CN113319870A - 一种打磨抛光机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明新型公开了一种打磨抛光机器人。包括打磨抛光机机身、打磨抛光砂带、机器人手爪、机器人上臂、机器人下臂和机器人底座。打磨抛光机器人有三个自由度：上臂俯仰自由度、下臂俯仰自由度和腰转自由度。针对目前钢制圆柱试样打磨机器人对试件的夹持力难于控制，容易出现夹持不牢而造成生产事故的问题，采用机器人手爪托举试件方式，手爪无须电机驱动来夹紧工件，砂带对试件的压力通过平行四边形机构转化为相互平行的三根手指对试件在打磨平面的二维约束力。该约束力大小取决于机器人托举试件对砂带的正压力，由于砂带存在柔性，该二维约束力只是起到约束钢制试件在二维平面的移动，并不限制钢制试件的微小转动，钢制试件的微小转动与砂带的平移打磨运动曲线复合，使试件表面形成复杂的微切削轨迹，能够减小打磨抛光表面的粗糙度值，提高打磨抛光的质量。
Description
技术领域
本发明新型涉及机器人加工设备技术领域，具体涉及一种用于钢制试件的打磨抛光机器人。
背景技术
钢制材料的金相成分和金相结构对钢材的性能起着决定性的作用，随着大型钢结构件在机械加工、桥梁和建筑领域应用越来越广泛，对钢制材料的金相成分和结构的在线检测要求越来越多。
打磨和抛光是在对钢制材料进行金相成分和金相结构检测之前预处理的一项非常重要的步骤，针对采用人力进行钢制试件打磨抛光效率低、质量不容易保证和安全性差的问题，本发明新型设计了一种打磨抛光机器人。
发明新型内容
本发明新型的目的是为了解决打磨钢制试件时，试件可能因为夹持不牢而飞出伤物伤人造成事故的问题。
为实现上述目的，本发明新型提供如下技术方案：该打磨抛光机器人有三个自由度，分别是：上臂俯仰自由度、下臂俯仰自由度和腰转自由度，通过上臂俯仰自由度和下臂俯仰自由度可以实现试件对砂带的压紧和脱离动作，通过腰转自由度可以实现试件在打磨抛光工位和试件上下料工位之间的转换。
优选的，通过平行四边形机构保证机器人下臂连杆始终与砂带保持平行，通过平行四边形机构保证机器人上臂连杆始终与砂带保持平行，机器人上臂连杆与三角形手掌通过预先安装保证平行，从而保证了机器人手爪托举试件的姿态始终保持一致，从而保证了试件的上表面打磨抛光的质量。
优选的，手爪上无须驱动电机，推拉杆与钢制试件底面接触，机器人三根手指的指尖与试件的侧面接触，牵引连杆将试件对推拉杆的压力传递给由指尖和手部连杆构成的平行四边形机构的连杆上，所述该连杆即指尖(301)，三根手指的L形指尖与试件侧面接触的平面始终保持平行并对钢制试件产生在打磨抛光平面的二维位置约束；
与现有技术相比，本发明新型的有益效果如下：
1)上臂俯仰自由度和下臂俯仰自由度都采用了平行四边形机构，保证了机器人的三角形手掌始终与砂带工作面平行，有利于提高打磨抛光效率并保证打磨抛光质量。
2)机器人手爪对试件的作用力由传统的依靠电机产生的夹持力改为依靠弹簧的受压弹性反力而产生的手指握持力，避免了可能因为电机驱动力不足导致夹持不住试件而产生事故，也避免了可能产生因为电机驱动力过大而对钢制试件损伤严重的问题。采用手指握持方式实现了对试件位置的限制，但允许试件有微小转动，这种微小转动与砂带平行打磨运动结合，在试件表面形成了复杂的打磨抛光运动曲线，可以有效降低表面粗糙度值，提高试件的打磨抛光质量。
3)当腰转关节运动，使手爪握持托举钢制试件从打磨抛光工位脱离后，没有了砂带对推拉杆的反向压力，推拉杆在弹簧的作用下向上移动，L形手指脱离与钢制试件的接触而张开，此时操作人员才可以安全地从机器人手爪上取下打磨抛光好的试件，因为这时已经远离了砂带所在的打磨抛光工位，因而提高了操作的安全性。
附图1为本发明新型的系统整体结构图。
附图2为本发明新型的打磨抛光机器人装配示意图。
附图3为本发明新型的打磨抛光机器人上臂和下臂的装配示意图。
附图4为本发明新型的打磨抛光机器人手爪的装配示意图。
附图5为本发明新型的打磨抛光机器人手爪的剖视结构示意图。
图中：1、打磨抛光机机身；2、打磨抛光砂带；3、机器人手爪；4、机器人上臂；5、机器人下臂；6、机器人腰转关节、7、机器人底座；
图中：301、指尖；302、手部连杆；303、推拉杆；304、牵引连杆；305、三角形手掌；306、三叉连接板；307、端盖；308、导向活塞；309、弹簧；
图中：401、上臂连杆；402、上臂摆杆；403、蜗轮；404、蜗杆；405步进电机。
图中：501、下臂连杆；502、下臂摆杆；503、腰转关节伸出杆；504、蜗轮；505、步进电机；506、蜗杆。
具体实施方式
下面将结合本发明新型实施例中的附图，对本发明新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明新型保护的范围。
请参阅图1-3，一种打磨抛光机器人，包括上臂俯仰自由度、下臂俯仰自由度和腰转自由度三个自由度。上臂俯仰自由度由上臂连杆401、上臂摆杆402、蜗轮403、蜗杆404和步进电机405等零部件实现。下臂俯仰自由度由下臂连杆501、下臂摆杆502、腰转关节伸出杆503、蜗轮504、步进电机505和蜗杆506等零部件实现。
在本实施例中，步进电机505输出转矩驱动蜗杆504，经由蜗轮504带动下臂摆杆502转动，由于腰转关节伸出杆503、两个下臂摆杆502和下臂连杆501构成一个平行四边形机构，保证了下臂连杆501做始终与砂带保持平行的运动；步进电机405输出转矩驱动蜗杆404，经由蜗轮404带动上臂摆杆402转动，由于下臂连杆501、两个上臂摆杆402和上臂连杆401构成一个平行四边形机构，保证了上臂连杆401做始终与砂带保持平行的运动。
请参阅图4-5，所述打磨抛光机器人的手爪由指尖301、手部连杆302、推拉杆303、牵引连杆304、三角形手掌305、三叉连接板306、端盖307、导向活塞308和弹簧309等零部件实现。
在本实施例中，所述机器人手爪3，包括在三角形手掌305上均布安装的三套手指机构，每套手指机构是由两个手部连杆302和一个L形指尖301构成的平行四连杆机构，平行四连杆机构使L形指尖始终保持平行。三叉连接板306与推拉杆303相连，推拉杆303与导向活塞308相连，推拉杆303带动三叉连接板306上下移动，进而带动平行四连杆机构的牵引连杆304摆动和手指机构的L形指尖301移动，当推拉杆303向上移动时，三个L形指尖301保持平行并相互远离而松开钢制样件，当推拉杆303向下移动时三个L形指尖301保持平行并相互靠近而实现对钢制样件的夹紧。推拉杆303的向下移动是由样件压紧砂带时所受反作用力而产生的结果，推拉杆303的向上移动是样件脱离开砂带后，受弹簧309的推力而产生的结果。端盖307保证了推拉杆303不会因为弹簧的弹力作用而脱出三角形手掌。
综上所述：本打磨抛光机器人，机器人手爪采用握持方式抓取钢制样件，手爪无驱动元件。上臂和下臂采用平行四边形机构保证三角形手掌始终与砂带保持平行。依靠上臂和下臂的驱动电机使手爪握持的样件压在砂轮上，手爪的三根手指压紧样件侧面，并与砂带和推拉杆上表面构成一个封闭空间，防止样件飞出造成事故。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种打磨抛光机器人，由(1)打磨抛光机机身、(2)打磨抛光砂带、(3)机器人手爪、(4)机器人上臂、(5)机器人下臂、(6)腰转关节和(7)机器人底座组成。
2.根据权利要求1所述的机器人手爪(3)，其特征在于：手爪上无须驱动电机，推拉杆(303)与试件底面接触，机器人三根手指的指尖(301)与试件的侧面接触，牵引连杆(304)将试件对推拉杆的压力传递给由指尖(301)和手部连杆(302)组成的平行四边形机构的连杆，即指尖(301)上，三根手指的L形指尖(301)与试件侧面接触的平面保持平行并对试件产生在打磨抛光表面的二维位置约束。
3.根据权利要求1所述的机器人手爪(3)，其特征在于：导向活塞(308)固连于推拉杆(303)上，与三角形手掌(305)的圆柱内腔壁表面接触，对推拉杆(303)的上下运动起到导向作用，三叉连接板(306)固联于推拉杆(303)上，将试件对推拉杆(303)的推力传递给牵引连杆(304)，再通过四连杆结构传递给L形手指指尖(301)。
4.根据权利要求1所述的机器人下臂(5)，其特征在于：通过平行四边形机构保证机器人下臂连杆(501)始终与地面保持平行。
5.根据权利要求1所述的机器人上臂(4)，其特征在于：通过平行四边形机构保证机器人上臂连杆(401)始终与地面保持平行，机器人上臂连杆(401)与三角形手掌(305)始终平行，从而保证了机器人手爪托举试件的姿态始终不变，并保证了试件的上表面打磨抛光的质量。
6.根据权利要求2所述的机器人手爪(3)，其特征在于：三角形手掌(305)的内腔与导向活塞(308)外表面配合，导向活塞(308)的下表面与弹簧(309)接触，当机器人上臂俯仰自由度和下臂俯仰自由度在对应的步进电机驱动下使手爪向上运动，试件上表面压紧砂带时，弹簧(309)被压缩，弹簧(309)的弹性反力由活塞(308)通过推拉杆(303)按照权利要求3所述路径传递给L形手指指尖(301)，实现对试件的握持，当机器人上臂俯仰自由度和下臂俯仰自由度在对应的步进电机驱动下使手爪向下运动，试件脱离砂带，弹簧(309)的弹性力使推拉杆(303)向上运动，L形手指指尖(301)放开对试件的握持。
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