CN113706993A - 一种集成式多功能机械臂工艺演示平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集成式多功能六轴机械臂工艺演示平台，由主单元演示台和辅助单元演示台活动拼接组成，主单元演示台内含有：机械臂、线切割工具、集尘器、气动定位器、加热床和电气控制柜；辅助单元演示台内含有：气动夹持器、铣削主轴、机器人三维打印工具头和三维打印供料支架；电气控制柜集成整套演示平台的电路以及所有的控制开关，同时提供控制面板供使用者控制各个设备的开关。本发明通过对不同设备巧妙的空间设置和组合式设计，能在同一个演示平台甚至同一演示过程中上演示几种机器人制造技术的能力，展示多工艺多材料复合智能加工流程。对两个独立的演示单元进行分拆和组合，实现了不同演示地点的快速转移和运输。

Description

一种集成式多功能机械臂工艺演示平台

技术领域

本发明涉及工业自动化机械臂演示用平台技术领域。

背景技术

现阶段大部分的机械臂演示平台为单功能展示平台，针对一个工艺或流程进行展示，不同的工艺展示往往需要多个展示平台，造成造价高且占地面积大等问题。同时这种类型的演示平台体量较大，不方便转运。再者绝大多数的机械臂演示平台的交互功能较差，需要演示人员操作设备，参观人员和设备之间缺乏友好的交互。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术的上述不足，提供一种集成式多功能六轴机械臂工艺演示平台。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种集成式多功能六轴机械臂工艺演示平台，由主单元演示台和辅助单元演示台活动拼接组成，所述的主单元演示台内含有：机械臂、线切割工具、集尘器、气动定位器、加热床和电气控制柜；所述的辅助单元演示台内含有：气动夹持器、铣削主轴、机器人三维打印工具头和三维打印供料支架；所述的线切割工具、集尘器和加热床设于主单元演示台的前方台面上，气动定位器设于集尘器上；气动定位器用于对被加工工件进行定位，集尘器用于收集铣削工艺产生的粉尘与碎屑，加热床用于控温防止三维打印材料挤出后过快的降温导致不均衡收缩起翘；所述的机械臂设于主单元演示台的后方，用于演示操作时执行主单元演示台和辅助单元演示台内各装置的安装切换及被加工材料的运输；所述的铣削主轴、气动夹持器和机器人三维打印工具头依次设于辅助单元演示台的台面上，所述的三维打印供料支架设于机器人三维打印工具头的上方；所述的电气控制柜设于主单元演示台的下部箱体内，集成整套演示平台的电路以及所有的控制开关，同时提供控制面板供使用者控制各个设备的开关。

为了方便不同的场所移动和进出，所述的主单元演示台和辅助单元演示台底部均设有移动脚轮，优选万象福马轮支撑；主单元演示台和辅助单元演示台的外观尺寸也均小于常规建筑门洞。例如，可以采用40毫米的铝型材框架作为主结构，四周以亚克力板及碳钢板进行围合；另外，在合适的位置，配备4扇侧门和2扇后门，方便检修。为方便夜间工作，主单元演示台和辅助单元演示台内均可添加内部照明系统，可在夜间照亮工作台区域及内部空间。

非演示应用时间，所述的线切割工具、铣削主轴、气动夹持器和机器人三维打印工具头设于所在位置对应的工具支架上，即通过各自的工具支架固定于所在位置的演示台内。

所述的机械臂为6轴机器人手臂，采用现有的机器人手臂系统即可，例如 KUKAKR10R1100机器人手臂本体、KRC4机器人手臂控制柜和KUKAsmatpad。

所述的线切割工具为线切割机，是由一组直流电机驱动的高速旋转金属线。采用现有或定制设计均可。

所述的集尘器为一种集尘设备，用于收集铣削工艺产生的粉尘与碎屑。集尘器固定在演示平台底座上，面板为穿孔铝板。

所述的气动定位器通过螺栓连接固定于集尘器的面板上。气动定位器由 30*30铝型材框架与60直线气缸组成，对被加工工件进行定位，提供快捷自动的定位方式。

所述的加热床为一种磁性加热垫，可以提高金属板的温度，防止三维打印材料挤出后过快的降温导致不均衡收缩起翘。同时贴在金属板上的磁性垫可方便取下打印物件。

所述的电气控制柜集成了整套演示平台的电路以及所有的控制开关，同时提供控制面板供使用者控制各个设备的开关。

为了方便机械臂自动安装和切换末端执行器，在气动夹持器、铣削主轴和机器人三维打印工具头上均设有快换机构，通过法兰固定。

本专利提供的集成式多功能六轴机械臂工艺演示平台至少可搭配三个末端执行器，即气动夹持器、铣削主轴和机器人三维打印工具头，非工作状态时位于其自身位置的工具支架上，配备有10KG级的快换机构。这允许机械臂在不需要任何手动帮助的情况下从一个末端执行器切换到另一个末端执行器。更换末端执行器的路径程序储存在机器人手臂控制柜的内存内，机器人手臂操作员可以简单地运行程序，机械臂抓取末端执行器到达指定点位后，通过内置的IO模块控制电磁阀开关来控制快换机构进行松开或锁紧，以达到快速替换末端执行器的功能。

所述的末端执行器之一气动夹持器，包括夹持手指和双指气缸，所述的夹持手指设于双指气缸上，其尺寸和形状根据被加工物件的夹持需要进行替换。所述的第一快换机构通过第一法兰固定于双指气缸上。气动夹持器的“打开”和“关闭”状态经由电气控制柜内置的I/O模块命令进行访问和编程。气动夹持器通过10mm的铝制第一法兰与10kg级第一快换机构固定在一起，实现机器人手臂快速抓取气动夹持器的功能。与线切割工具搭配一起使用，可达到对被加工物体的线切割。

所述的末端执行器之二铣削主轴包括旋转主轴和铣刀，铣刀与旋转主轴活动连接，铣刀的规格根据需要替换。第二快换机构通过第二法兰与旋转主轴固定连接，实现机器人手臂快速抓取和更换的功能。通过电气控制柜内置的I/O控制模块，命令机器人手臂控制旋转主轴的转速以及除尘器的开/关状态。

所述的末端执行器之三机器人三维打印工具头，包括喷嘴、散热风扇、温度传感器和步进挤出电机，所述的散热风扇和温度传感器分别设于喷嘴上方，所述的步进挤出电机的挤出末端与喷嘴连接。第三快换机构通过第三法兰固定于三机器人三维打印工具头上，实现机器人手臂快速抓取的功能。机器人手臂抓取整体3D打印工具头后在开始挤压之前，喷嘴温度上升到210摄氏度；之后，执行IO控制模块的命令激活挤出。打印完成的成品可以与加热床上的磁性可拆卸贴纸一起从加热床上拔下，从而更容易拆卸。

本发明的有益效果：

本发明旨在展示多工艺多材料复合智能加工流程，包括主要的机器人线切割、机器人三维铣削和机器人三维打印工艺。

本发明的集成式多功能六轴机械臂工艺演示平台，通过对不同设备巧妙的空间设置和组合式设计，能在同一个演示平台甚至同一演示过程中上演示几种机器人制造技术的能力。

对两个独立的演示单元进行分拆和组合，体积更小，这使得它们能够通过各种门洞，适应一般的货梯，实现了不同演示地点的快速转移和运输。演示台底部由八个万向福马轮支撑，灵活性高且稳定。

此外，通过更换某个工作台的面板，可以添加新的加工区域抑或是末端执行器，完全开放式的构造进一步拓展了演示台的应用能力。

下面结合附图对本发明的具体实施方式举例说明：

附图说明

图1为本发明实施例的集成式多功能六轴机械臂工艺演示平台总体结构示意图。

图2是本发明实施例气动夹持器的结构示意图。

图3是本发明实施例铣削主轴的结构示意图。

图4是本发明实施例3D打印工具头的结构示意图。

图5是本发明实施例的集成式多功能六轴机械臂工艺演示平台工作流程图。

图6是本发明实施例主单元演示台结构示意图。

图7是本发明实施例辅助单元演示台结构示意图。

具体实施方式

此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利的技术方案，而非对公开技术方案的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开技术方案相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，实施例中提到的设备部件和/模块本身的结构如果没有详细说明，为本领域技术人员根据现有公开技术可理解或市售产品。

参考图1-7，本发明提供的集成式多功能六轴机械臂工艺演示平台，由主单元演示台和辅助单元演示台活动拼接组成，所述的主单元演示台内含有：机械臂4、线切割工具5、集尘器6、气动定位器7、加热床8和电气控制柜1；所述的辅助单元演示台内含有：气动夹持器9、铣削主轴10、机器人三维打印工具头11和三维打印供料支架12；所述的线切割工具5、集尘器6和加热床8设于主单元演示台的前方台面上，气动定位器7设于集尘器6上；气动定位器7用于对被加工工件进行定位，集尘器6用于收集铣削工艺产生的粉尘与碎屑，加热床8用于控温防止三维打印材料挤出后过快的降温导致不均衡收缩起翘；所述的机械臂4设于主单元演示台的后方，用于演示操作时执行主单元演示台和辅助单元演示台内各装置的安装切换及被加工材料的运输；所述的铣削主轴10、气动夹持器9和机器人三维打印工具头11依次设于辅助单元演示台的台面上，所述的三维打印供料支架12设于机器人三维打印工具头11的上方；所述的电气控制柜1设于主单元演示台的下部箱体内，集成整套演示平台的电路以及所有的控制开关，同时提供控制面板供使用者控制各个设备的开关；

所述的主单元演示台和辅助单元演示台底部均设有万象福马轮13支撑，主单元演示台和辅助单元演示台的外观尺寸均小于常规建筑门洞；主单元演示台和辅助单元演示台采用40毫米的铝型材框架作为主结构，四周以亚克力板及碳钢板进行围合；另外，在合适的位置，配备4扇侧门(如图1中的左侧门2和右侧门3)和2扇后门；

所述的线切割工具5、铣削主轴10、气动夹持器9和机器人三维打印工具头11设于所在位置对应的工具支架14上，即通过各自的工具支架14固定于所在位置的演示台内；

所述的机械臂4为机器人手臂，采用现有的机器人手臂系统即可，例如KUKAKR10R1100机器人手臂本体、KRC4机器人手臂控制柜和KUKAsmatpad；

所述的线切割工具5为线切割机，由一组直流电机驱动的高速旋转金属线；所述的集尘器6为2KW的集尘设备，用于收集铣削工艺产生的粉尘与碎屑；集尘器6固定在演示平台底座上，面板是Φ12穿孔铝板；

所述的气动定位器7通过M8螺栓连接固定于集尘器6的面板上，气动定位器7由30*30铝型材框架与60直线气缸组成，对被加工工件进行定位；

所述的加热床8为一个500*500mm的磁性加热垫；

所述的电气控制柜1集成了整套演示平台的电路以及所有的控制开关，同时提供控制面板供使用者控制各个设备的开关，其内置有O/I控制模块，储存更换末端执行器的路径程序；

在气动夹持器9、铣削主轴10和机器人三维打印工具头11上均设有快换机构，通过法兰固定；气动夹持器9、铣削主轴10和机器人三维打印工具头11即三个末端执行器，非工作状态时位于其自身位置的工具支架上，配备有10KG级的快换机构；机器人手臂运行程序抓取末端执行器到达指定点位后，通过内置的IO模块控制电磁阀开关来控制快换机构进行松开或锁紧，以达到快速替换末端执行器的功能。

优选的，所述的末端执行器之一气动夹持器9，包括夹持手指901和双指气缸902，所述的夹持手指901设于双指气缸902上，其尺寸和形状根据被加工物件的夹持需要进行替换。所述的第一快换机构904通过第一法兰903固定于双指气缸902上。气动夹持器9的“打开”和“关闭”状态经由电气控制柜内置的I/O模块命令进行访问和编程。气动夹持器9通过10mm的铝制第一法兰901 与10kg级第一快换机构902固定在一起，实现机器人手臂快速抓取气动夹持器 9的功能。与线切割工具5搭配一起使用，可达到对被加工物体的线切割。可选用M3螺栓将夹持手指安装固定在30行程的双指气缸上，通过定制不同尺寸的夹持手指可满足各种几何形状的被加工物体夹持需求。

优选的，所述的末端执行器之二铣削主轴10包括旋转主轴1001和铣刀 1002，铣刀1002与旋转主轴1001活动连接，铣刀1002的规格根据需要替换。第二快换机构1004通过第二法兰1003与旋转主轴1001固定连接，实现机器人手臂快速抓取和更换的功能。通过电气控制柜内置的I/O控制模块，命令机器人手臂控制旋转主轴10的转速以及除尘器6的开/关状态。可选用2.2kw的高速旋转主轴，通过定制10mm铝制法兰盘与10kg快换机构连接在一起，实现机器人手臂快速抓取工具的功能。同时可根据铣刀材料规格和设计要求手动更换铣刀。

优选的，所述的末端执行器之三机器人三维打印工具头11，包括喷嘴1101、散热风扇1102、温度传感器1103和步进挤出电机1104，所述的散热风扇1102 和温度传感器1103分别设于喷嘴1101上方，所述的步进挤出电机1104的挤出末端与喷嘴1101连接。第三快换机构1106通过第三法兰1105固定于三机器人三维打印工具头11上，实现机器人手臂快速抓取的功能。机器人手臂抓取整体 3D打印工具头后在开始挤压之前，喷嘴温度上升到210摄氏度；之后，执行IO 控制模块的命令激活挤出。打印完成的成品可以与加热床8上的磁性可拆卸贴纸一起从加热床上拔下，从而更容易拆卸。可选用包含2mm直径的喷嘴，步进挤出电机固定在10mm厚的定制铝制法兰板上，同时搭配10kg级快换机构。

为方便夜间工作，主单元演示台和辅助单元演示台内还能进一步添加内部照明系统，在夜间照亮工作台区域及内部空间。

通过更换某个工作台的面板，可进一步添加新的加工区域抑或是末端执行器，拓展演示台的应用能力。

本专利集成式机器人演示平台的工作流程如下：

首先连接气动夹持器，用于将一块材料运输到铣削区域(集成器位置)，然后在那里由气动定位器夹紧。然后，可以为铣削主轴更改末端执行器并执行铣削。铣削完成后，可以更换末端执行器，并且在松开气动定位器后，可以从铣削工作台上拆下。

除此之外，气动夹持器还可以将材料块运输到线切割区域，在该区域可以执行额外的切割加工。将该材料运输到易于取走的区域后，末端执行器可以更换为3D打印工具头，进行各种材料的三维打印后机械臂将3D打印工具头放回其工具支架上。之后，操作员可以打开侧门，取出铣削、线切割或打印的完成品。

以上是对本发明的较佳实施进行了举例说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种集成式多功能机械臂工艺演示平台，其特征在于：由主单元演示台和辅助单元演示台活动拼接组成，所述的主单元演示台内含有：机械臂(4)、线切割工具(5)、集尘器(6)、气动定位器(7)、加热床(8)和电气控制柜(1)；所述的辅助单元演示台内含有：气动夹持器(9)、铣削主轴(10)、机器人三维打印工具头(11)和三维打印供料支架(12)；所述的线切割工具(5)、集尘器(6)和加热床(8)设于主单元演示台的前方台面上，气动定位器(7)设于集尘器(6)上；气动定位器(7)用于对被加工工件进行定位，集尘器(6)用于收集铣削工艺产生的粉尘与碎屑，加热床(8)用于控温防止三维打印材料挤出后过快的降温导致不均衡收缩起翘；所述的机械臂(4)设于主单元演示台的后方，用于演示操作时执行主单元演示台和辅助单元演示台内各装置的安装切换及被加工材料的运输；所述的铣削主轴(10)、气动夹持器(9)和机器人三维打印工具头(11)依次设于辅助单元演示台的台面上，所述的三维打印供料支架(12)设于机器人三维打印工具头(11)的上方；所述的电气控制柜(1)设于主单元演示台的下部箱体内，集成整套演示平台的电路以及所有的控制开关，同时提供控制面板供使用者控制各个设备的开关。

2.如权利要求1所述的集成式多功能机械臂工艺演示平台，其特征在于：所述的主单元演示台和辅助单元演示台底部均设有移动脚轮(13)，主单元演示台和辅助单元演示台的外观尺寸均小于常规建筑门洞。

3.如权利要求1所述的集成式多功能机械臂工艺演示平台，其特征在于：主单元演示台和辅助单元演示台内均设有内部照明系统。

4.如权利要求1所述的集成式多功能机械臂工艺演示平台，其特征在于：所述的电气控制柜1内置有O/I控制模块，储存更换末端执行器的路径程序。

5.如权利要求1所述的集成式多功能机械臂工艺演示平台，其特征在于：在气动夹持器(9)、铣削主轴(10)和机器人三维打印工具头(11)上均设有快换机构，通过法兰固定。

6.如权利要求1所述的集成式多功能机械臂工艺演示平台，其特征在于：所述的集尘器(6)为一种集尘设备，设于演示平台底座上；其集尘面板为穿孔铝板，设于演示平台台面。

7.如权利要求1所述的集成式多功能机械臂工艺演示平台，其特征在于：所述的气动定位器(7)固定于集尘器(6)的集尘面板上，气动定位器(7)由30*30铝型材框架与60直线气缸组成，对被加工工件进行定位。

8.如权利要求1所述的集成式多功能机械臂工艺演示平台，其特征在于：所述的加热床(8)为一种可拆卸磁性加热垫。

9.如权利要求1所述的集成式多功能机械臂工艺演示平台，其特征在于：所述的气动夹持器(9)包括夹持手指(901)和双指气缸(902)，所述的夹持手指(901)设于双指气缸(902)上，其尺寸和形状根据被加工物件的夹持需要进行替换。

10.如权利要求1所述的集成式多功能机械臂工艺演示平台，其特征在于：所述的机器人三维打印工具头(11)，包括喷嘴(1101)、散热风扇(1102)、温度传感器(1103)和步进挤出电机(1104)，机器人手臂抓取整体(3D)打印工具头后在开始挤压之前，喷嘴温度上升到210摄氏度；之后，执行I/O控制模块的命令激活挤出。

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