CN107030307A - 基于六自由度并联机器人的智能钻床 - Google Patents

Abstract

基于六自由度并联机器人的智能钻床属于智能钻床技术领域，目的在于解决现有技术存在的人工定位精度差和效率低以及钻孔精度差的问题。本发明包括：基座；下端和基座固定连接的立柱；一端套在立柱上相对立柱上下运动的摇臂；和摇臂左右相对运动的主轴箱；从主轴箱下端伸出和主轴箱内主轴连接并可以做旋转运动和进给运动的钻头；固定在主轴箱下端的位移传感器，主轴伸出主轴箱和钻头连接的一端外圆柱面和位移传感器贴合，通过位移传感器实时采集工件被加工面的位置信息；固定在基座上和钻头位置相对应的六自由度并联机器人，工件设置在六自由度并联机器人的动平台上；以及设置在主轴箱内的控制器，控制器分别与六自由度并联机器人和位移传感器电连接。

Description

基于六自由度并联机器人的智能钻床

技术领域

本发明属于智能钻床技术领域，具体涉及一种基于六自由度并联机器人的智能钻床。

背景技术

钻床是指要用钻头在工件上加工孔的机床，其中摇臂式钻床由于结构简单得到广泛的应用。通常，在加工工件时，除了需要保证孔的位置精度，还需要保证加工面与钻头一直处于垂直状态。对于只有一个加工面的简单工件，只需要装夹一次便可以加工完毕。但是对于复杂的工件，可能需要在很多不平行的面上钻孔，也有可能在曲面上钻孔，此时需要多次装夹才能保证每次钻孔时钻头垂直于被加工面。这种操作方式，不仅工序繁多，效率低下，而且由于夹具本身精度不高，钻头和被加工表面也很难保证垂直，装夹质量的好坏往往取决于操作人员的技能和经验，随机性大，工作效率低。另外，即使在装夹过程中已经保证钻头垂直于被加工面，但是在加工过程中由于受到温变或者材料硬度不均等因素的影响，可能会使得钻头偏离被加工面法线，导致加工不合格。因此，开发一种智能化的钻床对于提高钻孔精度、提高加工效率以及减少人力资源成本都有着非常积极的现实作用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于六自由度并联机器人的智能钻床，解决现有技术存在的人工定位精度差和效率低以及钻孔精度差的问题。

为实现上述目的，本发明的基于六自由度并联机器人的智能钻床包括：

基座；

下端和所述基座固定连接的立柱；

一端套在立柱上的摇臂，所述摇臂通过竖直运动驱动机构驱动相对立柱上下滑动；

和所述摇臂左右相对运动的主轴箱；

从主轴箱下端伸出和主轴箱内主轴连接并可以做旋转运动和进给运动的钻头；

固定在主轴箱下端的位移传感器，所述主轴伸出主轴箱和所述钻头连接的一端外圆柱面和所述位移传感器靠近，通过位移传感器实时采集工件被加工面的位置信息；

固定在所述基座上和所述钻头位置相对应的六自由度并联机器人，工件设置在六自由度并联机器人的动平台上；

以及设置在所述主轴箱内的控制器，所述控制器分别与所述六自由度并联机器人和位移传感器电连接。

所述竖直运动驱动机构包括设置在立柱顶端的减速器和升降电机以及与所述立柱平行设置的滚珠丝杠；所述升降电机输出端通过减速器和滚珠丝杠的一端连接，所述滚珠丝杠的另一端和所述摇臂形成丝杠螺母副，所述升降电机和所述驱动器电连接。

所述六自由度并联机器人包括：

定平台；

与所述定平台同轴平行设置的动平台；

设置在定平台和动平台之间的六个支腿，每个支腿由固定支腿和活动支腿组成，每个固定支腿通过下端铰链和定平台上端面铰接，每个活动支腿通过上端铰链和动平台下端面铰接。

所述主轴箱和所述摇臂左右相对运动具体为：所述摇臂上设置有摇臂导轨，所述摇臂导轨下端设置有齿条，所述摇臂导轨上的齿条和一个平移齿轮啮合，所述平移齿轮的旋转轴和设置在主轴箱外的平移把手固定连接，所述平移齿轮的旋转轴通过轴承和所述主轴箱外壁配合。

所述的钻头可以做旋转运动具体为：所述主轴箱上端设置有主轴电机，所述主轴电机输出轴和所述主轴的端部通过联轴器连接；

所述的钻头可以做进给运动具体为：所述主轴位于主轴箱内的侧壁位置设置有竖直方向的齿条，所述主轴上的齿条和一个进给齿轮啮合，所述进给齿轮的旋转轴和设置在主轴箱外的进给把手固定连接。

所述位移传感器的数量为三个。

所述位移传感器为非接触式位移传感器。

所述位移传感器为超声波位移传感器、激光位移传感器、电容式位移传感器、电涡流位移传感器或霍尔位移传感器。

本发明的有益效果为：本发明的基于六自由度并联机器人的智能钻床的立柱通过螺栓连接在基座上，立柱的中部作为导向柱，摇臂套在立柱上，可以进行升降，调整钻头相对工件表面的距离。立柱上端设置有升降电机和减速器，减速器输出端连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠将升降电机的旋转运动转化为摇臂的升降运动。主轴箱与摇臂的导轨相连接，其上端设置有主轴电机，用以带动主轴旋转。另外，主轴箱上设置有平移把手和进给把手，用以移动钻头的位置。在主轴的附近设置有位移传感器。位移传感器优选非接触式位移传感器，可以实时检测工件被加工面的位置信息。位移传感器的信号传输给位于主轴箱上的控制中心。工件放置在六自由度并联机器人的动平台上，可以根据控制中心给的指令进行实时地位姿调整以保证钻头始终垂直于工件的被加工面。本发明的位移传感器三个一组，根据三点定位原理可以实时反馈工件被加工面的位置信息。位移传感器、控制器与六自由度并联机器人形成一个位置闭环，可以实时反馈被加工面当前位置的法线与钻头方向的不重合度，然后发送指令给六自由度并联机器人进行调整，直到钻头方向与被加工面的法向方向重合为止。

本发明所述的基于六自由度并联机器人的智能钻床可以大大减少装夹工序，提高工作效率，节省人力成本，降低对操作人员的技能和经验的依赖，本发明可以实时检测被加工面法线方向并且实时调整钻头方向使得钻头始终垂直于被加工面的作用，可以大大提高加工精度。本发明特别适合用在对加工精度和效率都有很高要求的场合下。

附图说明

图1为本发明的基于六自由度并联机器人的智能钻床整体结构示意图；

图2为本发明的基于六自由度并联机器人的智能钻床中六自由度并联机器人的结构示意图；

图3为本发明的基于六自由度并联机器人的智能钻床中主轴箱平移原理示意图；

图4为本发明的基于六自由度并联机器人的智能钻床中主轴进给原理示意图；

其中：1、基座，2、立柱，3、摇臂，3-1、摇臂导轨，4、减速器，5、升降电机，6、滚珠丝杠，7、主轴电机，8、主轴箱，8-1，主轴，9控制器，10、平移把手，11、进给把手，12、位移传感器，13、钻头，14、六自由度并联机器人，14-1、定平台，14-2、下端铰链，14-3、固定支腿，14-4、活动支腿，14-5、上端铰链，14-6、动平台，15、平移齿轮，16、进给齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1，本发明的基于六自由度并联机器人的智能钻床包括：

基座1；

下端通过螺栓和所述基座1固定连接的立柱2；

一端套在立柱2上的摇臂3，所述摇臂3通过竖直运动驱动机构驱动相对立柱2上下滑动；

和所述摇臂3左右相对运动的主轴箱8；

从主轴箱8下端伸出和主轴箱8内主轴8-1连接并可以做旋转运动和进给运动的钻头13；

固定在主轴箱8下端的位移传感器12，所述主轴8-1伸出主轴箱8和所述钻头13连接的一端外圆柱面和所述位移传感器12靠近，保证主轴8-1可以正常转动的前提下，两者之间的距离尽量小，根据不同的主轴8-1和位移传感器12的型号调整两者之间的距离，通过位移传感器12实时采集工件被加工面的位置信息；

固定在所述基座1上和所述钻头13位置相对应的六自由度并联机器人14，工件设置在六自由度并联机器人14的动平台14-6上；

以及设置在所述主轴箱8内的控制器9，所述控制器9分别与所述六自由度并联机器人14和位移传感器12电连接。

所述竖直运动驱动机构包括设置在立柱2顶端的减速器4和升降电机5以及与所述立柱2平行设置的滚珠丝杠6；所述升降电机5输出端通过减速器4和滚珠丝杠6的一端连接，所述滚珠丝杠6的另一端和所述摇臂3形成丝杠螺母副，所述立柱2中间位置作为导向柱，升降电机5带动滚珠丝杠6转动进而带动摇臂3以立柱2为导向柱做上下运动，所述升降电机5和所述驱动器电连接。

参见附图2，所述六自由度并联机器人14包括：

定平台14-1；

与所述定平台14-1同轴平行设置的动平台14-6；

设置在定平台14-1和动平台14-6之间的六个支腿，每个支腿由固定支腿14-3和活动支腿14-4组成，每个固定支腿14-3通过下端铰链14-2和定平台14-1上端面铰接，每个活动支腿14-4通过上端铰链14-5和动平台14-6下端面铰接。

所述六自由度并联机器人14具体构型为UPS型，下端铰链14-2为虎克铰，上端铰链14-5为球铰链，中间的支腿为直线驱动组件，工作时，通过控制活动支腿14-4的伸缩量可以完成刘维精度定位。

参见附图3，所述主轴箱8和所述摇臂3左右相对运动具体为：所述摇臂3上设置有摇臂导轨3-1，所述摇臂导轨3-1下端设置有齿条，所述摇臂导轨3-1上的齿条和一个平移齿轮15啮合，所述平移齿轮15的旋转轴和设置在主轴箱8外的平移把手10固定连接，所述平移齿轮15的旋转轴通过轴承和所述主轴箱8外壁配合。

所述的钻头13可以做旋转运动具体为：所述主轴箱8上端设置有主轴电机7，所述主轴电机7输出轴和所述主轴8-1的端部通过联轴器连接；

参见附图4，所述的钻头13可以做进给运动具体为：所述主轴8-1位于主轴箱8内的侧壁位置设置有竖直方向的齿条，所述主轴8-1上的齿条和一个进给齿轮16啮合，所述进给齿轮16的旋转轴和设置在主轴箱8外的进给把手11固定连接。

所述位移传感器12为非接触式位移传感器。

所述位移传感器12为超声波位移传感器、激光位移传感器、电容式位移传感器、电涡流位移传感器或霍尔位移传感器。

本发明的位移传感器12三个一组，在主轴箱8下端面上圆周均与，根据三点定位原理可以实时反馈工件被加工面的位置信息。位移传感器12、控制器9与六自由度并联机器人14形成一个位置闭环，控制器9根据位移传感器12实时采集的位置信息可以实时反馈被加工面当前位置的法线与钻头方向的不重合度，然后发送指令给六自由度并联机器人进行调整，直到钻头方向与被加工面的法向方向重合为止。

Claims (9)

1.基于六自由度并联机器的智能钻床，包括：

基座(1)；

下端和所述基座(1)固定连接的立柱(2)；

一端套在立柱(2)上的摇臂(3)；

和所述摇臂(3)左右相对运动的主轴箱(8)；

从主轴箱(8)下端伸出和主轴箱(8)内主轴(8-1)连接并可以做旋转运动和进给运动的钻头(13)；

其特征在于，所述摇臂(3)通过竖直运动驱动机构驱动相对立柱(2)上下滑动；还包括：

固定在主轴箱(8)下端的位移传感器(12)，所述主轴(8-1)伸出主轴箱(8)和所述钻头(13)连接的一端外圆柱面和所述位移传感器(12)靠近，通过位移传感器(12)实时采集工件被加工面的位置信息；

固定在所述基座(1)上和所述钻头(13)位置相对应的六自由度并联机器人(14)，工件设置在六自由度并联机器人(14)的动平台(14-6)上；

以及设置在所述主轴箱(8)内的控制器(9)，所述控制器(9)分别与所述六自由度并联机器人(14)和位移传感器(12)电连接。

2.根据权利要求1所述的基于六自由度并联机器人的智能钻床，其特征在于，所述竖直运动驱动机构包括设置在立柱(2)顶端的减速器(4)和升降电机(5)以及与所述立柱(2)平行设置的滚珠丝杠(6)；所述升降电机(5)输出端通过减速器(4)和滚珠丝杠(6)的一端连接，所述滚珠丝杠(6)的另一端和所述摇臂(3)形成丝杠螺母副，所述升降电机(5)和所述驱动器电连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于六自由度并联机器人的智能钻床，其特征在于，所述六自由度并联机器人(14)包括：

定平台(14-1)；

与所述定平台(14-1)同轴平行设置的动平台(14-6)；

设置在定平台(14-1)和动平台(14-6)之间的六个支腿，每个支腿由固定支腿(14-3)和活动支腿(14-4)组成，每个固定支腿(14-3)通过下端铰链(14-2) 和定平台(14-1)上端面铰接，每个活动支腿(14-4)通过上端铰链(14-5)和动平台(14-6)下端面铰接。

4.根据权利要求1所述的基于六自由度并联机器人的智能钻床，其特征在于，所述主轴箱(8)和所述摇臂(3)左右相对运动具体为：所述摇臂(3)上设置有摇臂导轨(3-1)，所述摇臂导轨(3-1)下端设置有齿条，所述摇臂导轨(3-1)上的齿条和一个平移齿轮(15)啮合，所述平移齿轮(15)的旋转轴和设置在主轴箱(8)外的平移把手(10)固定连接，所述平移齿轮(15)的旋转轴通过轴承和所述主轴箱(8)外壁配合。

5.根据权利要求1所述的基于六自由度并联机器人的智能钻床，其特征在于，所述的钻头(13)可以做旋转运动具体为：所述主轴箱(8)上端设置有主轴电机(7)，所述主轴电机(7)输出轴和所述主轴(8-1)的端部通过联轴器连接。

6.根据权利要求1所述的基于六自由度并联机器人的智能钻床，其特征在于，所述的钻头(13)可以做进给运动具体为：所述主轴(8-1)位于主轴箱(8)内的侧壁位置设置有竖直方向的齿条，所述主轴(8-1)上的齿条和一个进给齿轮(16)啮合，所述进给齿轮(16)的旋转轴和设置在主轴箱(8)外的进给把手(11)固定连接。

7.根据权利要求1所述的基于六自由度并联机器人的智能钻床，其特征在于，所述位移传感器(12)的数量为三个。

8.根据权利要求1所述的基于六自由度并联机器人的智能钻床，其特征在于，所述位移传感器(12)为非接触式位移传感器。

9.根据权利要求8所述的基于六自由度并联机器人的智能钻床，其特征在于，所述位移传感器(12)为超声波位移传感器、激光位移传感器、电容式位移传感器、电涡流位移传感器或霍尔位移传感器。