一种五轴磨削机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种五轴磨削机器人。将机械臂设置在外部平台上，机械臂的输出端与U型结构件转动连接；由第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节将基座、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆之间互相连接；动力主轴安装于U型结构件上；并配备专用刀库。机械臂用于带动U型结构件及动力主轴在外部平台上移动，第五关节带动U型架构件相对于分支结构转动，动力主轴移动至刀库并连接所需的磨削刀具，选取完磨削刀具后，移动至工件处对工件进行磨削。该机器人传动系统具有传动部件少，传动链短的特点，可以提高机器人的结构刚度、运动精度和末端负载。

【技术实现步骤摘要】
一种五轴磨削机器人
本专利技术属于机器人
，尤其涉及一种五轴磨削机器人。
技术介绍
现有的铸件自动打磨设备通常有两种形式，一种为数控机床结构，大部分运动轴为直线运动；另一种为机器人结构，常采用六轴工业机器人加打磨工具的型式。采用机床结构的自动打磨设备，刚性比较好，适应重切削，但是灵活性差，工作空间小。采用六轴工业机器人结构的打磨设备，由于运动副多，因此工作空间大，灵活性高，但同时也因为运动副多切多为杆件，导致刚性不足，加工速度慢。两种设备均不能兼顾高刚性、灵活性的使用要求。随着社会进步、科技发展，工业机器人的应用也越来越普遍。工业机器人是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。其工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。工业机器人在生产中，一般需要配备除了自身性能特点的外围设备，如转动工件的回转台，移动工件的移动台等。这些外围设备的运动和位置控制都需要与工业机器人相配合并要求相应精度。通常机器人运动轴按其功能可划分为机器人轴、基座轴和工装轴，基座轴和工装轴统称外部轴。实际生产中常用的是6关节工业机器人，该操作机有6个可活动的关节(轴)，不同的工业机器人本体运动轴的定义也不同。用于保证末端执行器达到工作空间任意位置的轴称为基本轴或主轴；用于实现末端执行器任意空间姿态的轴，称为腕部轴或次轴。现行的工业机器人运用到如磨削领域，通常是购买成熟的某一机器人或机器手(如六轴机器人)后，增设一磨削装置。比如，菲尔罗伯蒂克斯顺从式机器人技术有限公司在2017年04月04日申请的PCT/EP2017/057982(中国国家阶段的专利号为201780034786.0)公开了一种机器人辅助的磨削装置，其包括：机械手、线性执行器、具有旋转的磨削工具的磨床，其中，磨床经由线性执行器与机械手相连结。该装置还包括保护盖，其部分包围旋转的磨削工具，其中，旋转的磨削工具至少在第一侧从保护盖伸出。设有一种调整机构，其将保护盖与磨床连接并且设计成相对于磨床调整保护盖的位置。请参阅表1，其为现行机器人中常见六轴机器人本体运动轴的一个定义。通常，生产精密机器人需要大量技术支撑，因此一些巨头公司提供可存在广泛应用的如六轴机器人在内的工业机器人，各种场景应用由其它公司在该工业机器人的基础上加入外围设备，进行二次开发，以适应不同各种场景上的应用。常见工业机器人本体运动轴的定义表1采用六轴工业机器人加上打磨设备在打运动副多，因此工作空间大，灵活性高，但同时也因为运动副多切多为杆件，导致刚性不足，加工速度慢。两种设备均不能兼顾高刚性、灵活性的使用要求。更重要的是，采用六轴工业机器人加上打磨设备进行磨削存在以下的问题：首先，特别是当打磨设备直接设置在六轴机器人的外接端口时，第六轴的负载能力非常限制，因此六轴机器人末端执行件允许安装的重量有限，其安装空间也受限，当需要更高功率的打磨设备进行磨削时，目前很难实现。其次，第六轴的安装误差所带来的累计误差的增加，由此导致磨削时按装末端的执行件无法提供更高精度，由此也影响了磨削精度。而且现行的六轴机器人末端按装的执行件通常是一个连接端部，不稳定，同样也影响其执行件的工作稳定性。再次，在打磨过程中，在机器人本体外设有各种管路，比如交换、清洁、冷却等所需的液压管路、压缩空气管、冷却液管等，一般来说，各种管路会随着机器人本体的运作还产生移动而引起磨损，很容易发生故障。比如，磨削过程中产生的火花等容易烧坏其管线，并且为了便于管路能随着机器人本体的各种轴向运动而设置各种伸缩机构也导致其结构更为复杂。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种五轴磨削机器人，使其具有机床的高刚性和机器人的灵活性，并具有机加工要求的精度，能够完成特定的加工工作。为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：本专利技术提供第一种五轴磨削机器人，包括：机械臂、U型结构件、动力主轴、刀库；所述机械臂的第一端设于外部平台上，所述机械臂的第二端与所述U型结构件相连，所述动力主轴设于所述U型结构件上；所述机械臂包括基座、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节；所述基座的第一端与所述外部平台相连；所述第一连杆的第一端与所述基座的第二端通过所述第一关节转动连接；所述第二连杆的第一端与所述第一连杆的第二端通过所述第二关节转动连接；所述第三连杆的第一端与所述第二连杆的第二端通过所述第三关节转动连接；所述第四连杆为Y型杆，所述第四连杆的第一端与所述第三连杆的第二端通过所述第四关节转动连接，所述第四连杆的第二端为所述Y型杆的分支结构；所述U型结构件转动连接于所述分支结构；所述第五关节设于所述分支结构的第一侧臂；第五关节的输出端穿设于所述分支结构并与所述UUUU型结构件相连；所述分支结构进一步包括支撑部件、第一侧臂和第二侧臂，所述第一侧臂和第二侧臂分别连接支撑部件，形成容置空间,以容置所述U型结构件和所述动力主轴，所述动力主轴通过U型结构件在第五关节的控制下转动连接至所述第一侧臂和第二侧臂，形成两端面稳定转动连接；所述容置空间的大小根据所述动力主轴的尺寸或规格进行适配性调整；所述Y型杆的重量根据动力主轴的重量和所述U型结构件的重量进行适配性调整；所述支撑部件内部纵向设有第一中空部，所述第一侧臂和第二侧臂分别设有第二中空部和第三中空部，所述第二中空部和所述第一中空部形成第一连通，所述第一连通至少包括驱动和/或信号线走线通路，所述第三中空部和所述第一中空部形成第二连通，所述第二连通至少包括气液管路，所述驱动和/或信号线走线通路和所述气液管路分别连接至所述动力主轴；所述第五关节的动力控制部分设置在所述第一连通和第二连通的其中之一的空间内；所述驱动和/或信号线走线通路和所述气液管路分别连接至所述动力主轴的连接处至少其中一设置接头装置，其密封所述连接处且可随着动力主轴的转动而转动；所述刀库设于所述外部平台上，所述刀库内设有若干与所述动力主轴相匹配的磨削刀具；其中，所述机械臂用于带动所述U型结构件及动力主轴在所述外部平台上移动，所述第五关节带动所述U型架构件相对于所述U型槽转动，所述动力主轴移动至所述刀库并连接所需的所述磨削刀具，选取完所述磨削刀具后，移动至工件处对所述工件进行磨削。较佳地，接头装置至少包括回转接头内套和回转接头外套，所述回转接头内套穿设第一侧臂/第二侧臂的贯通孔后与所述动力主轴固定连接，随着所述动力主轴的转动而所述回转接头内套转动，所述回转接头外套固定设置在第一侧臂的第二中空部/第二侧臂的第三中空部内，所述回转接头外套套于所述回转接头之外，且形成的套管通路可容置所述驱动和/或信号线走线通路和所述气液管路的其中之一通过，并且在回转接头外套固定状态下，所述回转接头内套可随着所述动力主轴的转动而转动。较佳地，所述气液管路通过所述第一中空部，再穿设第二侧臂的第三中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五轴磨削机器人，其特征在于，包括：机械臂、U型结构件、动力主轴、刀库；/n所述机械臂的第一端设于外部平台上，所述机械臂的第二端与所述U型结构件相连，所述动力主轴设于所述U型结构件上；/n所述机械臂包括基座、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节；/n所述基座的第一端与所述外部平台相连；所述第一连杆的第一端与所述基座的第二端通过所述第一关节转动连接；/n所述第二连杆的第一端与所述第一连杆的第二端通过所述第二关节转动连接；/n所述第三连杆的第一端与所述第二连杆的第二端通过所述第三关节转动连接；/n所述第四连杆为Y型杆，所述第四连杆的第一端与所述第三连杆的第二端通过所述第四关节转动连接，所述第四连杆的第二端为所述Y型杆的分支结构；/n所述U型结构件转动连接于所述分支结构；所述第五关节设于所述分支结构的第一侧臂；第五关节的输出端穿设于所述分支结构并与所述U型结构件相连；/n所述分支结构进一步包括支撑部件、第一侧臂和第二侧臂，所述第一侧臂和第二侧臂分别连接支撑部件，形成容置空间,以容置所述U型结构件和所述动力主轴，所述动力主轴通过U型结构件在第五关节的控制下转动连接至所述第一侧臂和第二侧臂，形成两端面稳定转动连接；/n所述容置空间的大小根据所述动力主轴的尺寸或规格进行适配性调整；所述Y型杆的重量根据动力主轴的重量和所述U型结构件的重量进行适配性调整；/n所述支撑部件内部纵向设有第一中空部，所述第一侧臂和第二侧臂分别设有第二中空部和第三中空部，所述第二中空部和所述第一中空部形成第一连通，所述第一连通至少包括驱动和/或信号线走线通路，所述第三中空部和所述第一中空部形成第二连通，所述第二连通至少包括气液管路，所述驱动和/或信号线走线通路和所述气液管路分别连接至所述动力主轴；/n所述第五关节的动力控制部分设置在所述第一连通和第二连通的其中之一的空间内；/n所述驱动和/或信号线走线通路和所述气液管路分别连接至所述动力主轴的连接处至少其中一设置接头装置，其密封所述连接处且可随着动力主轴的转动而转动；/n所述刀库设于所述外部平台上，所述刀库内设有若干与所述动力主轴相匹配的磨削刀具；其中，/n所述机械臂用于带动所述U型结构件及动力主轴在所述外部平台上移动，所述第五关节带动所述U型架构件相对于所述U型槽转动，所述动力主轴移动至所述刀库并连接所需的所述磨削刀具，选取完所述磨削刀具后，移动至工件处对所述工件进行磨削。/n...

【技术特征摘要】
20190715 CN 2019106366870;20190715 CN 2019211025121.一种五轴磨削机器人，其特征在于，包括：机械臂、U型结构件、动力主轴、刀库；
所述机械臂的第一端设于外部平台上，所述机械臂的第二端与所述U型结构件相连，所述动力主轴设于所述U型结构件上；
所述机械臂包括基座、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节；
所述基座的第一端与所述外部平台相连；所述第一连杆的第一端与所述基座的第二端通过所述第一关节转动连接；
所述第二连杆的第一端与所述第一连杆的第二端通过所述第二关节转动连接；
所述第三连杆的第一端与所述第二连杆的第二端通过所述第三关节转动连接；
所述第四连杆为Y型杆，所述第四连杆的第一端与所述第三连杆的第二端通过所述第四关节转动连接，所述第四连杆的第二端为所述Y型杆的分支结构；
所述U型结构件转动连接于所述分支结构；所述第五关节设于所述分支结构的第一侧臂；第五关节的输出端穿设于所述分支结构并与所述U型结构件相连；
所述分支结构进一步包括支撑部件、第一侧臂和第二侧臂，所述第一侧臂和第二侧臂分别连接支撑部件，形成容置空间,以容置所述U型结构件和所述动力主轴，所述动力主轴通过U型结构件在第五关节的控制下转动连接至所述第一侧臂和第二侧臂，形成两端面稳定转动连接；
所述容置空间的大小根据所述动力主轴的尺寸或规格进行适配性调整；所述Y型杆的重量根据动力主轴的重量和所述U型结构件的重量进行适配性调整；
所述支撑部件内部纵向设有第一中空部，所述第一侧臂和第二侧臂分别设有第二中空部和第三中空部，所述第二中空部和所述第一中空部形成第一连通，所述第一连通至少包括驱动和/或信号线走线通路，所述第三中空部和所述第一中空部形成第二连通，所述第二连通至少包括气液管路，所述驱动和/或信号线走线通路和所述气液管路分别连接至所述动力主轴；
所述第五关节的动力控制部分设置在所述第一连通和第二连通的其中之一的空间内；
所述驱动和/或信号线走线通路和所述气液管路分别连接至所述动力主轴的连接处至少其中一设置接头装置，其密封所述连接处且可随着动力主轴的转动而转动；
所述刀库设于所述外部平台上，所述刀库内设有若干与所述动力主轴相匹配的磨削刀具；其中，
所述机械臂用于带动所述U型结构件及动力主轴在所述外部平台上移动，所述第五关节带动所述U型架构件相对于所述U型槽转动，所述动力主轴移动至所述刀库并连接所需的所述磨削刀具，选取完所述磨削刀具后，移动至工件处对所述工件进行磨削。


2.按照权利要求1所述的五轴磨削机器人，其特征在于，接头装置至少包括回转接头内套和回转接头外套，所述回转接头内套穿设第一侧臂/第二侧臂的贯通孔后与所述动力主轴固定连接，随着所述动力主轴的转动而所述回转接头内套转动，所述回转接头外套固定设置在第一侧臂的第二中空部/第二侧臂的第三中空部内，所述回转接头外套套于所述回转接头之外，且形成的套管通路可容置所述驱动和/或信号线走线通路和所述气液管路的其中之一通过，并且在回转接头外套固定状态下，所述回转接头内套可随着所述动力主轴的转动而转动。


3.如权利要求2所述的五轴磨削机器人，其特征在于，所述气液管路通过所述第一中空部，再穿设第二侧臂的第三中空部，后通过回转接头内套和回转接头外套形成的套管通路，所述第二侧臂的径向宽度是根据回转接头的高度来设置。


4.如权利要求1所述的五轴磨削机器人，其特征在于，第五关节的动力控制部分进一步包括第五伺服电机、同步带、第一同步带轮、第四减速机构和第二同步带轮，第一同步带轮套设在伺服电机的输出轴，第二带轮套设在第四减速机构的一端，并且所述第一同步带轮和第二同步带轮通过同步带实现同步，所述伺服电机、同步带、第一同步带轮、第四减速机构和第二同步带轮容置在第一连通/第二连通的其中之一。


5.如权利要求4所述的五轴磨削机器人，其特征在于，所述伺服电机设置在第一中空部内，所述第一中空部设置的空间可容置所述伺服电机和所述驱动和/或信号线走线，所述驱动和/或信号线走线通过所述第一中空部，并穿设过同步带之间的空间后，线束从第五关节包括减速机中心孔在内的驱动端中心孔中通过，连接至所述动力主轴。


6.如权利要求1所述的五轴磨削机器人，其特征在于，所述第四连杆可活动连接于所述第三连杆的第二端，磨削机器人包括设置不同规格的所述第四连杆，第四连杆的不同规则格包括不同的容置空间和重量，且根据动力主轴的尺寸或规格进行适配性设置第四连杆的容置空间的大小，根据动力主轴的重量和所述U型结构件的重量进行适配性调整Y型杆的重量。


7.如权利要求1所述的五轴磨削机器人，其特征在于，
所述第一关节的轴线垂直于水平面；所述第二关节的轴线垂直于所述第一关节的轴线；所述第三关节的轴线平行于所述第二关节的轴线；所述第四关节的轴线平行于所述第三关节的轴线和所述第二关节的轴线；所述第五关节的轴线垂直于所述第四关节的轴线；
所述第五关节包括第五伺服电机、第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓念皓，易昌，
申请(专利权)人：上海戴屹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31