CN1669694A - 具有回转工作台的并联式机器人包边系统 - Google Patents

Abstract

一种具有回转工作台的并联式机器人包边系统，包括：六自由度并联式机器人、滚压机构、回转工作台。其连接关系为：六自由度并联式机器人通过法兰盘联接并驱动滚压机构使滚子沿包边方向移动，回转工作台上放置工件，回转工作台的转动使工件另一边成为待包边。本发明具有高精度的优点；直接保证了包边成形质量好，精度高，工作台的可控性使得工作台对形状各异的工件具有更大的灵活性；避免了多次装夹引入的设置误差，缩短加工时间，从而提高包边效率和包边质量。

Description

具有回转工作台的并联式机器人包边系统

技术领域

本发明涉及的是一种机器人包边系统，特别是一种具有回转工作台的并联式机器人包边系统，用于汽车制造领域。

背景技术

包边是指把经过翻边的工件折叠到180°，是一种薄板零件内、外板间的联接技术。包边方法主要有四种：手工包边、液压专用包边机包边、模压包边和机器人包边。手工包边的生产效率低，产品外观质量差。液压专用包边机包边由于其结构的限制，包边动作需分步实现，车门容易出现压痕，整体包边质量不高。模压包边一次成形，其优点是生产效率高，包边质量和外观好，但是需要模具，投资大，成本高。机器人包边是一种包边新技术，针对不同形状的零件，只需进行相应的路径规划，不需要专门制造模具，因此对不同形状的零件具有柔性，可以大大降低成本。汽车中的车门、发动机盖、行李箱盖等许多部件都需要包边，但是它们形状各异，液压专用机包边和模压包边针对不同部件都需要相应的模具，由于机器人包边对不同形状的零件具有很好的柔性，因此机器人包边在汽车制造等行业具有很好的应用价值。

经对现有技术的文献检索发现，德温特专利号为：2002-754571[82]，名称为：滚压包边机(原文名称：Roll hemming method for joining panels，involvesperforming primary bending of outer panel flange，using primary roller havingouter diameter larger than outer diameter of secondary roller)，该专利技术自述为：装于机器人手臂的主滚子(其外径比次滚子大)完成外板的翻边，翻边的角度由主滚子的斜面角度决定，然后由次滚子完成包边，此专利技术的优点是工作台固定，结构简单，但是仍需要下模，且采用串联式机器人，刚度低。该方案机器人抓取和移动工件对机器人的力学、动力学性能要求过高，随着车门等零件普遍采用高强钢，所需包边力成倍增加，包边质量难以保证。上述专利的主要不足在于：仍然需要模具，在一定程度上影响了系统的柔性；机器人为刚度小的串联式机器人，刚度低是进一步提高包边质量的瓶颈，当工件为高强钢时，串联式机器人的缺陷将表现更加明显。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种具有回转工作台的并联式机器人包边系统，使其采用并联式机器人克服了串联式机器人刚度小的缺点；滚压机构是以滚子为支承的结构，故不需要模具，克服了液压专用包边机包边和模压包边需要下模的不足；采用可回转的工作台，解决了并联式机器人的工作空间较小的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：滚压机构、回转工作台以及底座组成，其特征在于，还包括：六自由度并联式机器人，六自由度并联式机器人是六自由度的平台机构，六自由度并联式机器人由6根独立地自由伸缩杆，六自由度并联式机器人通过机器人的固定平台置于底座上并且机器人的活动平台通过法兰盘与滚压机构相连，回转工作台放置于底座上，底座置于整个装置的最下面，在底座上面的两端安放六自由度并联式机器人和回转工作台，在六自由度并联式机器人的活动平台一侧设置滚压机构。六自由度并联式机器人通过法兰盘联接并驱动滚压机构使滚子沿包边方向移动，回转工作台上放置工件，回转工作台的转动使工件另一边成为待包边。

六自由度并联式机器人是六自由度的平台机构，该机构由6根可以独立地自由伸缩的杆与关节联接固定平台与活动平台而形成的，通过杆长的协调运动实现活动平台的位置和姿态的改变，活动平台有6个自由度，固定平台上的关节为虎克铰即万向铰，它的受拉性能好且关节间的间隙可调，可以提高平台的机械精度，活动平台上的关节为球铰。六根伸缩杆绕球铰和虎克铰的转动以及驱动液压缸和6个伺服缸并联协调地共同驱动活动平台，保持机器人运动平稳。机器人末端法兰盘的转动实现预包边机构和包边机构的转换。

滚压机构具有预包边机构和包边机构两套滚子机构，每套滚子都由一圆柱滚子作为工件的支承滚子，两支承滚子对称地设置在滚压机构箱体上，预包边机构有一个圆锥角45度的滚子为预包边滚子，包边机构有一个圆柱形滚子为包边滚子，预包边滚子和包边滚子对称地布置在两个滑块上，每个滑块分别用液压缸与滚压机构箱体联接，滑块能沿箱体上的槽光滑地平动。滚压机构的箱体通过法兰盘与机器人手臂联接，通过机器人手臂转动实现预包边机构与包边机构的互换。零件放置于回转工作台上并用一组夹具夹持，回转工作台能绕自身轴线回转。

本发明工作时，并联式机器人的六根伸缩杆有六个液压缸驱动并控制滚压机构的运动轨迹，在预包边阶段，由并联式机器人活动平台上的法兰盘转动一定角度，使预包边机构的支承滚子和预包边滚子转到箱体的下方成为工作滚子，同时工作台转一定角度，使工件的一边成为待预包边，由机器人控制滚子的运动轨迹使其沿待预包边运动并实现工件一边的预包边，预包边机构完成一条预包边后，工作台回转一定角度使工件的另一边为待包边，完成此边的预包边，以此类推，直至完成整个工件的预包边；进入包边阶段，滚压机构的两套滚子转动180度，使包边机构的支承滚子和包边滚子转到箱体的下方成为工作滚子，同时工作台转一定角度，使工件的一边成为待包边，由机器人控制滚子的运动轨迹使其沿待包边运动并实现工件一边的包边，包边机构完成一条包边后，工作台回转一定角度使工件的另一边为待包边，完成此边的包边，以此类推，直至完成整个工件的包边。

本发明为保证车门包边成形后周边平滑，无皱褶，包边设备必须满足一定的刚度，所以采用刚度较大的并联式机器人来实现。与串联式机器人比较，并联式机器人的高刚性和低惯性能很好地降低静态误差和动态误差；并联式机器人具有6个自由度，能很好地适应诸如车门和行李盖等板件的3D复杂曲面；并联式机器人的几何误差小且不会累积和放大，具有高精度的优点；采用并联式机器人的机床适合模块化生产，对于不同的加工范围，无须进行机件的调整，只需将新的参数输入。以上并联式机器人的优越性直接保证了包边成形质量好，精度高。在滚压机构中，采用对称布置的预包边和包边两套滚子机构，预包边和包边的工艺动作转换简单，可以方便机器人的路径规划同时保证包边质量；两套滚子机构都有一个圆柱滚子作为工件的支承，所以不需要模具。本发明采用可回转的工作台，而且回转工作台的转动角度是可控制的，工作台的可控性使得工作台对形状各异的工件具有更大的灵活性；工作台的可回转解决了并联式机器人工作空间问题，并联式机器人包完一边后，回转台绕自身轴线转动，使另一边成为待包边，使车门等工件的多条边一次装夹即完成包边，不须反复装夹工件，避免了多次装夹引入的设置误差，缩短加工时间，从而提高包边效率和包边质量。

附图说明

图1本发明结构示意图

图2本发明六自由度并联式机器人结构示意图

图3本发明滚压机构剖视图

图4本发明滚压机构侧视图

具体实施方式

如图1～4所示，本发明包括：六自由度并联式机器人1、滚压机构2、回转工作台3以及底座4组成。六自由度并联式机器人1固定在底座4上并通过法兰盘与滚压机构2相连，回转工作台3放置于底座4上方。

六自由度并联式机器人1是六自由度的平台机构，六自由度并联式机器人由6根独立地自由伸缩杆，六自由度并联式机器人1通过机器人的固定平台置于底座4上并且机器人的活动平台通过法兰盘与滚压机构2相连，回转工作台3放置于底座4上，底座4置于整个装置的最下面，在底座4上面的两端安放六自由度并联式机器人1和回转工作台3，在六自由度并联式机器人1的活动平台一侧设置滚压机构2。

滚压机构2由预包边滚子机构12、包边滚子机构13和箱体37构成。预包边滚子机构12由支承滚子14、支承滚子轴15、预包边滚子16、预包边滚子轴17、预包边滚子滚针轴承18、预包边滑块19、支承滚子滚针轴承20、支承滚子轴套筒21、预包边滚子轴套筒22、支承滚子轴螺母23和预包边滚子轴螺母24和预包边液压缸38组成，箱体37上下对称位置分别设置包边滚子机构13和预包边滚子机构12。

在预包边滚子机构12中，预包边液压缸38连接箱体37和预包边滑块19，预包边滑块19上设置预包边滚子轴17，预包边滚子轴17上设置预包边滚子16。在箱体37的右下方的箱体37的侧翼上装支承滚子轴15，在支承滚子轴15靠回转工作台3一侧装支承滚子14。预包边液压缸38在箱体37下半部分的最上面，预包边液压缸38下面为预包边滑块19，预包边滑块19的下端水平放置预包边滚子轴17，预包边滚子轴17靠回转工作台3一侧为预包边滚子16。

包边滚子机构13由包边滚子轴套筒25、包边滚子26、包边滚子轴27、包边滚子滚针轴承28、支承滚子轴29、支承滚子滚针轴承30、支承滚子31、支承滚子轴套筒32、支承滚子轴螺母33、包边滚子轴螺母34、包边滑块35和包边液压缸39组成。在包边滚子机构13中，包边液压缸39连接箱体37和包边滑块35，包边滑块35上设置包边滚子轴27，包边滚子轴27上设置包边滚子26。在箱体37的右上方的箱体37的侧翼上装支承滚子轴29，在支承滚子轴29靠回转工作台3一侧装支承滚子31。包边液压缸39在箱体37上半部分的最下面，包边液压缸39上面为包边滑块35，包边滑块35的上端水平放置包边滚子轴27，包边滚子轴27靠回转工作台3一侧为包边滚子26。

箱体37通过其法兰盘36与活动平台7上的机器人末端法兰盘8联接并且能绕法兰盘8的轴线旋转，整个滚压机构2设置于箱体37上。在机器人末端法兰盘8靠回转工作台3一侧依次为滚压机构法兰盘36和箱体37。

回转工作台3包括：台板40、一对圆锥齿轮41与42及伺服电机43，台板40通过一对圆锥齿轮41、42由伺服电机43驱动和控制。台板40下面为圆锥齿轮41，圆锥齿轮41的一侧为圆锥齿轮42，圆锥齿轮42与伺服电机43相连，伺服电机43放在底座4上。

Claims (9)

1、一种具有回转工作台的并联式机器人包边系统，包括：滚压机构(2)、回转工作台(3)以及底座(4)组成，其特征在于，还包括：六自由度并联式机器人(1)，六自由度并联式机器人(1)是六自由度的平台机构，六自由度并联式机器人由6根独立地自由伸缩杆，六自由度并联式机器人(1)通过机器人的固定平台置于底座(4)上并且机器人的活动平台通过法兰盘与滚压机构(2)相连，回转工作台(3)放置于底座(4)上，底座(4)置于整个装置的最下面，在底座(4)上面的两端安放六自由度并联式机器人(1)和回转工作台(3)，在六自由度并联式机器人(1)的活动平台一侧设置滚压机构(2)。

2、根据权利要求1所述的具有回转工作台的并联式机器人包边系统，其特征是，所述的六自由度并联式机器人(1)包括：驱动液压缸(5)、球铰(6)、活动平台(7)、机器人末端法兰盘(8)、固定平台(9)、虎克铰(10)和伸缩杆(11)，虎克铰(10)安装在固定平台(9)的靠活动平台一侧，球铰(6)固定在活动平台(7)的靠固定平台一侧，机器人末端法兰盘(8)设在活动平台(7)的另一侧，通过机器人末端法兰盘(8)与滚压机构(2)联接，伸缩杆(11)通过驱动液压缸(5)相连，伸缩杆(11)通过虎克铰(10)与球铰(6)连接固定平台(9)和活动平台(7)，伸缩杆(11)的伸缩带动活动平台(7)运动，伸缩杆(11)由驱动液压缸(5)驱动。

3、根据权利要求2所述的具有回转工作台的并联式机器人包边系统，其特征是，所述的活动平台有6个自由度，六根伸缩杆由分别与6个驱动液压缸(5)和伺服缸(44)连接。

4、根据权利要求1所述的具有回转工作台的并联式机器人包边系统，其特征是，所述的底座(4)置于整个装置的最下面，在底座(4)上面的两端安放六自由度并联式机器人(1)和回转工作台(3)，在六自由度并联式机器人(1)的活动平台一侧设置滚压机构(2)。

5、根据权利要求1所述的具有回转工作台的并联式机器人包边系统，其特征是，所述的滚压机构(2)由预包边滚子机构(12)、包边滚子机构(13)和箱体(37)构成，预包边滚子机构(12)由支承滚子(14)、支承滚子轴(15)、预包边滚子(16)、预包边滚子轴(17)、预包边滚子滚针轴承(18)、预包边滑块(19)、支承滚子滚针轴承(20)、支承滚子轴套筒(21)、预包边滚子轴套筒(22)、支承滚子轴螺母(23)和预包边滚子轴螺母(24)和预包边液压缸(38)组成，箱体(37)上下对称位置分别设置包边滚子机构(13)和预包边滚子机构(12)。

6、根据权利要求5所述的具有回转工作台的并联式机器人包边系统，其特征是，在所述的预包边滚子机构(12)中，预包边液压缸(38)连接箱体(37)和预包边滑块(19)，预包边滑块(19)上设置预包边滚子轴(17)，预包边滚子轴(17)上设置预包边滚子(16)，在箱体(37)的右下方的箱体(37)的侧翼上装支承滚子轴(15)，在支承滚子轴(15)靠回转工作台(3)一侧装支承滚子(14)，预包边液压缸(38)在箱体(37)下半部分的最上面，预包边液压缸(38)下面为预包边滑块(19)，预包边滑块(19)的下端水平放置预包边滚子轴(17)，预包边滚子轴(17)靠回转工作台(3)一侧为预包边滚子(16)。

7、根据权利要求5所述的具有回转工作台的并联式机器人包边系统，其特征是，所述的包边滚子机构(13)，由包边滚子轴套筒(25)、包边滚子(26)、包边滚子轴(27)、包边滚子滚针轴承(28)、支承滚子轴(29)、支承滚子滚针轴承(30)、支承滚子(31)、支承滚子轴套筒(32)、支承滚子轴螺母(33)、包边滚子轴螺母(34)、包边滑块(35)和包边液压缸(39)组成，在包边滚子机构(13)中，包边液压缸(39)连接箱体(37)和包边滑块(35)，包边滑块(35)上设置包边滚子轴(27)，包边滚子轴(27)上设置包边滚子(26)，在箱体(37)的右上方的箱体(37)的侧翼上装支承滚子轴(29)，在支承滚子轴(29)靠回转工作台(3)一侧装支承滚子(31)，包边液压缸(39)在箱体(37)上半部分的最下面，包边液压缸(39)上面为包边滑块(35)，包边滑块(35)的上端水平放置包边滚子轴(27)，包边滚子轴(27)靠回转工作台(3)一侧为包边滚子(26)。

8、根据权利要求5、6或者7所述的具有回转工作台的并联式机器人包边系统，其特征是，箱体(37)通过其法兰盘(36)与活动平台(7)上的机器人末端法兰盘(8)联接并且能绕机器人末端法兰盘(8)的轴线旋转，整个滚压机构(2)设置于箱体(37)上，在机器人末端法兰盘(8)靠回转工作台(3)一侧依次为滚压机构法兰盘(36)和箱体(37)。

9、根据权利要求1所述的具有回转工作台的并联式机器人包边系统，其特征是，所述的回转工作台(3)包括：台板(40)、一对圆锥齿轮(41、42)及伺服电机(43)，台板(40)下面为圆锥齿轮(41)，圆锥齿轮(41)的一侧为另一圆锥齿轮(42)，圆锥齿轮(42)与伺服电机(43)相连，伺服电机(43)设置底座(4)上。

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