CN204725493U - 一种管件作业机器人 - Google Patents

Abstract

一种管件作业机器人，包括具有XYZ轴自由度的运动平台，其特征在于：所述运动平台上设有L形杆、连接座、旋转驱动模块、伸缩机构、伸缩臂基座、工作臂和工作头，所述工作头固定在所述工作臂；所述L形杆的上端通过所述旋转驱动模块设置在所述运动平台，L形杆的下端通过所述旋转驱动模块与所述连接座的一端连接，所述连接座的另一端与所述伸缩臂基座通过旋转驱动模块连接；所述伸缩机构和工作臂设置在所述伸缩臂基座，所述工作臂在所述伸缩机构带动下可伸缩。本实用新型具有结构紧凑、路径规划简单、对各自由度精度要求低、无控制耦合等优点。

Description

一种管件作业机器人

技术领域

本实用新型涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种管件作业机器人。

背景技术

随着自动化装备与机器人技术的发展，各种坐标式机床、加工中心以及关节型工业机器人相继问世，并逐渐形成了坐标式和关节式两类通用运动平台，在这两类运动平台末端连接不同作业头，可完成各种各样的作业任务。

但是，对于工件类作业对象，这两类通用运动平台存在以下缺点：其一，实现整周作业的运动复杂，需要三个以上自由度联动完成；其二，这两类运动平台采用空间坐标数据驱动作业头作业，因而需要预先知道工件轮廓的精确尺寸；其三，由于作业头需要达到精确的空间位置，就要求这两类运动平台的每个自由度都具有高的精度，因而造价高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种管件作业机器人，不仅能够对板件和曲面作业，还能够很好地适用于各类工件作业任务，包括中心线为空间形状或封闭形状的复杂工件，应用于工件作业时，具有造价低、作业前只需明确工件中心线位置和轮廓形状而无需知道工件轮廓精确位置、具有结构紧凑、路径规划简单、对各自由度精度要求低、无控制耦合等优点。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种管件作业机器人，包括具有XYZ轴自由度的运动平台；所述运动平台上设有L形杆、连接座、旋转驱动模块、伸缩机构、伸缩臂基座、工作臂和工作头，所述工作头固定在所述工作臂；

所述L形杆的上端通过所述旋转驱动模块设置在所述运动平台，L形杆的下端通过所述旋转驱动模块与所述连接座的一端连接，所述连接座的另一端与所述伸缩臂基座通过旋转驱动模块连接；所述伸缩机构和工作臂设置在所述伸缩臂基座，所述工作臂在所述伸缩机构带动下可伸缩。

进一步的：所述旋转驱动模块包括旋转电机和减速器。

进一步的：所述L形杆为中空结构。

进一步的：中空的所述L形杆由L形凹槽和L形盖板两者通过螺钉固定而成。

进一步的，所述伸缩机构包括上侧导轨、下侧导轨、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、螺母、丝杆和丝杆动力机构；所述上侧导轨和下侧导轨安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别沿所述上侧导轨和下侧导轨滑动，所述工作头基座同时固定安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述螺母固定安装于所述工作头基座并与所述丝杆螺纹配合，所述丝杆动力机构安装于所述伸缩臂基座并驱动所述丝杆转动，所述工作臂安装于所述工作头基座。

进一步的，所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、连接块、伸缩皮带、伸缩皮带动力机构和伸缩皮带轮；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述工作头基座通过所述连接块与所述伸缩皮带固定连接，所述伸缩皮带套在所述伸缩皮带轮，并在所述伸缩皮带动力机构的驱动下带动所述工作头基座；

或者：所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、连接块、伸缩链条、伸缩链条动力机构和伸缩链轮；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述工作头基座通过所述连接块与所述伸缩链条固定连接，所述伸缩链条套在所述伸缩链轮，并在所述伸缩链条动力机构的驱动下带动所述工作头基座。

进一步的，所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、伸缩齿条、伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构安装于所述伸缩臂基座，所述伸缩齿条固定安装于所述工作头基座，所述伸缩齿轮与所述伸缩齿条啮合；

或者：所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、伸缩齿条、伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构安装于所述工作头基座，所述伸缩齿条固定安装于所述伸缩臂基座，所述伸缩齿轮与所述伸缩齿条啮合。

进一步的，所述伸缩机构包括一条伸缩滑轨、一个伸缩滑块、工作头基座、伸缩丝杆和伸缩丝杆动力机构；

所述伸缩滑轨安装于所述伸缩臂基座，所述伸缩滑块滑动于所述伸缩滑轨，所述伸缩丝杆安装于所述伸缩臂基座并啮合于所述工作头基座设置的螺母，所述伸缩丝杆在所述伸缩丝杆动力机构的驱动下带动所述工作头基座移动。

本实用新型的有益效果：L形机构的设计使得结构紧凑，同时减小了工件在工作台上的安装高度；L形机构的设计使得一次性完成整管加工路径规划更简单；其他自由度精度要求低，通过最末端的高精度工作臂补偿即可；作业头要与工件保持恒定力或距离控制时，以及力或距离采用其他特定控制规律时，只需对工作臂的伸缩实施自动控制即可，其他自由度只是按照既定速度和坐标运动，并不参与自动控制，即控制目标的实现与其他自由度无耦合，使得控制简单、可靠；

工作头可适应性装夹成用于磨削、抛光、焊接、喷涂、钻孔、铆接等作业的加工工具，作业前只需明确管件中心线位置和轮廓的形状而无需知道管件轮廓精确位置，具有实现绕管件整周作业运动所需自由度少、造价低、便于使用维护等优点。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例的立体图；

图2是本实用新型中伸缩机构的实施例1的结构示意图；

图3是本实用新型中伸缩机构的实施例2的结构示意图；

图4是本实用新型中伸缩机构的实施例3的结构示意图；

图5是本实用新型中伸缩机构的实施例4的结构示意图；

图6是本实用新型的工作原理示意图。

其中：L形杆1，连接座2，旋转驱动模块3，伸缩臂基座4；

上侧导轨401，下侧导轨402，上侧滑块403，下侧滑块404，工作头基座405，螺母406，丝杆407，丝杆动力机构408；上侧轨道411，下侧轨道412，上侧滑块413，下侧滑块414，连接块416，伸缩皮带417，伸缩皮带动力机构418，伸缩皮带轮419，伸缩齿条426，伸缩齿轮427，伸缩齿轮动力机构428；伸缩滑轨431，伸缩滑块432，伸缩丝杆433，伸缩丝杆动力机构434；

工作臂5，工作头6，工件7。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，一种管件作业机器人，包括具有XYZ轴自由度的运动平台；所述运动平台上设有L形杆1、连接座2、旋转驱动模块3、伸缩机构、伸缩臂基座4、工作臂5和工作头6，所述工作头6固定在所述工作臂5；

所述L形杆1的上端通过所述旋转驱动模块3设置在所述运动平台，L形杆的下端通过所述旋转驱动模块3与所述连接座2的一端连接，所述连接座2的另一端与所述伸缩臂基座4通过旋转驱动模块连接；所述伸缩机构和工作臂5设置在所述伸缩臂基座4，所述工作臂5在所述伸缩机构带动下可伸缩。

本技术方案的工作原理：如图6所示，B转轴代表L形杆1，B转轴通过旋转驱动模块设置在具有XYZ三自由度的运动平台上，通过A、C两个自由度的旋转，使B转轴轴线与工件7轮廓目标作业点沿轴向的法线平行，通过XYZ三自由度运动使B自由度转轴中心沿工件轮廓等距放大形状运行，通过B自由度旋转，使工作臂5保持与轮廓表面垂直进行作业；通过工作臂5的微量伸缩，可以控制工作头6与工件7轮廓表面的距离或者接触力保持恒定。

L形机构的设计使得结构紧凑，同时减小了工件在工作台上的安装高度；L形机构的设计使得一次性完成整管加工路径规划更简单；其他自由度精度要求低，通过最末端的高精度工作臂补偿即可；作业头6要与工件保持恒定力或距离控制时，以及力或距离采用其他特定控制规律时，只需对工作臂的伸缩实施自动控制即可，其他自由度只是按照既定速度和坐标运动，并不参与自动控制，即控制目标的实现与其他自由度无耦合，使得控制简单、可靠。

所述旋转驱动模块3包括旋转电机和减速器。

所述L形杆1为中空结构；L形杆的中空腔体内可布电线及其它电子元器件；内部走线，有效保护了重要且脆弱的电线及电子元器件等，也避免了电线或其它电子元器件对抛光过程的干扰；另外，中空构造在保证足够的结构强度前提下，大大减轻了L形杆的自重，拥有更高的载荷比。

中空的所述L形杆1由L形凹槽和L形盖板两者通过螺钉固定而成；安装和拆卸方便，便于内部布线。

实施例1

如图2所示，所述伸缩机构包括上侧导轨401、下侧导轨402、上侧滑块403、下侧滑块404、工作头基座405、螺母406、丝杆407和丝杆动力机构408；所述上侧导轨401和下侧导轨402安装于所述伸缩臂基座304，所述上侧滑块403和下侧滑块404分别沿所述上侧导轨401和下侧导轨402滑动，所述工作头基座405同时固定安装于所述上侧滑块403和下侧滑块404，所述螺母406固定安装于所述工作头基座405并与所述丝杆407螺纹配合，所述丝杆动力机构408安装于所述伸缩臂基座304并驱动所述丝杆407转动，所述工作臂5安装于所述工作头基座405。

本实施例中，丝杆动力机构408提供动力驱动丝杆407转动，丝杆407与螺母406发生相对转动后，固定螺母406的工作头基座405上的上侧滑块403和下侧滑块404分别沿着上侧导轨401、下侧导轨402作直线运动，则固定在工作头基座405的工作头6同时被带着作远离或靠近工件的直线运动。

所述工作臂5向所述弧形齿条201的内圈侧伸展。则弧形齿条201向内侧延伸，节省安装空间，便于工作臂5的灵活加工，提高加工效率。

实施例2

如图3所示，所述伸缩机构包括上侧轨道411、下侧轨道412、上侧滑块413、下侧滑块414、工作头基座405、连接块416、伸缩皮带417、伸缩皮带动力机构418和伸缩皮带轮419；所述上侧轨道411和下侧轨道412安装于所述伸缩臂基座304，所述上侧滑块413和下侧滑块414分别滑动于所述上侧轨道411和下侧轨道412，所述工作头基座405同时安装于所述上侧滑块413和下侧滑块414，所述工作头基座405通过所述连接块416与所述伸缩皮带417固定连接，所述伸缩皮带417套在所述伸缩皮带轮419，并在所述伸缩皮带动力机构418的驱动下带动所述工作头基座405。

工作头基座405通过连接块416与伸缩皮带417固定连接，由伸缩皮带动力机构418驱动伸缩皮带轮419转动带动伸缩皮带417运转，从而带动工作头基座405通过上侧滑块413和下侧滑块414沿上侧轨道411和下侧轨道412约束的轨迹运动。本实施例中，工作头基座405的伸缩传动方式为皮带传动，类似地，也可以使用链条传动:皮带传动的精度高，适用于轻小工件的传动；链条传动的承载力大，适用于大型工件的传动。

实施例3

如图4所示，所述伸缩机构包括上侧轨道411、下侧轨道412、上侧滑块413、下侧滑块414、工作头基座405、伸缩齿条426、伸缩齿轮427和伸缩齿轮动力机构428；所述上侧轨道411和下侧轨道412安装于所述伸缩臂基座304，所述上侧滑块413和下侧滑块414分别滑动于所述上侧轨道411和下侧轨道412，所述工作头基座405同时安装于所述上侧滑块413和下侧滑块414，所述伸缩齿轮427和伸缩齿轮动力机构428安装于所述伸缩臂基座304，所述伸缩齿条426固定安装于所述工作头基座405，所述伸缩齿轮427与所述伸缩齿条426啮合。

本实施例中，工作臂5实现伸缩的传动方式为齿轮齿条传动，传动精确。其中，工作头基座405与伸缩齿条426固定连接，伸缩齿轮427安装在工作头基座405上，由伸缩齿轮427的旋转驱动伸缩齿条426运动，从而带动工作头基座405通过上侧滑块413和下侧滑块414沿上侧轨道411和下侧轨道412约束的轨迹运动。本实施例中，将伸缩齿条426设置在工作头基座405，伸缩齿轮427设置在伸缩臂基座304，根据具体的公开工况，两者的安装位置可相互交换，交换前后的结构均落在本技术方案的保护范围内。

实施例4

如图5所示，所述伸缩机构包括一条伸缩滑轨431、一个伸缩滑块432、工作头基座405、伸缩丝杆433和伸缩丝杆动力机构434；

所述伸缩滑轨431安装于所述伸缩臂基座304，所述伸缩滑块432滑动于所述伸缩滑轨431，所述伸缩丝杆433安装于所述伸缩臂基座304并啮合于所述工作头基座405设置的螺母，所述伸缩丝杆433在所述伸缩丝杆动力机构434的驱动下带动所述工作头基座405移动。

伸缩机构可使用单轨，在与导轨垂直方向扭矩较小时，采用此方式可以节省成本，缩小结构所占空间。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管件作业机器人，包括具有XYZ轴自由度的运动平台，其特征在于：所述运动平台上设有L形杆、连接座、旋转驱动模块、伸缩机构、伸缩臂基座、工作臂和工作头，所述工作头固定在所述工作臂；

所述L形杆的上端通过所述旋转驱动模块设置在所述运动平台，L形杆的下端通过所述旋转驱动模块与所述连接座的一端连接，所述连接座的另一端与所述伸缩臂基座通过旋转驱动模块连接；所述伸缩机构和工作臂设置在所述伸缩臂基座，所述工作臂在所述伸缩机构带动下可伸缩。

2.根据权利要求1所述的一种管件作业机器人，其特征在于：所述旋转驱动模块包括旋转电机和减速器。

3.根据权利要求1所述的一种管件作业机器人，其特征在于：所述L形杆为中空结构。

4.根据权利要求3所述的一种管件作业机器人，其特征在于：中空的所述L形杆由L形凹槽和L形盖板两者通过螺钉固定而成。

5.根据权利要求1所述的一种管件作业机器人，其特征在于：所述伸缩机构包括上侧导轨、下侧导轨、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、螺母、丝杆和丝杆动力机构；所述上侧导轨和下侧导轨安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别沿所述上侧导轨和下侧导轨滑动，所述工作头基座同时固定安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述螺母固定安装于所述工作头基座并与所述丝杆螺纹配合，所述丝杆动力机构安装于所述伸缩臂基座并驱动所述丝杆转动，所述工作臂安装于所述工作头基座。

6.根据权利要求1所述的一种管件作业机器人，其特征在于：所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、连接块、伸缩皮带、伸缩皮带动力机构和伸缩皮带轮；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述工作头基座通过所述连接块与所述伸缩皮带固定连接，所述伸缩皮带套在所述伸缩皮带轮，并在所述伸缩皮带动力机构的驱动下带动所述工作头基座；

或者：所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、连接块、伸缩链条、伸缩链条动力机构和伸缩链轮；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述工作头基座通过所述连接块与所述伸缩链条固定连接，所述伸缩链条套在所述伸缩链轮，并在所述伸缩链条动力机构的驱动下带动所述工作头基座。

7.根据权利要求1所述的一种管件作业机器人，其特征在于：所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、伸缩齿条、伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构安装于所述伸缩臂基座，所述伸缩齿条固定安装于所述工作头基座，所述伸缩齿轮与所述伸缩齿条啮合；

或者：所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、伸缩齿条、伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构安装于所述工作头基座，所述伸缩齿条固定安装于所述伸缩臂基座，所述伸缩齿轮与所述伸缩齿条啮合。

8.根据权利要求1所述的一种管件作业机器人，其特征在于：所述伸缩机构包括一条伸缩滑轨、一个伸缩滑块、工作头基座、伸缩丝杆和伸缩丝杆动力机构；

所述伸缩滑轨安装于所述伸缩臂基座，所述伸缩滑块滑动于所述伸缩滑轨，所述伸缩丝杆安装于所述伸缩臂基座并啮合于所述工作头基座设置的螺母，所述伸缩丝杆在所述伸缩丝杆动力机构的驱动下带动所述工作头基座移动。