CN113263511B - 一种高精密设备制造用多功能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精密设备制造用多功能机器人，涉及工业生产辅助器械技术领域，解决了当前高精密设备在制造过程中存在加工精度不高且加工周期长以及加工效率不高的问题，其技术方案要点是：包括总控承托台以及安装在总控承托台上的多轴机械运动臂，多轴机械运动臂的末端固定安装有活动旋转台，活动旋转台的输出端固定安装有集成箱体，集成箱体内部分别固定安装有处理器、分析模块、光距发生器、光距接收器和位移传感器；本发明中以相对距离参数作为加工程序的参照参数，较大程度上提高加工精度，防止出现过行程或行程不足的问题，且可以同时满足多种零件的加工方式，免除了安装多种刀具的繁琐作业，缩短加工时间，提高了加工效率。

Description

一种高精密设备制造用多功能机器人

技术领域

本发明涉及工业生产辅助器械技术领域，更具体地说，它涉及一种高精密设备制造用多功能机器人。

背景技术

机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器，随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器人；

机器人技术可以服务于各类行业，例如制造业，在制造业中，需要制造不同的产品，例如其中的高精密设备，此类设备为满足后续的高精密加工要求或装配要求，在打磨加工高精密设备中的各类零件或外壳中，需要保证各类零件或外壳保持较小的表面粗糙度。目前，所采取打磨方式，主要是采用打磨机器人代替人工打磨，操作过程中，根据生产工艺要求编辑加工程序，机器人依照加工程序完成对产品的加工；

但是在实际操作过程中，需要工人将产品放置在定位台上，放置过程中会产生位置的偏差，从而导致加工精度的偏差，例如加工过行程或者行程量不够，加工精度不高，此外，不同产品的加工方式不同，例如钻孔、开槽或外表面打磨抛光，就需要多组打磨机器人协同操作或者工人定时安装不同的加工刀具，加工时间周期较长，加工效率不高，因此，为解决此类问题，我们提出一种高精密设备制造用多功能机器人。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精密设备制造用多功能机器人，以相对距离参数作为加工程序的参照参数，较大程度上提高加工精度，防止出现过行程或行程不足的问题，且可以同时满足不同零件的多种加工方式，免除了多种刀具换装的繁琐作业，缩短加工时间，提高了加工效率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：包括总控承托台以及安装在总控承托台上的多轴机械运动臂，所述多轴机械运动臂的末端固定安装有活动旋转台，所述活动旋转台的输出端固定安装有集成箱体；

所述集成箱体内部分别固定安装有处理器、分析模块、光距发生器、光距接收器和位移传感器，且所述集成箱体的外部设置有加工组件，所述处理器与分析模块、光距发生器、光距接收器、位移传感器和加工组件之间电性连接；

所述处理器中包含有程序录入功能和程序输出功能，且所述处理器用于控制加工组件加工待加工产品的运行方式；

所述位移传感器的输出端固定安装有位移传动杆，所述位移传动杆贯穿集成箱体下表面且与集成箱体外壁之间滑动连接；

所述位移传动杆与集成箱体下表面之间呈垂直状态，所述位移传感器通过位移传动杆实时检测集成箱体下表面与位移传动杆末端之间的第一段相对距离参数；

所述光距接收器和光距发生器组合电性连接，且所述光距接收器和光距发生器用于实时检测待加工产品与集成箱体下表面之间的第二段相对距离参数；

所述第一相对距离参数和第二段相对距离参数作为处理器控制加工组件运行的加工参照参数。

通过采用上述技术方案，整体装置设置有光距发生器和光距接收器、位移传动杆和位移传感器两种组合方式，两种组合方式分别通过光距离传感方式和实际接触的方式检测加工过程中加工组件与待加工产品之间的相对垂直距离，得出第一相对距离参数和第二段相对距离参数，以两个参数作为加工组件的加工参照参数，在不改变原先加工程序的前提下，通过两组相对距离参数来辅助加工，防止在加工过程中出现过行程和行程量不够等加工精度偏差的问题。

本发明进一步设置为：所述位移传动杆的末端呈球状。

通过采用上述技术方案，通过位移传动杆上的呈球状的末端与工件接触，位移传动杆与沿着待加工产品外表面进行竖直方向移动，通过位移传感器的位移变化转换为参数，可以最为直接的感知工件与加工组件之间的垂直距离。

本发明进一步设置为：所述集成箱体下表面开设有与光距发生器匹配的十字通槽，所述光距发生器通过十字通槽的光线呈十字状。

通过采用上述技术方案，通过光距发生器发出的光线，并通过十字通槽改变光线的形状，使光线可以最为直接的覆盖在产品表面上，便于摄像头进行直接观察。

本发明进一步设置为：所述集成箱体下表面一侧固定安装有摄像头，所述摄像头与光距接收器和分析模块之间电性连接，所述分析模块中包含有机器视觉算法，且所述分析模块与总控承托台和处理器之间电性连接；

所述摄像头用于捕捉分析光距发生器发出的十字光线，所述分析模块中的机器视觉算法用于分析光距发生器发出的十字光线，所述加工组件通过分析模块定位加工基准位置。

通过采用上述技术方案，通过摄像头对整体待加工产品进行实时摄像，通过机器视觉算法快速感知光距发生器发出的光线，并快速定位到十字光线的中心点，可以捕捉到产品上十字光线的中心点，便于加工组件定位加工基准位置。

本发明进一步设置为：所述加工组件中包含有第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆和第三电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆和第三电动伸缩杆均与分析模块、位移传感器处理器之间电性连接。

通过采用上述技术方案，整体的加工组件通过电动控制的伸缩杆进行控制，以电动的方式，可以进行逐级运动，更为精确的控制加工组件的行程量。

本发明进一步设置为：所述集成箱体的外壁固定安装有与第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆和第三电动伸缩杆匹配的稳定环架和安装板，每个所述安装板的上表面中心位置与第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆和第三电动伸缩杆的输出轴之间固定连接，且所述安装板上表面外轮廓边呈均匀分布固定安装有支撑滑杆，每个所述支撑滑杆与稳定环架之间滑动连接。

通过采用上述技术方案，在每个电动伸缩杆控制安装板移动的过程中，通过设置的支撑滑杆和稳定环架，提高每个安装板运行的稳定性，防止因为安装板抖动而出现加工偏差。

本发明进一步设置为：其中位于所述第三电动伸缩杆下侧的安装板下侧设置有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端设置有第一安装刀具，所述第一安装刀具中包含有螺纹刀具、齿轮刀具、孔加工刀具和车刀中的一种。

通过采用上述技术方案，通过第一驱动电机可以连接多种不同的刀具，用来产品开槽、开孔等一系列操作。

本发明进一步设置为：其中位于所述第二电动伸缩杆下侧的安装板下表面固定安装有安装套架，所述安装套架内部中间位置固定安装有双向气缸，且所述安装套架上开设有配合滑槽，所述双向气缸的输出端固定安装有与配合滑槽滑动连接的外胀板。

通过采用上述技术方案，通过两个同时且相向移动的外胀板，可以针对特定外形的产品，从产品的内部进行固定，固定过程稳定。

本发明进一步设置为：两个所述外胀板两侧外壁均呈圆弧状，且所述外胀板的两侧外壁均设置有橡胶垫。

通过采用上述技术方案，通过外胀板固定产品的过程中，可以通过橡胶垫减少对产品的剐蹭。

本发明进一步设置为：其中位于所述第一电动伸缩杆下侧的安装板下表面设置有L型安装架，所述L型安装架下表面固定安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出端固定安装有第二安装刀具，所述第二安装刀具为碟砂片、切割片和抛光片中的一种，所述L型安装架的安装方式包含有倒L安装方式和正L安装方式。

通过采用上述技术方案，通过第二驱动刀具连接对应的碟砂片、切割片和抛光片，可以对产品进行切割、打磨抛光作用，根据产品的外形，通过不同安装方式的L型安装架可以更好的贴合于产品的外形。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、整体装置采用电动驱动的方式，在控制加工组件运行的过程中，以逐级运动的方式，可以带动每个电动伸缩杆进行逐级运动，便于控制电动伸缩杆上所安装刀具的行程量，且可以防止移动过程中滑动而导致过行程出现的问题；

2、整体装置可以适用于多种加工方式，包含有开槽、开孔等方式，通过设置的活动旋转台，可以根据生产工艺要求选择不同的加工方式，例如旋转集成箱体90°、180°、270°或360°根据加工方式自由切换对应的加工刀具，此外，所安装的驱动电机组件可以自由安装在安装板上，自由组合安装和拆卸多个型号或类型的驱动电机和加工刀具，免除了停机安装刀具过程中所消耗的额外时间；

整体装置中设置有位移传感器和光距发生器，位移传感器和位移传动杆用来定位产品与加工组件之间的垂直距离，并通过光距发生器和光距接收器来定位产品与加工组件之间的垂直距离，以两组垂直距离分为两组相对距离参数，并以两组相对距离参数作为处理器控制加工组件运行的加工参照参数，防止加工过程中出现过行程或行程量不足等加工精度不高的问题；

3、此外，并利用光距发生器发出光线，并经过十字通槽改变光线外形为十字光线，十字光线可以覆盖在待加工产品的外表面，首先通过摄像头捕捉十字光线的中间，并通过分析模块中的视觉传感技术及机器视觉算法，定位待加工产品的加工基准，提高加工精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的集成箱体部件的结构示意图；

图3是本发明的第三电动伸缩杆部件的结构示意图；

图4是本发明的第一电动伸缩杆部件的结构示意图；

图5是本发明的第二电动伸缩杆部件的结构示意图；

图6是本发明的集成箱体部件的剖切图；

图7是本发明的图6的仰视图。

图中：1、总控承托台；2、多轴机械运动臂；3、活动旋转台；4、集成箱体；5、第一电动伸缩杆；6、第二电动伸缩杆；7、第三电动伸缩杆；8、稳定环架；9、支撑滑杆；10、安装板；11、第一驱动电机；12、L型安装架；13、第二驱动电机；14、第二安装刀具；15、安装套架；16、双向气缸；17、配合滑槽；18、外胀板；19、处理器；20、分析模块；21、光距发生器；22、光距接收器；23、位移传感器；24、位移传动杆；25、十字通槽；26、摄像头；27、第一安装刀具。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图1-7及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一：

一种高精密设备制造用多功能机器人，包括总控承托台1以及安装在总控承托台1上的多轴机械运动臂2，多轴机械运动臂2的末端固定安装有活动旋转台3，活动旋转台3的输出端固定安装有集成箱体4；

集成箱体4内部分别固定安装有处理器19、分析模块20、光距发生器21、光距接收器22和位移传感器23，且集成箱体4的外部设置有加工组件，处理器19与分析模块20、光距发生器21、光距接收器22、位移传感器23和加工组件之间电性连接；

处理器19中包含有程序录入功能和程序输出功能，且处理器19用于控制加工组件加工待加工产品的运行方式；

位移传感器23的输出端固定安装有位移传动杆24，位移传动杆24贯穿集成箱体4下表面且与集成箱体4外壁之间滑动连接；

位移传动杆24与集成箱体4下表面之间呈垂直状态，位移传感器23通过位移传动杆24实时检测集成箱体4下表面与位移传动杆24末端之间的第一段相对距离参数，位移传动杆24的末端呈球状；

光距接收器22和光距发生器21组合电性连接，且光距接收器22和光距发生器21用于实时检测待加工产品与集成箱体4下表面之间的第二段相对距离参数；

第一段相对距离参数和第二段相对距离参数作为处理器19控制加工组件运行的加工参照参数。

综上描述：在处理器19和总控承托台1分别控制加工组件和多轴运动机械臂2运动的过程中，位移传动杆24跟随集成箱体4移动，且沿着待加工工件的外表面进行移动，位移传感器23感知位移传动杆24的位移量变化，转换为加工过程中行程量变换，此类行程量为第一段相对距离参数；

再通过光距发生器21发出光线，通过光距接收器22感知光线与集成箱体4之间的垂直距离，此为第二段相对距离参数；

以第一段相对距离参数和第二段相对距离参数作为处理器19控制加工组件运行的加工参照参数：

当第一段相对距离参数和第二段相对距离参数超过了加工过程中行程量时，处理器19控制加工组件减少加工行程进给量；

当第一段相对距离参数和第二段相对距离参数小于加工过程中行程量时，处理器19控制加工组件增加加工行程进给量。

实施例二：

如图6和图7所示，集成箱体4下表面一侧固定安装有摄像头26，摄像头26与光距接收器22和分析模块20之间电性连接，分析模块20中包含有机器视觉算法，且分析模块20与总控承托台1和处理器19之间电性连接；

摄像头26用于捕捉分析光距发生器21发出的十字光线，分析模块20中的机器视觉算法用于分析光距发生器21发出的十字光线，加工组件通过分析模块20定位加工基准位置。

如图2所示，加工组件中包含有第一电动伸缩杆5、第二电动伸缩杆6和第三电动伸缩杆7，第一电动伸缩杆5、第二电动伸缩杆6和第三电动伸缩杆7均与分析模块20、位移传感器23处理器19之间电性连接，集成箱体4的外壁固定安装有与第一电动伸缩杆5、第二电动伸缩杆6和第三电动伸缩杆7匹配的稳定环架8和安装板10，每个安装板10的上表面中心位置与第一电动伸缩杆5、第二电动伸缩杆6和第三电动伸缩杆7的输出轴之间固定连接，且安装板10上表面外轮廓边呈均匀分布固定安装有支撑滑杆9，每个支撑滑杆9与稳定环架8之间滑动连接。

工作原理：以加工程序为基础，通过总控承托台1控制多轴机械运动臂2运动的过程中，在集成箱体4逐渐靠近待加工产品时，首先是光距发生器21发出光线，并通过十字通槽25使光线以呈现十字状的方式分布在产品的外形上；

通过摄像头26对产品进行实时摄像，再通过分析模块20中机器视觉算法感知且定位由光距发生器21发出的光线中心位置，以加工程序为基础，可以定位加工基准位置；

实施例三：

如图3所示，其中位于第三电动伸缩杆7下侧的安装板10下侧设置有第一驱动电机11，第一驱动电机11的输出端设置有第一安装刀具27，第一安装刀具27中包含有螺纹刀具、齿轮刀具、孔加工刀具和车刀中的一种。

工作原理：通过第一安装刀具27安装对应的螺纹刀具、齿轮刀具、孔加工刀具和车刀，在原点位置时，以螺纹刀具、齿轮刀具、孔加工刀具和车刀末端位置为0点，结合加工程序和加工依据，以螺纹刀具、齿轮刀具、孔加工刀具和车刀末端的行程量为加工量；

实施例四：

如图5所示，其中位于第二电动伸缩杆6下侧的安装板10下表面固定安装有安装套架15，安装套架15内部中间位置固定安装有双向气缸16，且安装套架15上开设有配合滑槽17，双向气缸16的输出端固定安装有与配合滑槽17滑动连接的外胀板18，两个外胀板18两侧外壁均呈圆弧状，且外胀板18的两侧外壁均设置有橡胶垫。

工作原理：在需要夹持管状工件时，首先将两个外胀板18相互靠近合拢，使两个外胀板18深入到管状工件内部，再通过双向气缸16带动两个外胀板18向外移动，从而可以从管状工件内部进行固定工件。

实施例五：

如图4所示，其中位于第一电动伸缩杆5下侧的安装板10下表面设置有L型安装架12，L型安装架12下表面固定安装有第二驱动电机13，第二驱动电机13的输出端固定安装有第二安装刀具14，第二安装刀具14为碟砂片、切割片和抛光片中的一种，L型安装架12的安装方式包含有倒L安装方式和正L安装方式。

工作原理：根据加工的种类，以倒L安装方式和正L安装方式安装L型安装架12上，并在第二驱动电机13上安装对应的碟砂片、切割片和抛光片，以碟砂片和抛光片的工作面下端、切割片下端的相切点为0点位置，所以碟砂片、切割片和抛光片的运动量为加工量。

结合实施例三、实施例四和实施例五，以加工程序和生产工艺为基础，在遇到多种加工工艺的加工过程中，在集成箱体4外部的加工组件上安装对应的刀具，例如开孔刀具、开槽刀具或者打磨抛光刀具等，在进行对应操作的过程中，通过活动旋转台4带动集成箱体4分别进行90°、180°、270°或360°旋转，以选择对应位置的加工组件，对产品进行对应的操作。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种高精密设备制造用多功能机器人，包括总控承托台(1)以及安装在总控承托台(1)上的多轴机械运动臂(2)，其特征是：所述多轴机械运动臂(2)的末端固定安装有活动旋转台(3)，所述活动旋转台(3)的输出端固定安装有集成箱体(4)；

所述集成箱体(4)内部分别固定安装有处理器(19)、分析模块(20)、光距发生器(21)、光距接收器(22)和位移传感器(23)，且所述集成箱体(4)的外部设置有加工组件，所述处理器(19)与分析模块(20)、光距发生器(21)、光距接收器(22)、位移传感器(23)和加工组件之间电性连接；

所述处理器(19)中包含有程序录入功能和程序输出功能，且所述处理器(19)用于控制加工组件加工待加工产品的运行方式；

所述位移传感器(23)的输出端固定安装有位移传动杆(24)，所述位移传动杆(24)贯穿集成箱体(4)下表面且与集成箱体(4)外壁之间滑动连接；

所述位移传动杆(24)与集成箱体(4)下表面之间呈垂直状态，所述位移传感器(23)通过位移传动杆(24)实时检测集成箱体(4)下表面与位移传动杆(24)末端之间的第一段相对距离参数；

所述光距接收器(22)和光距发生器(21)组合电性连接，且所述光距接收器(22)和光距发生器(21)用于实时检测待加工产品与集成箱体(4)下表面之间的第二段相对距离参数；

所述第一段相对距离参数和第二段相对距离参数作为处理器(19)控制加工组件运行的加工参照参数；

所述加工组件中包含有第一电动伸缩杆(5)、第二电动伸缩杆(6)和第三电动伸缩杆(7)，所述第一电动伸缩杆(5)、第二电动伸缩杆(6)和第三电动伸缩杆(7)均与分析模块(20)、位移传感器(23)处理器(19)之间电性连接；

所述集成箱体(4)的外壁固定安装有与第一电动伸缩杆(5)、第二电动伸缩杆(6)和第三电动伸缩杆(7)匹配的稳定环架(8)和安装板(10)，每个所述安装板(10)的上表面中心位置与第一电动伸缩杆(5)、第二电动伸缩杆(6)和第三电动伸缩杆(7)的输出轴之间固定连接，且所述安装板(10)上表面外轮廓边呈均匀分布固定安装有支撑滑杆(9)，每个所述支撑滑杆(9)与稳定环架(8)之间滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种高精密设备制造用多功能机器人，其特征是：所述位移传动杆(24)的末端呈球状。

3.根据权利要求1所述的一种高精密设备制造用多功能机器人，其特征是：所述集成箱体(4)下表面开设有与光距发生器(21)匹配的十字通槽(25)，所述光距发生器(21)通过十字通槽(25)的光线呈十字状。

4.根据权利要求1所述的一种高精密设备制造用多功能机器人，其特征是：所述集成箱体(4)下表面一侧固定安装有摄像头(26)，所述摄像头(26)与光距接收器(22)和分析模块(20)之间电性连接，所述分析模块(20)中包含有机器视觉算法，且所述分析模块(20)与总控承托台(1)和处理器(19)之间电性连接；

所述摄像头(26)用于捕捉分析光距发生器(21)发出的十字光线，所述分析模块(20)中的机器视觉算法用于分析光距发生器(21)发出的十字光线，所述加工组件通过分析模块(20)定位加工基准位置。

5.根据权利要求1所述的一种高精密设备制造用多功能机器人，其特征是：其中位于所述第三电动伸缩杆(7)下侧的安装板(10)下侧设置有第一驱动电机(11)，所述第一驱动电机(11)的输出端设置有第一安装刀具(27)，所述第一安装刀具(27)中包含有螺纹刀具、齿轮刀具、孔加工刀具和车刀中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种高精密设备制造用多功能机器人，其特征是：其中位于所述第二电动伸缩杆(6)下侧的安装板(10)下表面固定安装有安装套架(15)，所述安装套架(15)内部中间位置固定安装有双向气缸(16)，且所述安装套架(15)上开设有配合滑槽(17)，所述双向气缸(16)的输出端固定安装有与配合滑槽(17)滑动连接的外胀板(18)。

7.根据权利要求6所述的一种高精密设备制造用多功能机器人，其特征是：两个所述外胀板(18)两侧外壁均呈圆弧状，且所述外胀板(18)的两侧外壁均设置有橡胶垫。

8.根据权利要求1所述的一种高精密设备制造用多功能机器人，其特征是：其中位于所述第一电动伸缩杆(5)下侧的安装板(10)下表面设置有L型安装架(12)，所述L型安装架(12)下表面固定安装有第二驱动电机(13)，所述第二驱动电机(13)的输出端固定安装有第二安装刀具(14)，所述第二安装刀具(14)为碟砂片、切割片和抛光片中的一种，所述L型安装架(12)的安装方式包含有倒L安装方式和正L安装方式。

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