CN108405667B - 一种能同时加工两个工件的辅助折弯机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能同时加工两个工件的辅助折弯机器人，包括直线底座滑轨、滑块、活动大臂、活动小臂、前臂、摆杆和附加七轴；滑块滑动连接在直线底座滑轨上，滑块与直线底座滑轨之间形成一轴；滑块顶部通过二轴直接或间接与活动大臂的后端相铰接，活动大臂的前端通过三轴与活动小臂的后端相铰接，活动小臂的前端通过四轴与前臂的后端相铰接，前臂的前端通过五轴与摆杆的中部转动连接；附加七轴的数量为两根，两根附加七轴对称设置在五轴两侧的摆杆上，每根附加七轴均与摆杆转动连接。本发明能对两个钣金板材零件进行同时折弯，效率成倍提升，真正解决自动化折弯加工的效率问题。

Description

一种能同时加工两个工件的辅助折弯机器人

技术领域

本发明涉及钣金板材加工领域，特别是一种能同时加工两个工件的辅助折弯机器人。

背景技术

近年来，钣金板材加工领域，自动化加工技术的应用逐渐普及。钣金板材加工自动化的核心技术在于板材折弯的自动化。尤其大尺寸重量较大零件的加工，工人的劳动强度大，通常需要2名甚至几名操作工人完成，劳动强度大，工作环境恶劣。板材折弯自动化解决方案已经成为行业的共识，具有巨大的市场潜力和发展空间。

目前，板材折弯自动化的解决方案，主要有如下两种。

1、采用6关节通用机器人，具体参照申请号为201710513061.1的中国发明专利申请，其发明创造的名称为“一种用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人”，为6关节工业机器人，小臂部件杆长与手腕部件杆长之和X/大臂杆长Y＝2～3，折弯机下模刀口高度-转座J2轴距离地面的距离H＝500～600mm，转座J2轴距离J1轴的距离Z＝机器人臂展/设定钣金最大边长-小臂部件杆长与手腕部件杆长之和X-大臂杆长Y。J4轴与J1轴之间偏置设定的距离，J3轴电机设置在大臂外侧。

上述专利申请，通过合理的杆长配比关系，用于大尺寸钣金折弯，钣金和机体不会相互干渉，规避了通用工业机器人在折弯应用中的诸多弊端。然而，由于控制轴数过多(6轴，自由度冗余)，成本高，移动范围小，受到臂展的限制。

2、采用直角坐标机器人，具体参照申请号为201710110029.9的中国发明专利申请，其发明创造的名称为“一种龙门式折弯机器人”，其包括：相互垂直的X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨，X轴导轨与机身固定连接；X轴导轨与Z轴导轨通过第一滑块垂直连接，第一滑块上分别设有与X轴导轨和Z轴导轨相对滑动连接的X向滑块导轨和Z向滑块导轨；Z轴导轨下端固定设有第二滑块，第二滑块上固定设有与Y轴导轨滑动连接Y轴滑块导轨；Y轴导轨的前端转动连接A轴，A轴上转动连接有与A轴垂直的B轴，B轴上转动连接有与B轴垂直的C轴，C轴前端设有末端执行机构。该专利申请的优点是：成本低，负载能力强。然而缺点也非常明显：结构尺寸大，占地面积大，速度慢，不灵活。

上述两种板材折弯自动化解决方案均存在着如下缺陷：手腕关节中末端两个轴的轴线都相交于一点，主要是方便运动学方程的求解。另外，折弯大尺寸工件的时候适用，小尺寸工件折弯容易与折弯机发生干涉，完全不适合小尺寸工件的折弯且只能单次加工一个零件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种能同时加工两个工件的辅助折弯机器人，该能同时加工两个工件的辅助折弯机器人能对两个钣金板材零件进行同时折弯，效率成倍提升，真正解决自动化折弯加工的效率问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种能同时加工两个工件的辅助折弯机器人，包括直线底座滑轨、滑块、活动大臂、活动小臂、前臂、摆杆和附加七轴。

滑块滑动连接在直线底座滑轨上，滑块与直线底座滑轨之间形成一轴。

滑块顶部通过二轴直接或间接与活动大臂的后端相铰接，活动大臂的前端通过三轴与活动小臂的后端相铰接，活动小臂的前端通过四轴与前臂的后端相铰接，前臂的前端通过五轴与摆杆的中部转动连接。

附加七轴的数量为两根，两根附加七轴对称设置在五轴两侧的摆杆上，每根附加七轴均与摆杆转动连接。

一轴、二轴、三轴和四轴均相互平行，每个附加七轴均与五轴相互平行，五轴与四轴相垂直，每个附加七轴的顶部均设置一个能夹持钣金板材工件的夹具。

还包括旋转支座，旋转支座的底部通过附加六轴与滑块顶部转动连接，旋转支座顶部通过二轴与活动大臂的后端转动连接。

五轴的轴线与四轴的轴线无相交点。

将原点设置在二轴的轴线上，并将与二轴的轴线相垂直的水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，建立直角坐标系，则四轴中心在所述直角坐标系中的坐标为(d_x，d_y)，则d_x和d_y的计算公式如下：

式中，X₀为折弯机中模具中心线的X轴向距离值；Y₀为折弯机中下模高度；L₁₀为夹具的竖直偏距；L₂₀为夹具的水平偏距；β为折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角。

二轴、三轴和四轴相互联动，假设二轴的驱动转角为θ₂、三轴的驱动转角为θ₃、四轴的驱动转角为θ₄；则θ₂、θ₃和θ₄满足如下计算公式：

θ₂＝a₂；

θ₃＝a₃-a₂；

θ₄＝a₄-a₃；

a₄＝-β

C_x＝d_x-L₄cos(a₄)

C_y＝d_y-L₄sin(a₄)

式中，a₂为活动大臂与X轴夹角；a₃为活动小臂与X轴夹角；a₄为前臂与X轴的夹角；L₂为活动大臂长度；L₃为活动小臂的长度；L₄为前臂长度，C_x和C_y为中间变量。

折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角β采用如下公式进行计算：

式中，B为折弯机中下模槽口的宽度；d为折弯机中上模的工进行程。

还包括两个移动轴，移动轴设在附加七轴与摆杆之间，移动轴与摆杆滑动连接，附加七轴底部与移动轴转动连接。

本发明具有如下有益效果：

1、上述两根附加七轴及五轴的设置，能实现对两个钣金板材零件的同时折弯。

2、本发明能根据需要设置成六轴，也即包括一轴、二轴、三轴、四轴、五轴和两个附加七轴，也可以设置成七轴，也即包括一轴、二轴、三轴、四轴、五轴、附加六轴和两个附加七轴。与现有技术6关节比，移动范围大；与直角坐标比，灵活性很大。毛坯料架和成品料架位置可变，数量可变，能实现无人工干预的全自动化折弯。

3.上述两根附加七轴及五轴的设置，能使钣金板材的定位精度调整，防止定位尺寸和定位角度的偏差。

附图说明

图1显示了本发明一种能同时加工两个工件的辅助折弯机器人的结构示意图。

图2显示了图1中五轴及附加七轴的局部放大示意图。

图3显示了旋转支座与滑块的半剖面结构示意图。

图4显示了具有移动轴时的局部放大示意图。

图5显示了移动轴的移动方向以及附加七轴的转动方向示意图。

图6显示了五轴与两个附加七轴的关系示意图。

图7显示了五轴旋转对钣金板材进行尺寸定位调整的过程示意图。

图8显示了五轴与附加七轴联动对钣金钣金尺寸定位及角度调整的过程示意图。

图9显示了活动大臂、活动小臂和前臂的尺寸示意图。

图10显示了显示了在直角坐标系下的折弯运动解析示意图。

图11显示了折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角β与折弯机下模的关系图。

其中有：10.直线底座滑轨；20.滑块；30.旋转支座；31.附加六轴；40.活动大臂；41.二轴；50.活动小臂；51.三轴；60.前臂；61.四轴；70.摆杆；71.五轴；80.附加七轴；81.移动轴；90.折弯机；101.模具中心线；92.位移传感器；100.毛坯料架；110.成品料架；120.钣金板材。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种能同时加工两个工件的辅助折弯机器人，包括直线底座滑轨10、滑块20、旋转支座30、活动大臂40、活动小臂50、前臂60、摆杆70和附加七轴80。

直线底座滑轨设置在折弯机90的折弯进口侧，直线底座滑轨与折弯机的折弯口优选相平行。折弯机的折弯进口处优选设置有能两个传感器组，每个传感器组均优选包括两个如图5所示的位移传感器92，每个传感器组均能对相应的钣金板材进行尺寸定位测量，方便折弯机器人进行尺寸定位及角度调整。

毛坯料架100和成品料110设置在直线滑轨的外侧，位置可变，数量可变，能实现对钣金板材120无人工干预的全自动化折弯。

滑块滑动连接在直线底座滑轨上，滑块与直线底座滑轨之间形成一轴。

滑块顶部通过二轴41直接或间接与活动大臂的后端相铰接，优选具有如下两种优选设置方式。

实施例1：活动大臂的后端通过二轴直接与滑块顶部相铰接，也即不需包括旋转支座。此时，本申请的折弯机器人为五轴机器人，与6轴通用机械人相比，移动范围大，且一轴为线性移动轴，扩展了机器人的移动范围。

实施例2：活动大臂的后端通过二轴41间接与滑块顶部相铰接，如图3所示，旋转支座的底部通过附加六轴31与滑块顶部转动连接，旋转支座顶部通过二轴与大臂关节的后端转动连接。旋转支座的使用，使得本申请的折弯机器人为六轴机器人，移动范围大，毛坯料架和成品料架的位置可变，数量可变，能实现无人工干预的全自动化折弯。

活动大臂的前端通过三轴51与活动小臂的后端相铰接，活动小臂的前端通过四轴61与前臂的后端相铰接，前臂的前端通过五轴71与摆杆的中部转动连接。

如图2所示，附加七轴的数量为两根，两根附加七轴对称设置在五轴两侧的摆杆上，每根附加七轴均直接或间接与摆杆转动连接，具体优选设置方式如下：

方式一：如图2所示，每根附加七轴的底部均直接与摆杆转动连接。

方式二，每根附加七轴的底部均间接与抓手转动连接。具体设置方式为：如图4所示，本申请的折弯机器人还包括两个移动轴81，移动轴设在附加七轴与摆杆之间，移动轴与摆杆滑动连接，附加七轴底部与移动轴转动连接。

每个移动轴沿摆杆的滑移方向与摆杆的长度方向相垂直。

一轴、二轴、三轴和四轴均相互平行，每个附加七轴均与五轴相互平行，五轴与四轴相垂直，五轴的轴线与四轴的轴线优选无相交点，因而，本申请能够避免四轴与折弯机发生机械干涉，适合小零件的折弯。

当然，作为替换，五轴的轴线与四轴的轴线也可以相交一点，本发明由于针对折弯的特殊工艺，运动学特性不同，即便不相交也完全能够反解出来。

每个附加七轴的顶部均设置一个能夹持钣金板材工件的夹具，夹具的设置方式有多种，优选有如下三种设置方式：

优选设置方式一：附加七轴和夹具一体设置，也即附加七轴为法兰轴，法兰轴中的法兰盘形成为夹具，法兰盘与金属板材螺纹连接。

优选设置方式二：夹具为真空吸盘。

优选设置方式三：夹具为电磁铁。

当然，作为替换，夹具还可以为现有技术中已知的其他设置方式。

将原点设置在二轴的轴线上，并将与二轴的轴线相垂直的水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，建立直角坐标系，则四轴中心在所述直角坐标系中的坐标为(d_x，d_y)，则d_x和d_y的计算公式如下：

式中，如图10所示，X₀为折弯机中模具中心线的X轴向距离值；Y₀为折弯机中下模高度；L₁₀为夹具的竖直偏距；L₂₀为夹具的水平偏距；β为折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角。

二轴、三轴和四轴相互联动，假设二轴的驱动转角为θ₂、三轴的驱动转角为θ₃、四轴的驱动转角为θ₄；则θ₂、θ₃和θ₄满足如下计算公式：

θ₂＝a₂；

θ₃＝a₃-a₂；

θ₄＝a₄-a₃；

a₄＝-β

C_x＝d_x-L₄cos(a₄)

C_y＝d_y-L₄sin(a₄)

式中，a₂为活动大臂与X轴夹角；a₃为活动小臂与X轴夹角；a₄为前臂与X轴的夹角；如图9所示，L₂为活动大臂长度；L₃为活动小臂的长度；L₄为前臂长度，C_x和C_y为中间变量。

折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角β采用如下公式进行计算：

式中，如图11所示，B为折弯机中下模槽口的宽度；d为折弯机中上模的工进行程，式中忽略钣金板材厚度的影响。

当然，作为替换，折弯过程中金属板材与水平面之间的夹角β也可采用角度传感器进行检测等其他已知的方式进行测量，也在本申请的保护范围之内。

上述附加七轴能对进行单个钣金板材定位角度偏差的调整。

五轴与两个附加七轴的关系，如图6所示。当五轴旋转，而附加七轴小角度旋转修正时，能对两个钣金板材定位尺寸精度进行调整，调整过程如图7所示。

五轴和两个附加七轴联动，如图8所示，将能实现两块板子的定位尺寸精度、角度精度的调整。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种能同时加工两个工件的辅助折弯机器人，其特征在于：包括直线底座滑轨、滑块、活动大臂、活动小臂、前臂、摆杆、附加七轴和两根移动轴；

滑块滑动连接在直线底座滑轨上，滑块与直线底座滑轨之间形成一轴；

滑块顶部通过二轴直接或间接与活动大臂的后端相铰接，活动大臂的前端通过三轴与活动小臂的后端相铰接，活动小臂的前端通过四轴与前臂的后端相铰接，前臂的前端通过五轴与摆杆的中部转动连接；

附加七轴的数量为两根，两根附加七轴对称设置在五轴两侧的摆杆上，每根附加七轴均与摆杆转动连接；

一轴、二轴、三轴和四轴均相互平行，每个附加七轴均与五轴相互平行，五轴与四轴相垂直，且五轴的轴线与四轴的轴线无相交点；每个附加七轴的顶部均设置一个能夹持钣金板材工件的夹具；

将原点设置在二轴的轴线上，并将与二轴的轴线相垂直的水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，建立直角坐标系，则四轴中心在所述直角坐标系中的坐标为(d_x，d_y)，则d_x和d_y的计算公式如下：

式中，X₀为折弯机中模具中心线的X轴向距离值；Y₀为折弯机中下模高度；L₁₀为夹具的竖直偏距；L₂₀为夹具的水平偏距；β为折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角；

二轴、三轴和四轴相互联动，假设二轴的驱动转角为θ₂、三轴的驱动转角为θ₃、四轴的驱动转角为θ₄；则θ₂、θ₃和θ₄满足如下计算公式：

θ₂＝a₂；

θ₃＝a₃-a₂；

θ₄＝a₄-a₃；

a₄＝-β

C_x＝d_x-L₄cos(a₄)

C_y＝d_y-L₄sin(a₄)

式中，a₂为活动大臂与X轴夹角；a₃为活动小臂与X轴夹角；a₄为前臂与X轴的夹角；L₂为活动大臂长度；L₃为活动小臂的长度；L₄为前臂长度，C_x和C_y为中间变量；

折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角β采用如下公式进行计算：

式中，B为折弯机中下模槽口的宽度；d为折弯机中上模的工进行程；

折弯机的折弯进口处设置有两个传感器组，每个传感器组均包括两个位移传感器，每个传感器组均能对相应的钣金板材进行尺寸定位测量，方便辅助折弯机器人进行尺寸定位及角度调整；

两个移动轴设在附加七轴与摆杆之间，移动轴与摆杆滑动连接，附加七轴底部与移动轴转动连接；每个移动轴沿摆杆的滑移方向与摆杆的长度方向相垂直；

附加七轴能对对应的钣金板材分别进行定位角度偏差的调整；当五轴旋转，而附加七轴小角度旋转修正时，能对两个钣金板材定位尺寸精度进行调整；五轴和两个附加七轴联动，将能实现对两块钣金板材的定位尺寸精度和角度精度的调整。

2.根据权利要求1所述的能同时加工两个工件的辅助折弯机器人，其特征在于：还包括旋转支座，旋转支座的底部通过附加六轴与滑块顶部转动连接，旋转支座顶部通过二轴与活动大臂的后端转动连接。