CN107381035A - 一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，包括马达驱动运动控制组件、主轴旋转机构、主轴升降运动机构、摆臂翻转运动机构、摆臂水平伸缩运动机构和末端旋转运动机构；所述主轴旋转机构与主轴升降运动机构相连控制其旋转，所述主轴升降运动机构和摆臂翻转运动机构相连控制其升降，所述摆臂翻转运动机构和摆臂水平伸缩运动机构相连控制其翻转，所述摆臂水平伸缩运动机构和末端旋转运动机构相连控制其伸缩，所述末端旋转运动机构上固接有取放料装置。本发明不仅能够减少冲压生产线工人数量，更能避免人工操作产生的安全隐患，同时提高生产效率，实现灵活摆放工件的目的。

Description

一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人

技术领域

本发明涉及智能化机械设备领域，尤其涉及一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人。

背景技术

当前进行冲压和锻压生产时大多是人工手动完成的，在生产过程中由人工进行放料—冲压—取料，之后再进入下一道工序的放料—冲压—取料，在这一过程中，对于较为复杂，难以摆放的冲压件，手动操作时极易发生事故。由于冲压工作环境较为恶劣，近年来从事或愿意从事冲压工作的人员大量减少，导致部分企业已经出现“用工荒”；另外，工人的体力和精力是有限的，随着工作的进行，冲压工人会出现疲劳和疏忽，不仅导致工作效率降低，更易出现安全事故。当采用机械设备时，对较为复杂、难以摆放的冲压件进行放料和取料时，对设备的自由度、精度和活动范围的都有一定要求，一般机械设备无法实现，或无法将冲压件放置在指定位置。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，用于冲压和锻压等工作场合的放料取料。智能机器人不仅能够减少冲压生产线工人数量，更能避免人工操作产生的安全隐患，同时提高生产效率，实现灵活摆放工件的目的。

本发明采用的技术方案是：一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，包括马达驱动运动控制组件、主轴旋转机构、主轴升降运动机构、摆臂翻转运动机构、摆臂水平伸缩运动机构和末端旋转运动机构；所述主轴旋转机构与主轴升降运动机构相连控制其旋转，所述主轴升降运动机构和摆臂翻转运动机构相连控制其升降，所述摆臂翻转运动机构和摆臂水平伸缩运动机构相连控制其翻转，所述摆臂水平伸缩运动机构和末端旋转运动机构相连控制其伸缩，所述末端旋转运动机构上固接有取放料装置；

所述主轴旋转机构包括1#伺服马达，所述1#伺服马达键连接齿轮，所述齿轮齿轮连接1#减速机，所述1#减速机适配有减速机法兰；

所述主轴升降运动机构包括升降机架，所述升降机架上固接有1#直线导轨，所述升降机架的底端固接于1#减速机的输出端，所述升降机架顶端固接2#伺服马达，所述2#伺服马达通过联轴器和1#丝杆相连，所述1#丝杆上螺旋连接有1#丝杆螺帽,1#丝杆螺帽的法兰固定连接翻转机架，所述翻转机架固接1#直线导轨的滑块；

所述摆臂翻转运动机构包括3#伺服马达，所述3#伺服马达连接2#减速机上，所述2#减速机固接于翻转机架上；所述2#减速机的输出端与驱动轴相连，所述驱动轴键连接驱动齿轮，所述驱动齿轮齿轮连接输出齿轮，所述输出齿轮键连接翻转传动轴并用锁紧螺母和锁紧垫片相固定，所述翻转传动轴穿过翻转机架于交叉滚子轴承相连，所述交叉滚子轴承一端固接翻转机架另一端固接翻转固定件；

所述摆臂水平伸缩运动机构包括伸缩机架和4#伺服马达，所述伸缩机架固接翻转固定件，所述4#伺服马达通过丝杆电机安装板固接在伸缩机架上，所述4#伺服马达的输出轴上键连接有1#同步带轮，所述丝杆电机安装板通过2#丝杆固定座安装有2#丝杆，所述2#丝杆上键连接有2#同步带轮，所述1#同步带轮和2#同步带轮通过1#同步带同步连接；所述2#丝杆上还螺旋连接有2#丝杆螺帽，所述2#丝杆螺帽连接丝杆导轨件，所述丝杆导轨件同时固接2#丝杆螺帽和末端旋转机架；所述伸缩机架上还设有2#直线导轨和3#直线导轨；所述2#直线导轨固接伸缩机架，其滑块固接末端旋转机架；所述3#直线导轨的滑块固接伸缩机架，其导轨固接末端旋转机架；

所述末端旋转运动机构包括末端旋转机架，所述末端旋转机架一端固接减速机安装件，另一端通过轴承座和轴承固接末端旋转轴；所述减速机安装件固接3#减速机，所述3#减速机连接5#伺服马达，所述3#减速机的输出轴上键连接有3#同步带轮，所述末端旋转轴键连接4#同步带轮，所述3#同步带轮和3#同步带轮通过2#同步带同步连接；所述末端旋转轴固接安装法兰；

所述1#伺服马达、2#伺服马达、3#伺服马达、4#伺服马达和5#伺服马达分别电气连接马达驱动运动控制组件。

作为本发明的进一步改进，所述1#丝杆一端安装在1#丝杆固定座上，另一端通过轴承固定在升降机架上，所述1#丝杆固定座固定在升降机架顶端并与2#伺服马达和联轴器同轴。

作为本发明的进一步改进，所述2#伺服马达通过支柱和电机安装板固接与升降机架顶端。

作为本发明的进一步改进，所述减速机法兰固接固定机架。

作为本发明的进一步改进，所述安装法兰上装有夹紧机构，所述夹紧机构为电磁铁、吸盘等。

作为本发明的进一步改进，所述夹紧机构为线型分布或圆周分布，用于取放冲压件。

作为本发明的更进一步改进，所述1#伺服马达、2#伺服马达、3#伺服马达、4#伺服马达和5#伺服马达均设有编码器。

作为本发明的更进一步改进，所述马达驱动运动控制组件位于工作台内，所述工作台的底部固接底座。

作为本发明的更进一步改进，所述1#减速机采用RV减速机，2#减速机和3#减速机采用行星减速机。

本发明采用的有益效果是：1、采用5个机构即5轴的合理设计，1-5轴的相互协同配合，能够进行主轴旋转运动、主轴升降运动、摆臂翻转运动、摆臂水平伸缩运动、末端旋转运动，满足冲压生产线在方位上的取料和放料要求，从而实现取料和放料的机械化目的，不仅减少冲压生产线上工人数量，更避免了因手动操作产生的安全隐患。2、采用自动控制技术后，这种智能机器人的节拍可达12-15次/分钟，已超过工人手动的操作效率，能够提高生产效率。由于采用伺服马达、RV减速机、行星减速机、丝杆、直线导轨、交叉滚子轴承等高精度和结构紧凑的零件，控制精度较高。

附图说明

图1为本发明示意图。

图2为主轴旋转运动机构、主轴升降运动机构和摆臂翻转运动机构的示意图。

图3为图2的A-A面剖视图。

图4为图2的B-B面剖视图。

图5为摆臂水平伸缩运动机构和末端旋转运动机构的示意图。

图6为图5的A-A面剖视图。

图中所示：1 底座，2 马达驱动运动控制组件，3 主轴旋转运动机构，4 固定机架，5 升降机架，6 末端旋转机架，7 末端旋转运动机构，8 伸缩机架，9 摆臂水平伸缩运动机构，10 翻转机架，11 主轴升降运动机构，12 摆臂翻转运动机构，13 1#伺服马达，14 齿轮，15 减速机法兰，16 1#减速机，17 2#减速机，18 3#伺服马达，9 1#丝杆螺帽，20 1#丝杆，21支柱，22 2#伺服马达，23 电机安装板，24 联轴器，25 1#丝杆固定座，26 输出齿轮，27 翻转传动轴，28 翻转固定件，29 交叉滚子轴承，30 1#直线导轨，31 驱动齿轮，32 驱动轴，33丝杆导轨件，34 2#丝杆螺帽，35 2#丝杆，36 丝杆电机安装板，37 2#直线导轨，38 3#减速机，39 5#伺服马达，40 4#伺服马达，41 1#同步带轮，42 1#同步带，43 2#同步带轮，44 2#丝杆固定座，45 减速机安装件，46 3#同步带轮，47 2#同步带，48 3#直线导轨，49 末端旋转轴，50 轴承座，51 4#同步带轮，52 安装法兰。

具体实施方式

下面结合图1至图6，对本发明做进一步的说明。

一种用于搬运冲压件的高精密五轴智能机器人，包括主轴旋转运动机构3、主轴升降运动机构11、摆臂翻转运动机构12、摆臂水平伸缩运动机构9、末端旋转运动机构7，其中主轴旋转运动机构3与固定机架4固定连接，主轴升降运动机构11与主轴旋转运动机构3固定连接在升降机架5，摆臂翻转运动机构12与主轴升降运动机构11固定连接在翻转机架10，摆臂水平伸缩运动机构9与摆臂翻转运动机构12固定连接在伸缩机架8，末端旋转运动机构7与摆臂水平伸缩运动机构9固定连接在末端旋转机架6，末端旋转运动机构7上装有冲压件的取放料装置。其中：

如图2、图3和图4所示：主轴旋转运动机构3主要有1#伺服马达13、齿轮14、1#减速机16等构成；1#伺服马达13与马达驱动运动控制组件2电气连接，其输出轴上下垂直安装，与齿轮14通过键连接；齿轮14与1#减速机16内的齿轮盘相互啮合，驱动1#减速机16的输出端转动；1#减速机16安装在减速机法兰15上，减速机法兰15安装在固定机架4上。

如图2、图3和图4所示：主轴升降运动机构11由升降机架5、2#伺服马达22、联轴器24、1#丝杆固定座25、1#丝杆20、1#丝杆螺帽19、翻转机架10、1#直线导轨30构成；升降机架5安装在1#减速机16的输出端上；2#伺服马达22与马达驱动运动控制组件2电气连接；2#伺服马达22、联轴器24与1#丝杆固定座25均固定在升降机架5的顶端，且同轴；1#丝杆20一端安装在1#丝杆固定座25上，且与2#伺服马达17的输出轴通过联轴器24固定连接，另一端通过轴承固定在升降机架5；1#丝杆螺帽19与1#丝杆20螺旋连接；翻转机架10与1#丝杆螺帽19的法兰固定连接，且与1#直线导轨30的滑块固定连接，1#直线导轨30是固定在升降机架5上，翻转机架10在1#直线导轨30的约束下，由1#丝杆20驱动，实现上下的升降运动。

如图2、图3和图4所示：摆臂翻转运动机构12由3#伺服马达18、2#减速机17、驱动轴32驱动齿轮31、输出齿轮26、翻转传动轴27、翻转固定件28、交叉滚子轴承29等构成；3#伺服马达18与马达驱动运动控制组件2电气连接；3#伺服马达18安装固定在2#减速机17上；2#减速机固定在翻转机架10上；2#减速机17输出端与驱动轴32相连，驱动轴32通过轴承固定在升降机架5上；驱动齿轮31与驱动轴32通过键连接；输出齿轮26通过键固定与翻转传动轴27相连接，并有锁紧螺母与锁紧垫片固定；翻转传动轴27穿过翻转机架10，安装在交叉滚子轴承29上，并固定在翻转固定件28上；交叉滚子轴承29与翻转机架10固定连接；翻转固定件28与交叉滚子轴承29固定连接；驱动齿轮31与输出齿轮26相互啮合，3#伺服马达通过2#减速机17、驱动轴32带动驱动齿轮31来驱动输出齿轮26转动，从而带动翻转传动轴27、交叉滚子轴承29，实现翻转运动。

如图5和图6所示：摆臂水平伸缩运动机构9由伸缩机架8、4#伺服马达40、1#同步带轮41、1#同步带42、2#同步带轮43、2#丝杆固定座44、2#丝杆螺帽34、2#丝杆35、丝杆导轨件33、2#直线导轨37、3#直线导轨48等构成；伸缩机架8与翻转固定件28固定连接，当翻转固定件28转动时，伸缩机架8与其一起转动；4#伺服马达40固定连接在丝杆电机安装板36上，丝杆电机安装板36固定连接在伸缩机架8上，4#伺服马达40与马达驱动运动控制组件2电气连接，且其输出轴上装有1#同步带轮41，并通过键连接；2#丝杆35的一端通过轴承固定在伸缩机架8上，另一端通过2#丝杆固定座44安装在丝杆电机安装板36；2#同步带轮43通过键固定在2#丝杆35的一端；丝杆螺帽34与2#丝杆35形成螺旋连接；1#同步带42将1#同步带轮41与2#同步带轮43连接；2#直线导轨37固定连接在伸缩机架8上，滑块固定连接在末端旋转机架6；3#直线导轨48的滑块固定连接在伸缩机架8，导轨固定连接在末端旋转机架6；丝杆导轨件33同时固定在丝杆螺帽34和末端旋转机架6上；4#伺服马达40通过1#同步带轮41、1#同步带42、2#同步带轮43将动力传递给2#丝杆35，在2#丝杆35驱动下，丝杆螺帽34驱动丝杆导轨件33直线运动，丝杆导轨件33则带着驱动末端旋转机架6在2#直线导轨37、3#直线导轨48做水平伸缩运动。

如图5和图6末端旋转运动机构7由5#伺服马达39、3#减速机38、减速机安装件45、末端旋转机架6、3#同步带轮46、2#同步带47、4#同步带轮51、末端旋转轴49构成；5#伺服马达39马达驱动运动控制组件2电气连接，其与3#减速机38固定连接；3#减速机38固定连接在减速机安装件45，且其输出轴上装有3#同步带轮46，并通过键连接； 4#同步带轮51通过键与末端旋转轴49固定连接，且末端旋转轴49通过轴承固定在轴承座50，轴承座50则固定在末端旋转机架6上；2#同步带47将3#同步带轮46、4#同步带轮51与3#减速机38同步连接；5#伺服马达39通过3#减速机38、3#同步带轮46、2#同步带47、4#同步带轮51带动末端旋转轴49实现旋转运动。

本发明提供的高精密五轴智能机器人，包括主轴旋转运动机构3、主轴升降运动机构11、摆臂翻转运动机构12、摆臂水平伸缩运动机构9、末端旋转运动机构7，参考图1、图2、图3、图4、图5、图6，其具体工作方式如下：

本发明所述的五轴智能机器人1轴即主轴旋转运动机构3通过1#伺服马达13驱动齿轮14、1#减速机16带动2轴、3轴、4轴、5轴实现主轴水平旋转。

本发明所述的五轴智能机器人2轴即主轴升降运动机构11由2#伺服马达22驱动联轴器24、1#丝杆20、1#直线导轨30带动3轴、4轴、5轴实现上下运动。

本发明所述的五轴智能机器人3轴即摆臂翻转运动机构由3#伺服马达18驱动2#减速机17、驱动轴32、驱动齿轮31、输出齿轮26、翻转传动轴27带动4轴、5轴实现翻转运动。

本发明所述的五轴智能机器人4轴即摆臂水平伸缩运动机构由4#伺服马达40驱动1#同步带轮41、1#同步带42、2#同步带轮43、2#丝杆35、2#直线导轨37、3#直线导轨48带动5轴实现摆臂水平伸缩运动

本发明所述的五轴智能机器人5轴即末端旋转运动机构由5#伺服马达39驱动3#减速机38、3#同步带轮46、2#同步带47、4#同步带轮51，末端旋转轴49实现末端旋转运动。

安装法兰52上装有电磁铁、吸盘或其他夹紧机构，所述电磁铁、吸盘或其他夹紧机构可线性分布或圆周分布，用于取放冲压件。

为进一步提高本发明的控制精度，1#减速机采用RV减速机，2#减速机和3#减速机采用行星减速机。

本发明所述的五轴智能机器人还有控制系统，伺服马达均设有编码器，各伺服马达通过线缆连接到控制系统，控制系统由人工通过操作屏进行手动操控，操作屏包括触摸界面和手动输入设置，操作屏通过线缆连接到控制系统。

1、采用5个机构即5轴的合理设计，1-5轴的相互协同配合，能够进行主轴旋转运动、主轴升降运动、摆臂翻转运动、摆臂水平伸缩运动、末端旋转运动，满足冲压生产线在方位上的取料和放料要求，从而实现取料和放料的机械化目的，不仅减少冲压生产线上工人数量，更避免了因手动操作产生的安全隐患。

2、采用自动控制技术后，这种智能机器人的节拍可达12-15次/分钟，已超过工人手动的操作效率，能够提高生产效率。由于采用伺服马达、RV减速机、行星减速机、丝杆、直线导轨、交叉滚子轴承等高精度和结构紧凑的零件，控制精度较高，同时便于维修和保养。

本领域技术人员应当知晓，本发明的保护方案不仅限于上述的实施例，还可以在上述实施例的基础上进行各种排列组合与变换，在不违背本发明精神的前提下，对本发明进行的各种变换均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，其特征是包括马达驱动运动控制组件（2）、主轴旋转机构（3）、主轴升降运动机构（11）、摆臂翻转运动机构（12）、摆臂水平伸缩运动机构（9）和末端旋转运动机构（7）；所述主轴旋转机构（3）与主轴升降运动机构（11）相连控制其旋转，所述主轴升降运动机构（11）和摆臂翻转运动机构（13）相连控制其升降，所述摆臂翻转运动机构（13）和摆臂水平伸缩运动机构（9）相连控制其翻转，所述摆臂水平伸缩运动机构（9）和末端旋转运动机构（7）相连控制其伸缩，所述末端旋转运动机构（7）上固接有取放料装置；

所述主轴旋转机构（3）包括1#伺服马达（13），所述1#伺服马达（13）键连接齿轮（14），所述齿轮（14）齿轮连接1#减速机（16），所述1#减速机（16）适配有减速机法兰（15）；

所述主轴升降运动机构（11）包括升降机架（5），所述升降机架（5）上固接有1#直线导轨（30），所述升降机架（5）的底端固接于1#减速机的输出端，所述升降机架（5）顶端固接2#伺服马达（22），所述2#伺服马达（22）通过联轴器（24）和1#丝杆相连（20），所述1#丝杆上螺旋连接有1#丝杆螺帽（19）,1#丝杆螺帽（19）的法兰固定连接翻转机架（10），所述翻转机架（10）固接1#直线导轨（30）的滑块；

所述摆臂翻转运动机构（12）包括3#伺服马达（18），所述3#伺服马达连接2#减速机（17）上，所述2#减速机（17）固接于翻转机架（10）上；所述2#减速机（17）的输出端与驱动轴（32）相连，所述驱动轴（32）键连接驱动齿轮（31），所述驱动齿轮（31）齿轮连接输出齿轮（26），所述输出齿轮（26）键连接翻转传动轴（27）并用锁紧螺母和锁紧垫片相固定，所述翻转传动轴（27）穿过翻转机架（10）于交叉滚子轴承（29）相连，所述交叉滚子轴承（29）一端固接翻转机架（10）另一端固接翻转固定件（28）；

所述摆臂水平伸缩运动机构（9）包括伸缩机架（8）和4#伺服马达（40），所述伸缩机架（8）固接翻转固定件（28），所述4#伺服马达（40）通过丝杆电机安装板（36）固接在伸缩机架（8）上，所述4#伺服马达（40）的输出轴上键连接有1#同步带轮（41），所述丝杆电机安装板（36）通过2#丝杆固定座（44）安装有2#丝杆（35），所述2#丝杆（35）上键连接有2#同步带轮（43），所述1#同步带轮（41）和2#同步带轮（43）通过1#同步带（42）同步连接；所述2#丝杆（35）上还螺旋连接有2#丝杆螺帽（34），所述2#丝杆螺帽（34）连接丝杆导轨件（33），所述丝杆导轨件（33）同时固接2#丝杆螺帽（34）和末端旋转机架（6）；所述伸缩机架（8）上还设有2#直线导轨（37）和3#直线导轨（48）；所述2#直线导轨（37）固接伸缩机架（8），其滑块固接末端旋转机架（6）；所述3#直线导轨（48）的滑块固接伸缩机架（8），其导轨固接末端旋转机架（6）；

所述末端旋转运动机构（7）包括末端旋转机架（6），所述末端旋转机架（6）一端固接减速机安装件（45），另一端通过轴承座（50）和轴承固接末端旋转轴（49）；所述减速机安装件（45）固接3#减速机（38），所述3#减速机连接5#伺服马达（39），所述3#减速机（38）的输出轴上键连接有3#同步带轮（46），所述末端旋转轴（49）键连接4#同步带轮（51），所述3#同步带轮（46）和3#同步带轮（51）通过2#同步带（47）同步连接；所述末端旋转轴（49）固接安装法兰（52）；

所述1#伺服马达（13）、2#伺服马达（22）、3#伺服马达（18）、4#伺服马达（40）和5#伺服马达（39）分别电气连接马达驱动运动控制组件（2）。

2.根据权利要求1所述的一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，其特征是所述1#丝杆（20）一端安装在1#丝杆固定座（25）上，另一端通过轴承固定在升降机架（5）上，所述1#丝杆固定座（25）固定在升降机架（5）顶端并与2#伺服马达（22）和联轴器（24）同轴。

3.根据权利要求1所述的一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，其特征是所述2#伺服马达通过支柱（21）和电机安装板（23）固接与升降机架（5）顶端。

4.根据权利要求1所述的一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，其特征是所述减速机法兰（15）固接固定机架（4）。

5.根据权利要求1所述的一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，其特征是所述安装法兰（52）上装有夹紧机构，所述夹紧机构为电磁铁、吸盘等。

6.根据权利要求5所述的一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，其特征是所述夹紧机构为线型分布或圆周分布，用于取放冲压件。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，其特征是所述1#伺服马达（13）、2#伺服马达（22）、3#伺服马达（18）、4#伺服马达（40）和5#伺服马达（39）均设有编码器。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，其特征是所述马达驱动运动控制组件位于工作台内，所述工作台的底部固接底座（1）。

9.根据权利要求7所述的一种用于冲压件搬运的高精密五轴智能机器人，其特征是所述1#减速机采用RV减速机，2#减速机和3#减速机采用行星减速机。