CN113459129B - 一种基于人机协作的精密零件加工机器人及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于精密零件加工技术领域，公开了一种基于人机协作的精密零件加工机器人及其操作方法。该基于人机协作的精密零件加工机器人，包括工作台，所述工作台的中部开设有安装孔，所述安装孔内通过轴承一固定安装有转盘，转盘的下侧延伸出安装孔，且转盘延伸出安装孔的侧壁上固定套接有齿环，工作台的上表面且处于安装孔的一侧固定安装有伺服电机一。该基于人机协作的精密零件加工机器人及其操作方法，本方案相比传统加工机器人，结构得到简化，基于工件定位机构，工件定位方便，操作更加方便，适合大范围推广，并且本方案提供的工件加工机构，整体设计简洁，大大的降低了设备成本，易于维护，适合作为人机协作作业的载体。

Description

一种基于人机协作的精密零件加工机器人及其操作方法

技术领域

本发明涉及精密零件加工的技术领域，具体为一种基于人机协作的精密零件加工机器人及其操作方法。

背景技术

精密零件的精度要求非常高，所以对于精密零件的加工来说，加工设备需要不断的更新迭代，才能满足时代发展的需求。

人机协作的实施包括以下概念：安全级监控停止；手动引导；速度和距离监控；功率和力限制。实际上人机协作并不是协作机器人的专利，传统机器人也可以执行协作任务，而传统机器人的低成本有点更适合配合人机协作进行大范围的推广。

对于轴、棒类的精密零件的钻削加工设备来说，结构比较复杂，不适宜做人机协作的配套机器人，故此我们提出了一种基于人机协作的精密零件加工机器人。

发明内容

本发明的发明目的在于提供了一种基于人机协作的精密零件加工机器人及其操作方法，该基于人机协作的精密零件加工机器人及其操作方法，本设备小型化，能够对工件进行多角度加工，方便操作。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于人机协作的精密零件加工机器人，包括工作台，所述工作台的中部开设有安装孔，所述安装孔内通过轴承一固定安装有转盘，转盘的下侧延伸出安装孔，且转盘延伸出安装孔的侧壁上固定套接有齿环，工作台的上表面且处于安装孔的一侧固定安装有伺服电机一，伺服电机一的输出端固定套接有主动齿轮，且主动齿轮与齿环啮合，所述转盘的上表面设置有工件定位机构，所述工作台的上表面还设置有工件加工机构。

优选的，所述工件定位机构包括定位基座、定位槽、粘接层、环形槽、通孔、加热线圈、冷却水道、导向槽、导向块、定位块、螺套、顶杆、压缩弹簧、穿孔和斜槽，所述定位基座固定安装在转盘上表面的中部，定位基座的上表面开设有定位槽，所述定位槽内灌注有粘接层，所述定位基座内且处于定位槽的外侧开设有环形槽，所述环形槽的开口处于定位基座的下表面，转盘上的对应环形槽的位置开设有通孔，所述环形槽内设置有加热线圈，所述定位基座的下表面且处于定位槽的下侧开设有冷却水道，冷却水道采用平面螺旋状，进出水口分别位于定位基座的中心和靠近环形槽的边缘，穿过通孔输送冷水。

所述定位基座的上表面开设有四个导向槽，四个导向槽以定位槽轴心为参照环形排列，导向槽内滑动连接有导向块，导向块的上表面固定连接有定位块，定位基座的外侧面外螺纹螺纹连接有螺套，导向块远离定位槽的一侧固定连接有顶杆，导向块靠近定位槽的一侧与导向槽内壁通过压缩弹簧活动连接，定位基座外壁对应顶杆的位置开设有穿孔，螺套内壁的中部开设有斜槽，斜槽的底壁呈倾斜状并与定位基座外壁呈四十五夹角，顶杆贯穿穿孔延伸至斜槽内。

优选的，所述粘接层的体积是定位槽容积的二分之一，所述定位槽的内壁粘接有隔离膜，且隔离膜的下表面与粘接层接触，所述粘接层为火漆，粘接层的设计是为了辅助固定工件，火漆在高温时熔化，利用冷却水道内的冷水降温后能够固化，对工件进行固定，并且能够分散工件加工是产生的震动，定位效果优异。

优选的，所述定位槽的内底壁还固定连接有定位杆，定位杆的数量为十五个，且在定位槽底壁呈均匀排布，定位杆的用处在于提供预定位的支撑，由于粘接层处于高温熔化状态，为确保工件顺利定位，由定位杆提供支撑，粘接层固化后由粘接层提供定位。

优选的，所述定位槽的深度为二厘米，定位杆垂直与定位槽底壁，且定位杆的长度为5毫米，尺寸设计为了适配加工需要。

优选的，所述定位块靠近定位槽的一端开设有缺口，定位块靠近定位槽的一端且处于缺口两侧铰接有活动板，两个活动板远离定位块的一侧通过保护垫粘接，活动板远离保护垫的一侧通过复位弹簧与缺口内壁连接，利用活动板的设计，两个活动板通过保护垫粘接，并且活动板可移动转换角度，使得该定位块能够满足工件曲面和平面的固定，适配性更好，复位弹簧的设计有助于机构复位，保护垫采用橡胶垫，提供较大摩擦力的同时能够避免工件表面受到伤害，且其弹性较好。

优选的，所述工件加工机构包括定位孔、弧形齿槽、活动杆、支撑杆、设备槽、调节电机、调节齿轮、直线导轨一、活动套一、活动套二、横杆、套管和加工操作台，定位孔开设在工作台上且处于安装孔的左侧，定位孔内通过轴承二活动连接有活动杆，所述弧形齿槽开设在工作台的上表面且处于安装孔的右侧，弧形齿槽内插接有支撑杆，支撑杆的底端开设有设备槽，设备槽内固定安装有调节电机，调节电机的输出端固定套接有调节齿轮，调节齿轮啮合在弧形齿槽内，活动杆的左侧和支撑杆的右侧均安装有直线导轨一，活动杆和支撑杆上分别活动套接有活动套一和活动套二，活动套一和活动套二分别安装在两个直线导轨一上的动块上，活动套一的右侧固定连接有横杆的一端，横杆上套接有套管，套管远离活动杆的一端固定连接在活动套二上，所述套管的下表面设置有加工操作台。

优选的，所述加工操作台包括直线导轨二，直线导轨二固定安装在套管的下表面，直线导轨二的动块上安装有基板，基板的下表面固定安装有电机盒，电机盒内安装有伺服电机二，伺服电机二的输出端贯穿电机盒的底壁并固定连接有安装盘，安装盘的下表面固定连接有U形架，U形架内通过连接轴承配合连接轴活动连接有活动套筒，U形架侧面安装有伺服电机三，伺服电机三的输出轴与对应的连接轴固定连接，活动套筒内固定安装有加工电机，加工电机的输出端安装有钻夹头。

优选的，所述支撑杆的底端还安装有滑轮，且滑轮与弧形齿槽底壁接触滑轮为支撑杆提供支撑，减小其运动阻力。

一种基于人机协作的精密零件加工机器人的操作方法，所述操作方法包括以下步骤：

S1.为加热线圈通电，熔化粘接层，将待加工的工件放置在定位槽内，通过定位杆得到支撑，旋转螺套推动顶杆使保护垫压在工件表面，完成固定后，向冷却水道中通入冷水使得粘接层冷却固化，对工件完成固定。

S2.加工过程中，直线导轨一控制套管高度，即控制加工高度，直线导轨二控制基板横向移动，安装盘旋转配合活动套筒的旋转调节加工角度，调节电机工作控制支撑杆活动适应加工需求，由加工电机完成对工件的加工。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：

1、该基于人机协作的精密零件加工机器人及其操作方法，本方案相比传统加工机器人，结构得到简化，基于工件定位机构，工件定位方便，操作更加方便，适合大范围推广，并且本方案提供的工件加工机构，整体设计简洁，大大的降低了设备成本，易于维护，适合作为人机协作作业的载体。

2、该基于人机协作的精密零件加工机器人及其操作方法，本方案提供的工件定位机构，区别于现有技术，利用粘接层的熔化和固化对工件进行固定，能够提供固定和减震，确保定位效果，能够同时适配工件的曲面和平面进行定位固定，适配性强，工件加工机构中弧形齿槽的设计使得其拥有更多的加工角度，且整体结构设计简单，大大降低了设备成本，解决了背景技术中提出的问题。

附图说明

图1为本发明正视图；

图2为本发明正剖图；

图3为本发明图2中A处的放大图；

图4为本发明图2中B处的放大；

图5为本发明图2中C处的放大图；

图6为本发明图2中D处的放大图；

图7为本发明定位块的结构示意图。

图中：1工作台、2安装孔、3转盘、4齿环、5伺服电机一、6主动齿轮、7工件定位机构、71定位基座、72定位槽、73粘接层、74环形槽、75通孔、76加热线圈、77冷却水道、78导向槽、79导向块、710定位块、711螺套、712顶杆、713压缩弹簧、714穿孔、715斜槽、8工件加工机构、81定位孔、82弧形齿槽、83活动杆、84支撑杆、85设备槽、86调节电机、87调节齿轮、88直线导轨一、89活动套一、810活动套二、811横杆、812套管、813加工操作台、9隔离膜、10定位杆、11缺口、12活动板、13保护垫、14复位弹簧、15直线导轨二、16基板、17电机盒、18伺服电机二、19安装盘、20U形架、21活动套筒、22加工电机、23钻夹头、24滑轮、25伺服电机三。

具体实施方式

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种基于人机协作的精密零件加工机器人，包括工作台1，工作台1的中部开设有安装孔2，安装孔2内通过轴承一固定安装有转盘3，转盘3的下侧延伸出安装孔2，且转盘3延伸出安装孔2的侧壁上固定套接有齿环4，工作台1的上表面且处于安装孔2的一侧固定安装有伺服电机一5，伺服电机一5的输出端固定套接有主动齿轮6，且主动齿轮6与齿环4啮合，转盘3的上表面设置有工件定位机构7，工作台1的上表面还设置有工件加工机构8。

工件定位机构7包括定位基座71、定位槽72、粘接层73、环形槽74、通孔75、加热线圈76、冷却水道77、导向槽78、导向块79、定位块710、螺套711、顶杆712、压缩弹簧713、穿孔714和斜槽715，定位基座71固定安装在转盘3上表面的中部，定位基座71的上表面开设有定位槽72，定位槽72内灌注有粘接层73，定位基座71内且处于定位槽72的外侧开设有环形槽74，环形槽74的开口处于定位基座71的下表面，转盘3上的对应环形槽74的位置开设有通孔75，环形槽74内设置有加热线圈76，定位基座71的下表面且处于定位槽72的下侧开设有冷却水道77，冷却水道77采用平面螺旋状，进出水口分别位于定位基座71的中心和靠近环形槽74的边缘，穿过通孔75输送冷水，本方案相比传统加工机器人，结构得到简化，基于工件定位机构7，工件定位方便，操作更加方便，适合大范围推广，并且本方案提供的工件加工机构8，整体设计简洁，大大的降低了设备成本，易于维护，适合作为人机协作作业的载体。

定位基座71的上表面开设有四个导向槽78，四个导向槽78以定位槽72轴心为参照环形排列，导向槽78内滑动连接有导向块79，导向块79的上表面固定连接有定位块710，定位基座71的外侧面外螺纹螺纹连接有螺套711，导向块79远离定位槽72的一侧固定连接有顶杆712，导向块79靠近定位槽72的一侧与导向槽78内壁通过压缩弹簧713活动连接，定位基座71外壁对应顶杆712的位置开设有穿孔714，螺套711内壁的中部开设有斜槽715，斜槽715的底壁呈倾斜状并与定位基座71外壁呈四十五夹角，顶杆712贯穿穿孔714延伸至斜槽715内。

粘接层73的体积是定位槽72容积的二分之一，定位槽72的内壁粘接有隔离膜9，且隔离膜9的下表面与粘接层73接触，粘接层73为火漆，粘接层73的设计是为了辅助固定工件，火漆在高温时熔化，利用冷却水道77内的冷水降温后能够固化，对工件进行固定，并且能够分散工件加工是产生的震动，定位效果优异。

定位槽72的内底壁还固定连接有定位杆10，定位杆10的数量为十五个，且在定位槽72底壁呈均匀排布，定位杆10的用处在于提供预定位的支撑，由于粘接层73处于高温熔化状态，为确保工件顺利定位，由定位杆10提供支撑，粘接层73固化后由粘接层73提供定位。

定位槽72的深度为二厘米，定位杆10垂直与定位槽72底壁，且定位杆10的长度为5毫米，尺寸设计为了适配加工需要。

定位块710靠近定位槽72的一端开设有缺口11，定位块710靠近定位槽72的一端且处于缺口11两侧铰接有活动板12，两个活动板12远离定位块710的一侧通过保护垫13粘接，活动板12远离保护垫13的一侧通过复位弹簧14与缺口11内壁连接，利用活动板12的设计，两个活动板12通过保护垫13粘接，并且活动板12可移动转换角度，使得该定位块710能够满足工件曲面和平面的固定，适配性更好，复位弹簧14的设计有助于机构复位，保护垫13采用橡胶垫，提供较大摩擦力的同时能够避免工件表面受到伤害，且其弹性较好。

本方案提供的工件定位机构7，区别于现有技术，利用粘接层73的熔化和固化对工件进行固定，能够提供固定和减震，确保定位效果，能够同时适配工件的曲面和平面进行定位固定，适配性强，工件加工机构8中弧形齿槽82的设计使得其拥有更多的加工角度，且整体结构设计简单，大大降低了设备成本，解决了背景技术中提出的问题。

工件加工机构8包括定位孔81、弧形齿槽82、活动杆83、支撑杆84、设备槽85、调节电机86、调节齿轮87、直线导轨一88、活动套一89、活动套二810、横杆811、套管812和加工操作台813，定位孔81开设在工作台1上且处于安装孔2的左侧，定位孔81内通过轴承二活动连接有活动杆83，弧形齿槽82开设在工作台1的上表面且处于安装孔2的右侧，弧形齿槽82内插接有支撑杆84，支撑杆84的底端开设有设备槽85，设备槽85内固定安装有调节电机86，调节电机86的输出端固定套接有调节齿轮87，调节齿轮87啮合在弧形齿槽82内，活动杆83的左侧和支撑杆84的右侧均安装有直线导轨一88，活动杆83和支撑杆84上分别活动套接有活动套一89和活动套二810，活动套一89和活动套二810分别安装在两个直线导轨一88上的动块上，活动套一89的右侧固定连接有横杆811的一端，横杆811上套接有套管812，套管812远离活动杆83的一端固定连接在活动套二810上，套管812的下表面设置有加工操作台813。

加工操作台813包括直线导轨二15，直线导轨二15固定安装在套管812的下表面，直线导轨二15的动块上安装有基板16，基板16的下表面固定安装有电机盒17，电机盒17内安装有伺服电机二18，伺服电机二18的输出端贯穿电机盒17的底壁并固定连接有安装盘19，安装盘19的下表面固定连接有U形架20，U形架20内通过连接轴承配合连接轴活动连接有活动套筒21，U形架20侧面安装有伺服电机三25，伺服电机三25的输出轴与对应的连接轴固定连接，活动套筒21内固定安装有加工电机22，加工电机22的输出端安装有钻夹头23。

支撑杆84的底端还安装有滑轮24，且滑轮24与弧形齿槽82底壁接触滑轮24为支撑杆84提供支撑，减小其运动阻力。

一种基于人机协作的精密零件加工机器人的操作方法，操作方法包括以下步骤：

S1.为加热线圈76通电，熔化粘接层73，将待加工的工件放置在定位槽72内，通过定位杆10得到支撑，旋转螺套711推动顶杆712使保护垫13压在工件表面，完成固定后，向冷却水道77中通入冷水使得粘接层73冷却固化，对工件完成固定。

S2.加工过程中，直线导轨一88控制套管812高度，即控制加工高度，直线导轨二15控制基板16横向移动，安装盘19旋转配合活动套筒21的旋转调节加工角度，调节电机86工作控制支撑杆84活动适应加工需求，由加工电机22完成对工件的加工。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于人机协作的精密零件加工机器人，包括工作台（1），所述工作台（1）的中部开设有安装孔（2），所述安装孔（2）内通过轴承一固定安装有转盘（3），转盘（3）的下侧延伸出安装孔（2），且转盘（3）延伸出安装孔（2）的侧壁上固定套接有齿环（4），工作台（1）的上表面且处于安装孔（2）的一侧固定安装有伺服电机一（5），伺服电机一（5）的输出端固定套接有主动齿轮（6），且主动齿轮（6）与齿环（4）啮合，其特征在于：所述转盘（3）的上表面设置有工件定位机构（7），所述工作台（1）的上表面还设置有工件加工机构（8）；

所述工件定位机构（7）包括定位基座（71）、定位槽（72）、粘接层（73）、环形槽（74）、通孔（75）、加热线圈（76）、冷却水道（77）、导向槽（78）、导向块（79）、定位块（710）、螺套（711）、顶杆（712）、压缩弹簧（713）、穿孔（714）和斜槽（715），所述定位基座（71）固定安装在转盘（3）上表面的中部，定位基座（71）的上表面开设有定位槽（72），所述定位槽（72）内灌注有粘接层（73），所述定位基座（71）内且处于定位槽（72）的外侧开设有环形槽（74），所述环形槽（74）的开口处于定位基座（71）的下表面，转盘（3）上的对应环形槽（74）的位置开设有通孔（75），所述环形槽（74）内设置有加热线圈（76），所述定位基座（71）的下表面且处于定位槽（72）的下侧开设有冷却水道（77）；

所述定位基座（71）的上表面开设有四个导向槽（78），四个导向槽（78）以定位槽（72）轴心为参照环形排列，导向槽（78）内滑动连接有导向块（79），导向块（79）的上表面固定连接有定位块（710），定位基座（71）的外侧面外螺纹螺纹连接有螺套（711），导向块（79）远离定位槽（72）的一侧固定连接有顶杆（712），导向块（79）靠近定位槽（72）的一侧与导向槽（78）内壁通过压缩弹簧（713）活动连接，定位基座（71）外壁对应顶杆（712）的位置开设有穿孔（714），螺套（711）内壁的中部开设有斜槽（715），斜槽（715）的底壁呈倾斜状并与定位基座（71）外壁呈四十五夹角，顶杆（712）贯穿穿孔（714）延伸至斜槽（715）内。

2.根据权利要求1所述的一种基于人机协作的精密零件加工机器人，其特征在于：所述粘接层（73）的体积是定位槽（72）容积的二分之一，所述定位槽（72）的内壁粘接有隔离膜（9），且隔离膜（9）的下表面与粘接层（73）接触，所述粘接层（73）为火漆。

3.根据权利要求2所述的一种基于人机协作的精密零件加工机器人，其特征在于：所述定位槽（72）的内底壁还固定连接有定位杆（10），定位杆（10）的数量为十五个，且在定位槽（72）底壁呈均匀排布。

4.根据权利要求3所述的一种基于人机协作的精密零件加工机器人其特征在于：所述定位槽（72）的深度为二厘米，定位杆（10）垂直与定位槽（72）底壁，且定位杆（10）的长度为5毫米。

5.根据权利要求4所述的一种基于人机协作的精密零件加工机器人，其特征在于：所述定位块（710）靠近定位槽（72）的一端开设有缺口（11），定位块（710）靠近定位槽（72）的一端且处于缺口（11）两侧铰接有活动板（12），两个活动板（12）远离定位块（710）的一侧通过保护垫（13）粘接，活动板（12）远离保护垫（13）的一侧通过复位弹簧（14）与缺口（11）内壁连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于人机协作的精密零件加工机器人其特征在于：所述工件加工机构（8）包括定位孔（81）、弧形齿槽（82）、活动杆（83）、支撑杆（84）、设备槽（85）、调节电机（86）、调节齿轮（87）、直线导轨一（88）、活动套一（89）、活动套二（810）、横杆（811）、套管（812）和加工操作台（813），定位孔（81）开设在工作台（1）上且处于安装孔（2）的左侧，定位孔（81）内通过轴承二活动连接有活动杆（83），所述弧形齿槽（82）开设在工作台（1）的上表面且处于安装孔（2）的右侧，弧形齿槽（82）内插接有支撑杆（84），支撑杆（84）的底端开设有设备槽（85），设备槽（85）内固定安装有调节电机（86），调节电机（86）的输出端固定套接有调节齿轮（87），调节齿轮（87）啮合在弧形齿槽（82）内，活动杆（83）的左侧和支撑杆（84）的右侧均安装有直线导轨一（88），活动杆（83）和支撑杆（84）上分别活动套接有活动套一（89）和活动套二（810），活动套一（89）和活动套二（810）分别安装在两个直线导轨一（88）上的动块上，活动套一（89）的右侧固定连接有横杆（811）的一端，横杆（811）上套接有套管（812），套管（812）远离活动杆（83）的一端固定连接在活动套二（810）上，所述套管（812）的下表面设置有加工操作台（813）。

7.根据权利要求6所述的一种基于人机协作的精密零件加工机器人，其特征在于：所述加工操作台（813）包括直线导轨二（15），直线导轨二（15）固定安装在套管（812）的下表面，直线导轨二（15）的动块上安装有基板（16），基板（16）的下表面固定安装有电机盒（17），电机盒（17）内安装有伺服电机二（18），伺服电机二（18）的输出端贯穿电机盒（17）的底壁并固定连接有安装盘（19），安装盘（19）的下表面固定连接有U形架（20），U形架（20）内通过连接轴承配合连接轴活动连接有活动套筒（21），U形架（20）侧面安装有伺服电机三（25），伺服电机三（25）的输出轴与对应的连接轴固定连接，活动套筒（21）内固定安装有加工电机（22），加工电机（22）的输出端安装有钻夹头（23）。

8.根据权利要求7所述的一种基于人机协作的精密零件加工机器人，其特征在于：所述支撑杆（84）的底端还安装有滑轮（24），且滑轮（24）与弧形齿槽（82）底壁接触。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种基于人机协作的精密零件加工机器人的操作方法，其特征在于：所述操作方法包括以下步骤：

S1.为加热线圈（76）通电，熔化粘接层（73），将待加工的工件放置在定位槽（72）内，通过定位杆（10）得到支撑，旋转螺套711推动顶杆（712）使保护垫（13）压在工件表面，完成固定后，向冷却水道（77）中通入冷水使得粘接层（73）冷却固化，对工件完成固定；

S2.加工过程中，直线导轨一（88）控制套管（812）高度，即控制加工高度，直线导轨二（15）控制基板（16）横向移动，安装盘（19）旋转配合活动套筒（21）的旋转调节加工角度，调节电机（86）工作控制支撑杆（84）活动适应加工需求，由加工电机（22）完成对工件的加工。

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