CN111941398A - 一种多机械臂加工系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多机械臂加工系统及工作方法，包括至少三个机械臂，所述机械臂的末端与刀塔铰接，机械臂的首端与第一转动驱动件的壳体固定连接，第一转动驱动件的输出轴与直线驱动机构连接，所述直线驱动机构的轴线沿设定圆周的切线方向设置，且多个直线驱动机构轴线与设定圆周的切点沿设定圆周均匀分布，所述刀塔下方设有工件台，用于放置待加工工件，本发明的加工系统加工空间范围大，工作效率高。

Description

一种多机械臂加工系统及工作方法

技术领域

本发明涉及加工设备技术领域，具体涉及一种多机械臂加工系统及工作方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

发明人发现，现有的机械臂数控加工装备负载小，加工能力受限，多为加工中小型零件，而且多为单个串联机械臂，其刚性差，加工精度低，且无法装载体积大、重量大的刀塔。现有的加工中心或刀塔车床的刀塔自由度低，加工空间有限，导致加工受限。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种多机械臂加工系统，刚性高，加工自由度高，加工空间范围大。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种多机械臂加工系统，包括至少三个机械臂，所述机械臂的末端与刀塔铰接，机械臂的首端与第一转动驱动件的壳体固定连接，第一转动驱动件的输出轴与直线驱动机构连接，所述直线驱动机构的轴线沿设定圆周的切线方向设置，且多个直线驱动机构轴线与设定圆周的切点沿设定圆周均匀分布，所述刀塔下方设有工件台，用于放置待加工工件。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述第一转动驱动件的输出轴与第一编码器的检测轴连接，第一编码器的壳体固定在第一转动驱动件的壳体上。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述机械臂包括第一臂部，第一臂部一端与基座转动连接，基座与第一转动驱动件的壳体固定连接，第一臂部另一端与第二臂部的一端转动连接，且能够相对转动，第二臂部的另一端设有第二转动驱动件，第二转动驱动件的输出轴与第三臂部的一端连接，第三臂部的另一端与刀塔铰接。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述第二转动驱动件的输出轴与第二编码器的检测轴连接，第二编码器的壳体固定在第二臂部上。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述基座与第一直线驱动件的一端铰接，第一直线驱动件的另一端与第一臂部铰接，第二臂部与第二直线驱动件的一端铰接，第二直线驱动件的另一端与第一臂部铰接。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述第一臂部通过基座上的第一销轴与基座转动连接，第一销轴与第三编码器的检测轴连接，第三编码器的壳体固定在第一臂部上。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述第一臂部通过第二臂部端部的第二销轴与第二臂部转动连接，所述第二销轴与第四编码器的检测轴连接，第四编码器的壳体固定在第一臂部上。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述第一臂部、第二臂部及第三臂部均安装有陀螺仪。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述直线驱动机构包括丝杠，所述丝杠两端与轴承座转动连接，丝杠一端与丝杠电机的输出轴连接，丝杠上连接有滑块，所述滑块与固定设置的导轨滑动连接，第一转动驱动件的输出轴与滑块固定连接，所述导轨上还安装有激光位移传感器，用于检测滑块的位置。

第二方面，本发明的实施例提供了一种多机械臂加工系统的工作方法：工件台放置工件，直线驱动机构驱动多个机械臂运动，同时多个机械臂动作，调节刀塔至设定姿态，刀塔带动其刀具工作，对工件台上放置的工件进行加工。

本发明的有益效果：

1.本发明的加工系统，通过多个机械臂共同连接刀塔，负载能力大，刚性高，能够实现较高的加工精度。

2.本发明的加工系统，刀塔与多个机械臂的末端铰接，而且机械臂的首端连接到直线驱动机构上，直线驱动机构的轴线与设定圆周相切设置，且切点沿设定圆周均匀分布，通过机械臂的作用，能够实现刀塔在空间内的直线平移运动及绕任意轴线的翻转运动，刀塔的自由度高，加工空间范围大。

3.本发明的加工系统，设有编码器，可以实时反馈机械臂运动控制数据，实现闭环控制，保证控制精度，具有陀螺仪和激光位移传感器，能够实时检测第一臂部和第二臂部的俯仰角度及第三臂部的摆动角度，激光位移传感器可以测得机械臂在导轨上的位置，进而可以计算出机械臂末端的实时位置，通过对多个机械臂的末端位置控制，从而实现对刀塔的位置的精准控制，保证了加工精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图一；

图2为本发明实施例1整体结构示意图二；

图3为本发明实施例1整体结构俯视图；

图4为本发明实施例1直线驱动机构结构示意图一；

图5为本发明实施例1直线驱动机构结构示意图二；

图6为本发明实施例1机械臂结构示意图一；

图7为本发明实施例1机械臂结构示意图二；

图8为本发明实施例1机械臂与伺服刀塔装配示意图一；

图9为本发明实施例1机械臂与伺服刀塔装配示意图二；

图10为本发明实施例1机械臂与伺服刀塔装配俯视图；

其中，1.机械臂，2.伺服刀塔，3.直线驱动机构，4.工件台，5.第一摆动油缸，6.第一平衡阀，7.第一编码器，8.编码器支架，9.马蹄铁；

1-1.基座，1-2.第一臂部，1-3.第二臂部，1-4.第三臂部，1-5.第一销轴，1-6.第二摆动油缸，1-7.第二平衡阀，1-8.第二编码器，1-9.第三编码器，1-10.第四编码器，1-11.第一直线油缸，1-12.第二直线油缸，1-13.陀螺仪，1-14.铰接耳板，1-15.鱼眼接头；

3-1.导轨，3-2.轴承座，3-3.丝杠，3-4.丝杠电机，3-5.滑块，3-6.激光位移传感器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的机械臂数控加工装备负载小，加工能力受限，多为加工中小型零件，而且多为单个串联机械臂，其刚性差，加工精度低，且无法装载刀塔。现有的加工中心或刀塔车床的刀塔自由度低，加工空间有限，导致加工受限，针对上述问题，本申请提出了一种多机械臂加工系统。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-图10所示，一种多机械臂加工系统，包括三个机械臂1，所述三个机械臂的末端与刀塔连接，所述刀塔采用现有的伺服刀塔2，三个机械臂的首端分别通过三个第一转动驱动件与直线驱动机构3连接，三个机械臂能够带动伺服刀塔在加工空间范围内沿直线运动或沿任意方向轴线的翻转，以调整伺服刀塔的位姿。

所述刀塔下方设有工件台4，所述工件台用于固定待加工的工件。

三个所述的机械臂首端与分别与三个第一转动驱动件的外壳固定连接，所述第一转动驱动件的输出轴与直线驱动机构连接，直线驱动机构能够带动第一转动驱动件沿直线运动。

本实施例中，所述直线驱动机构采用现有的丝杠传动机构，包括导轨3-1，所述导轨的两端均固定有轴承座3-2，两个轴承座分别与丝杠3-3的两端转动连接，丝杠的一端与固定在轴承座上的丝杠电机3-4的输出轴连接，丝杠电机能够带动丝杠的转动，所述丝杠上连接有滑块3-5，滑块与导轨滑动连接，所述滑块与第一转动驱动件的输出轴固定连接。

丝杠转动，能够带动滑块沿丝杠的轴线方向运动，本实施例中，三个直线驱动机构的丝杠轴线与设定圆周相切设置，且三个切点均匀分布在设定圆周上。

一端所述的轴承座上固定有激光位移传感器3-6，所述激光位移传感器用于检测滑块的移动距离。

本实施例中，所述第一转动驱动件采用第一摆动油缸5，所述第一摆动油缸的输出轴与滑块固定连接，所述第一摆动油缸的缸体与机械臂的首端固定连接。所述第一摆动油缸连接有第一平衡阀6，用于保持第一摆动油缸内的油压，防止机械臂因重力下落。

所述第一摆动油缸的输出轴与第一编码器7的检测轴连接，第一编码器的壳体通过编码器支架8与第一摆动油缸的缸体固定连接，第一编码器能够检测第一摆动油缸输出轴相对于缸体的转动角度。

三个所述的机械臂1结构相同，均包括基座1-1、第一臂部1-2、第二臂部1-3及第三臂部1-4，所述基座通过马蹄铁9与第一摆动油缸的缸体固定连接，所述基座上固定有第一销轴，基座通过第一销轴1-5与第一摆臂的端部转动连接，第一摆臂的另一端通过设置在第二臂部上的第二销轴与第二臂部的一端转动连接，第二臂部的另一端设有第二转动驱动件，所述第二转动驱动件的壳体与第二臂部固定连接，其输出轴与第三臂部连接，能够驱动第三臂部的摆动。

本实施例中，所述第二转动驱动件采用第二摆动油缸1-6，所述第二摆动油缸的缸体固定在第二臂部上，第二摆动油缸的输出轴与第三臂部固定连接，所述第二摆动油缸连接有第二平衡阀1-7，第二平衡阀用于保持第二摆动油缸内的油压，防止机械臂因重力下落。

所述第二摆动油缸的输出轴与第二编码器1-8的检测轴连接，第二编码器的壳体通过编码器支架固定在第二臂部上，用于检测第三臂部相对与第二臂部的摆动角度。

本实施例中，第一销轴与第三编码器1-9的检测轴连接，第三编码器的壳体通过编码器支架固定在第一臂部上，第三编码器能够检测第一臂部相对于基座的转动角度。

所述第二销轴与第四编码器1-10的检测轴连接，第四编码器的壳体通过编码器支架固定在第一臂部上。第四编码器能够检测第二臂部相对与第一臂部的转动角度。

所述基座与第一直线驱动件的一端铰接，第一直线驱动件的另一端与第一臂部铰接，本实施例中，所述第一直线驱动件采用第一直线油缸1-11，所述第一直线油缸的缸体与基座铰接，第一直线油缸的活塞杆通过鱼眼接头1-15与第一臂部铰接，第一直线油缸活塞杆的伸缩运动能够带动第一臂部相对于基座的转动。

所述第一臂部与第二直线驱动件的一端铰接，第二直线驱动工件的另一端与第二臂部铰接，本实施例中，所述第二直线驱动件采用第二直线油缸1-12，所述第二直线油缸的缸体与第一臂部铰接，第二直线油缸的活塞杆通过鱼眼接头与第二臂部铰接，第二直线油缸活塞杆的伸缩运动能够带动第二臂部相对于第一臂部的转动。

所述第一臂部、第二臂部及第三臂部上均安装有陀螺仪1-13，可以实时检测第一臂部、第二臂部的俯仰角度和第三臂部的摆动角度。

本实施例中，第一编码器、第二编码器、第三编码器、陀螺仪、激光位移传感器均与控制系统连接，能够将检测得到的信息传输给控制系统，通过三个编码器，可以检测第一臂部、第二臂部和第三臂部的摆动角度，从而可以实时反馈机械臂的运动控制数据，实现闭环控制，保证控制精度，进而保证加工精度。

陀螺仪可以实时检测第一臂部、第二臂部的俯仰角度，第三臂部的摆动角度，激光位移传感器可以测得滑块的移动距离，进而控制系统可以计算出机械臂末端的实时位置，通过对机械臂末端位置的控制，进而实现对伺服刀塔的位置控制。

本实施例中，通过编码器经过运动学解析能够得到机械臂的空间姿态信息，陀螺仪可以直接得到机械臂的空间姿态信息，陀螺仪可以保证机械臂空间姿态信息的测量更加精确，可以根据陀螺仪反馈的数据，与理想机械臂控制位置比较，再与各个臂部测得的数据比较，可以减小各个臂部的运动误差，更好地控制第一直线油缸和第二直线油缸的运动。

本实施例中，所述第三臂部的端部设有铰接耳板1-14，所述伺服刀塔上也设有铰接耳板，第三臂部通过铰接耳板与伺服刀塔铰接，进而实现三个机械臂对伺服刀塔位置和姿态的控制。

本实施例中，采用了第一摆动油缸、第二摆动油缸、第一直线油缸和第二直线油缸，能够输出较大的驱动力矩，同时具有三个机械臂，满足了对体积大、重量大的伺服刀塔的支撑需求。

所述伺服刀塔采用现有的伺服刀塔结构即可，能够实现快速换刀，极大的提高了加工效率，其具体结构在此不进行详细叙述。

第一摆动油缸、第二摆动油缸、第一直线油缸、第二直线油缸及丝杠电机均与控制系统连接，由控制系统控制其工作。

实施例2：

本实施例公开了一种多机械臂加工系统的工作方法，将工件固定在工件台上，控制系统按照设定的程序控制第一摆动油缸、第二摆动油缸、第一直线油缸、第二直线油缸及丝杠电机工作，三个机械臂协同工作，调节伺服刀塔的位置和姿态，伺服刀塔利用刀具对工件进行加工。

本实施例的加工系统，通过机械臂及直线驱动机构的共同作用，能够使得伺服刀塔在空间内沿直线运动及绕任意方向轴向翻转，自由度高，大大增加了加工空间的范围。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种多机械臂加工系统，其特征在于，包括至少三个机械臂，所述机械臂的末端与刀塔铰接，机械臂的首端与第一转动驱动件的壳体固定连接，第一转动驱动件的输出轴与直线驱动机构连接，所述直线驱动机构的轴线沿设定圆周的切线方向设置，且多个直线驱动机构轴线与设定圆周的切点沿设定圆周均匀分布，所述刀塔下方设有工件台，用于放置待加工工件。

2.如权利要求1所述的一种多机械臂加工系统，其特征在于，所述第一转动驱动件的输出轴与第一编码器的检测轴连接，第一编码器的壳体固定在第一转动驱动件的壳体上。

3.如权利要求1所述的一种多机械臂加工系统，其特征在于，所述机械臂包括第一臂部，第一臂部一端与基座转动连接，基座与第一转动驱动件的壳体固定连接，第一臂部另一端与第二臂部的一端转动连接，且能够相对转动，第二臂部的另一端设有第二转动驱动件，第二转动驱动件的输出轴与第三臂部的一端连接，第三臂部的另一端与刀塔铰接。

4.如权利要求3所述的一种多机械臂加工系统，其特征在于，所述第二转动驱动件的输出轴与第二编码器的检测轴连接，第二编码器的壳体固定在第二臂部上。

5.如权利要求3所述的一种多机械臂加工系统，其特征在于，所述基座与第一直线驱动件的一端铰接，第一直线驱动件的另一端与第一臂部铰接，第二臂部与第二直线驱动件的一端铰接，第二直线驱动件的另一端与第一臂部铰接。

6.如权利要求3所述的一种多机械臂加工系统，其特征在于，所述第一臂部通过基座上的第一销轴与基座转动连接，第一销轴与第三编码器的检测轴连接，第三编码器的壳体固定在第一臂部上。

7.如权利要求3所述的一种多机械臂加工系统，其特征在于，所述第一臂部通过第二臂部端部的第二销轴与第二臂部转动连接，所述第二销轴与第四编码器的检测轴连接，第四编码器的壳体固定在第一臂部上。

8.如权利要求3所述的一种多机械臂加工系统，其特征在于，所述第一臂部、第二臂部及第三臂部均安装有陀螺仪。

9.如权利要求1所述的一种多机械臂加工系统，其特征在于，所述直线驱动机构包括丝杠，所述丝杠两端与轴承座转动连接，丝杠一端与丝杠电机的输出轴连接，丝杠上连接有滑块，所述滑块与固定设置的导轨滑动连接，第一转动驱动件的输出轴与滑块固定连接，所述导轨上还安装有激光位移传感器，用于检测滑块的位置。

10.一种权利要求1-9任一项所述的多机械臂加工系统的工作方法，其特征在于，工件台放置工件，直线驱动机构驱动多个机械臂运动，同时多个机械臂动作，调节刀塔至设定姿态，刀塔带动其刀具工作，对工件台上放置的工件进行加工。

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