴靠力的另一传感器。在此的优点是，能够通过贴靠套环将整个工作头以预定的力挤压到要加工的工件上，由此能够使铰接臂机器人处于预应力下。在随后将加工刀具挤压到工件上时，能够确定在另一传感器上测量到的挤压力的减小，并且由此直接推断出通过加工刀具施加的挤压力。这例如可以用于与传感器中测量到的力平衡。此外可以规定，在工作头上构成振荡传感器，所述振荡传感器用于检测在工件上的振动。在此的优点是，借助于振荡传感器能够检测从加工刀具传递到工件上的振动，并且随后能够在计算单元中评估所述振荡。此外可以规定，所述振荡传感器接纳在贴靠套环中。在此的优点是，接纳在贴靠套环中的振荡传感器能够直接与工件接触。根据一个特殊的实施方案，所述振荡传感器能自由振动地接纳在工作头上，尤其是接纳在贴靠套环中，并且能够与工件耦联。在此的优点是，通过这种措施，能够耦合工作头的振动，并且因此能够检测在工件上出现的振动。根据一个有利的进一步改进方案可以规定，所述振荡传感器以加速度传感器的形式，尤其以压电传感器的形式构成，当所述振荡传感器贴靠在工件上时，能借助于所述传感器确定其自身的定向以及还有工件的振动的幅度和方向。在此的优点是，借助于这样构成的加速度传感器，不仅能够在数量上而且能够在质量上检测和评估所述工件的振动。此外，能够借助于呈加速度传感器形式的振荡传感器来检测所述振荡传感器的空间定向。在一个替代的变型方案中可以规定，所述振荡传感器以激光多普勒振动计的形式构成。在此的优点是，借助于激光多普勒振动计能够实现以无接触的方式检测工件的表面振动。根据本专利技术提出一种借助于根据本专利技术的铰接臂机器人来加工工件的方法，其中，将用于切削加工所述工件的加工刀具接纳或夹紧在工作主轴中。在将加工刀具挤压到工件上时，借助于传感器检测在支承部位中的径向力和轴向力。在计算单元中能够由此计算加工刀具对工件的挤压力。通过检测振动结合所检测到的加工刀具对工件的挤压力例如可以推断出，在切削刃上的磨损或工件特性。此外可以规定，基于所计算的加工刀具的挤压力并且基于铰接臂机器人的已知的与力相关的构件变形来计算必要的位置补偿，并且至少在伺服马达之一中实现必要的位置补偿。在此的优点是，通过考虑铰接臂机器人的与力相关的构件变形，能够提高铰接臂机器人的精度。此外可以规定，基于加工刀具的所计算的挤压力并且基于铰接臂机器人的已知的与力相关的构件变形来计算必要的位置补偿，并且至少部分地通过相对于主轴壳体调节所述工作主轴来实现必要的位置补偿。在此的优点是，通过相对于主轴壳体调节所述工作主轴，能够以提高的精度执行位置补偿。此外，这种位置补偿能够相对快速地并且以短的反应时间进行。借助于工作主轴的位置补偿能够与借助于铰接臂机器人的位置补偿叠加。也有利的是如下实施方案，根据该实施方案可以规定，在磁体支承件中通过确定在磁体支承件中的场强度并且通过检测工作主轴的偏转来检测在支承部位中的径向力和轴向力。根据一种进一步改进方案可行的是，所述工作主轴相对于主轴壳体的调节通过如下方式实现：局部地调整在磁体支承件中的场强度。此外适宜的可以是，在使用具有对称的切割结构的加工刀具时，尤其是在使用钻削刀具时，借助于杠杆定律从所检测到的径向力中计算出在加工刀具的转动轴线与加工刀具贴靠的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铰接臂机器人(1)，包括：‑基座(2)；‑工作头接纳部(7)；‑多个杠杆臂(3)，所述杠杆臂设置在基座(2)与工作头接纳部(7)之间，其中，所述杠杆臂(3)借助于转动铰接件(4)彼此耦联，并且每个转动铰接件(4)构成有至少一个伺服马达(6)，所述伺服马达用于调节在两个借助于相关的转动铰接件(4)耦联的杠杆臂(3)之间的角度(5)；‑工作头(8)，所述工作头设置在工作头接纳部(7)中，其中，所述工作头(8)包括设置在主轴壳体(13)中的工作主轴(9)，所述工作主轴至少支承在主轴壳体(13)中的第一支承部位(14)和第二支承部位(15)上；‑计算单元(12)，所述计算单元用于控制伺服马达(6)，其特征在于，在第一支承部位(14)和第二支承部位(15)上分别构成用于检测径向力(17)的至少一个传感器(16)，并且在两个支承部位(14、15)中的至少一个上构成用于检测轴向力(19)的至少一个传感器(18)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.28 AT A50158/20171.一种铰接臂机器人(1)，包括：-基座(2)；-工作头接纳部(7)；-多个杠杆臂(3)，所述杠杆臂设置在基座(2)与工作头接纳部(7)之间，其中，所述杠杆臂(3)借助于转动铰接件(4)彼此耦联，并且每个转动铰接件(4)构成有至少一个伺服马达(6)，所述伺服马达用于调节在两个借助于相关的转动铰接件(4)耦联的杠杆臂(3)之间的角度(5)；-工作头(8)，所述工作头设置在工作头接纳部(7)中，其中，所述工作头(8)包括设置在主轴壳体(13)中的工作主轴(9)，所述工作主轴至少支承在主轴壳体(13)中的第一支承部位(14)和第二支承部位(15)上；-计算单元(12)，所述计算单元用于控制伺服马达(6)，其特征在于，在第一支承部位(14)和第二支承部位(15)上分别构成用于检测径向力(17)的至少一个传感器(16)，并且在两个支承部位(14、15)中的至少一个上构成用于检测轴向力(19)的至少一个传感器(18)。2.根据权利要求1所述的铰接臂机器人，其特征在于，所述两个支承部位(14、15)通过磁体支承件(30)形成，并且所述传感器(16、18)通过如下测量装置实现，所述测量装置用于确定在磁体支承件(30)中的场强度并且用于检测工作主轴(9)相对于主轴壳体(13)的偏转。3.根据权利要求1或2所述的铰接臂机器人，其特征在于，所述工作主轴(9)能借助于磁体支承件(30)相对于主轴壳体(13)被调节。4.根据权利要求1所述的铰接臂机器人，其特征在于，所述传感器(16)以压电元件的形式构成。5.根据权利要求1所述的铰接臂机器人，其特征在于，所述两个支承部位(14、15)通过流体动力的滑动支承件(35)形成，并且所述传感器(16、18)通过如下测量装置实现，所述测量装置用于确定在支承部位(14、15)中的液压并且用于检测工作主轴(9)相对于主轴壳体(13)的偏转，其中，所述工作主轴(9)能借助于流体动力的滑动支承件(35)相对于主轴壳体(13)被调节。6.根据上述权利要求之一所述的铰接臂机器人，其特征在于，所述主轴壳体(13)借助于线性引导件(25)能轴向移动地接纳在工作头(8)上。7.根据上述权利要求之一所述的铰接臂机器人，其特征在于，在所述工作头(8)上构成贴靠套环(22)，所述贴靠套环设置用于贴靠在要加工的工件(11)上，并且在贴靠套环(22)中构成有用于检测所述贴靠套环(22)在工件(11)上的贴靠力的另一传感器(27)。8.根据上述权利要求之一所述的铰接臂机器人，其特征在于，在所述工作头(8)上构成振荡传感器(28)，所述振荡传感器用于检测在工件(11)上的振动。9.根据权利要求8所述的铰接臂机器人，其特征在于，所述振荡传感器(28)接纳在贴靠套环(22)中。10.根据权利要求8或9所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·泽尔舍恩，
申请(专利权)人：费尔有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT