CN206326598U - 桁架式机器人 - Google Patents

Abstract

一种桁架式机器人，包括设置在桁架上的横移导轨，滑动安装在横移导轨上的横向行走座，滑动安装在横向行走座设置的纵移导槽中的纵向行走座，安装在纵向行走座上可升降的竖向升降座，以及安装在竖向升降座上机械手。所述横移导轨与纵移导槽相互垂直，所述桁架上安装有齿条，所述齿条与横移导轨平行，所述横向行走座设置的驱动支架上安装有至少两个驱动电机，所述驱动电机都安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮均与齿条啮合。桁架式机器人采用双驱动结构进行横移，消除了齿轮齿条配合间隙，可使长距离行走具有较高的位置精度。设置的浮动装置使机械手能够径向和轴向都能够进行浮动，可根据工件的随机变量进行变化，满足了工件随机变量的抓取安装要求，适应机床加工夹具的精定位要求。

Description

桁架式机器人

技术领域

本实用新型涉及一种机械设备，具体地说，是一种桁架式机器人。

背景技术

随着数字化加工设备的普及，如数控车床、数控铣床、立式加工中心、卧式加工中心等设备的出现，工件的加工效率和加工精度有了很大的提高，但目前绝大部分加工设备还不能完全实现全自动化生产，在加工工程中都需要人工参与，比如人工装夹上下工件，人工检测工件，监控零件加工质量。

在自动化生产线中，对于人工装夹上下工件，常常会应用桁架式机械手或者六轴机器人代替人工，通过和数控机床紧密配合，组成无人上下料机加工系统，能够极大的提高工作效率，降低用工成本。但目前这两种机器人上下料机加工系统在使用时工作都不是很稳定。原因有以下几点：

1、上下料时由于被加工件的尺寸随机变量较大，特别是毛坯件，如被夹持部位的位置、形状、尺寸等发生变化时，刚性抓手是无法自动调整姿态，从而使被加工工件不能准确的安放到机床的加工平台工装上。

2、通用六轴机器人由于受到自身机械臂长度影响，上下料时，自身得靠近机床，如果整个机加联线系统中某台机床发生故障进行人工维修时，会影响整个系统的工作。

3、目前，机加联线中的机器人行走机构绝大部分采用的伺服系统驱动，由于行走路径长，其累计误差远远大于工件装夹精度要求。并且行走机构的传动方式一般都是由齿轮齿条和减速机等部件构成，受部件自身精度影响，如减速机自身间隙，齿轮齿条啮合间隙等，都会影响行走机构的重复定位精度，造成自动上下料的不稳定。

4、目前的机加联线的机械臂，在传接工件或工件换向抓取时多采用通过固定的过渡装置倒换、传接，这给加工设备的排列增加了难度，有的要增加专门的传递设备，甚至有的不能做到完全自动化生产，这也是很多企业不愿用自动化机加联线原因之一。

5、目前，国内常见的机加联线大多是国外供应商提供，其销售价格不菲，而且工作并不很稳定。

实用新型内容

本实用新型针对上述目前的机器人设备准确性差，适应性弱，定位精度差，无法连续传递加工部件等问题，提供了一种新的桁架式机器人。

本实用新型的桁架式机器人，包括设置在桁架上的横移导轨，滑动安装在横移导轨上的横向行走座，滑动安装在横向行走座设置的纵移导槽中的纵向行走座，安装在纵向行走座上可升降的竖向升降座，以及安装在竖向升降座上机械手。

所述横移导轨与纵移导槽相互垂直，所述桁架上安装有齿条，所述齿条与横移导轨平行，所述横向行走座设置的驱动支架上安装有至少两个驱动电机，所述驱动电机都安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮均与齿条啮合。

优选的是，所述桁架上安装有接液槽，所述接液槽位于导轨下方，所述接液槽分为多个接液段，相邻接液段端部之间设置的间隔上安装有活动门，所述活动门一端滑动安装在一个接液段的端部上，另一端搭接到另一个接液段的端部上。

优选的是，所述机械手安装在竖向升降座设置的浮动装置上，所述浮动装置包括与竖向升降座固接的固定座以及安装在固定座上用于连接机械手的连接法兰，所述连接法兰设置的浮动轴滑动安装在固定座顶部设置的浮动孔中。

所述固定座设置的内腔中安装有轴向浮动机构，所述轴向浮动机构包括第一连杆、第二连杆和支撑杆。

所述浮动轴内端与第一连杆相连，第一连杆与第二连杆相连，第二连杆与固定座底壁设置的底座相连。

所述支撑杆与第一连杆和/或第二连杆铰接，所述支撑杆与固定座之间安装有轴向浮动弹簧，所述轴向浮动弹簧的轴线与浮动轴的轴线平行。

优选的是，所述底座滑动安装在固定座底壁设置的浮动槽中，所述浮动槽所在平面与连接法兰平行，所述底座与固定座内侧壁之间安装有多个径向浮动弹簧，所述径向浮动弹簧都径向设置在与浮动轴同轴的同一圆周上。

优选的是，所述轴向浮动机构设置多个，且都位于与浮动轴同轴的同一圆周上。

优选的是，所述桁架上安装有定位机构，所述定位机构包括横向安装在桁架上的多个定位传感器，所述定位传感器包括粗定位传感器和精定位传感器，所述粗定位传感器设置两个，所述精定位传感器位于粗定位传感器之间。

优选的是，所述机械手包括肩部、大臂、小臂、腕部和抓手，所述肩部与竖向升降座连接，所述大臂通过设置的转轴可旋转的安装到肩部上，所述小臂通过设置的转轴铰接在大臂上，所述腕部通过设置的转轴可旋转的安装到小臂上，所述抓手与腕部固接。

所述转轴都安装有旋转锁定装置；所述旋转锁定装置包括轴座、锁定盘、推杆、摆杆、气缸。

锁定盘固装在转轴上，并安装到轴座设置的转孔中。

所述摆杆一端与气缸的活塞杆铰接，中部铰接在轴座上，另一端与推杆铰接。

所述推杆滑动安装在轴座设置的导孔中，一端安装有钢球。

所述锁定盘表面设置有多个可使钢球插入的固定槽，所述固定槽都位于同一圆周。

本实用新型的有益效果是：桁架式机器人采用双驱动结构进行横移，消除了齿轮齿条配合间隙，可使长距离行走具有较高的位置精度。

安装的接液槽能够防止导轨的润滑油及工件切削液滴落到设备和设备间过道上，还能够起防护作用，防止输送过程中机械手上的工件意外掉落损坏设备和检修人员。设置的活动门能够打开和关闭接液段之间的间隔，使机器人能够进行工件的装夹。

设置的浮动装置使机械手能够径向和轴向都能够进行浮动，可根据工件的随机变量进行变化，满足了工件随机变量的抓取安装要求，适应机床加工夹具的精定位要求。

定位机构能够使设备在工件的远距离输送过程中，通过快速粗定位方式，使设备的移动减速并停止，消除了设备移动时惯性产生的误差，增强设备重复定位精度。

机械手通过旋转锁定装置对各个部件的旋转、摆动进行定位，旋转锁定装置通过钢球锁紧结构，重复定位精度高。

附图说明

附图1为桁架式机器人的结构示意图一；

附图2为横向行走座的驱动机构的结构示意图；

附图3为接液槽部分的结构示意图；

附图4为浮动装置的结构示意图一；

附图5为浮动装置的结构示意图二；

附图6为桁架式机器人的结构示意图二；

附图7为旋转锁定装置的结构示意图一；

附图8为旋转锁定装置的结构示意图二。

具体实施方式

为了能进一步了解本实用新型的结构、特征及其它目的，现结合所附较佳实施例详细说明如下，所说明的较佳实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，并非限定本实用新型。

本实用新型的具体实施方式如下：

如图1至8所示，桁架式机器人包括设置在桁架1上的横移导轨11，滑动安装在横移导轨11上的横向行走座2，滑动安装在横向行走座2设置的纵移导槽21中的纵向行走座3，安装在纵向行走座3上可升降的竖向升降座4，以及安装在竖向升降座4上机械手5。横移导轨11与纵移导槽21相互垂直。

通过横向行走座2在横移导轨11上的横向移动，纵向行走座3在横向行走座2上的纵向移动，竖向升降座4在纵向行走座3上的升降移动，分别实现机械手5在X轴、Y轴和Z轴上的移动，使机械手5能够移动到各个位置，拿取工件。

如图1至2所示，桁架1上安装有齿条12，齿条12与横移导轨11平行，横向行走座2设置的驱动支架22上安装有至少两个驱动电机23，驱动电机23都安装有驱动齿轮24，驱动齿轮24均与齿条12啮合。

通过驱动电机23使驱动齿轮24旋转，使驱动齿轮24通过与齿条12的啮合，实现对横向行走座2横向移动的驱动。驱动电机23与驱动齿轮24之间均安装有离合器，通过离合器实现驱动电机23与驱动齿轮24之间连接的断开和闭合。

通过离合器的控制，当横向行走座2向一侧移动时，对应一侧的驱动齿轮24作为主动轮，另一个驱动齿轮24作为从动轮。由于齿轮啮合的工作面是一致的，消除了齿轮与齿条见的件次，提高了运行精度。

如图1和3所示，桁架1上安装有接液槽6，接液槽6位于横移导轨11下方，防止横移导轨的润滑油及工件切削液滴落到设备和设备间过道上，还能够起防护作用，防止输送过程中机械手上的工件意外掉落损坏设备和检修人员。

接液槽6分为多个接液段61，相邻接液段61端部之间设置的间隔上安装有活动门62，活动门62一端滑动安装在一个接液段61的端部上，另一端搭接到另一个接液段61的端部上。

当机械手需要下降到接液槽6下方进行工件的拿取时，将活动门62向一侧滑动，使其离开接液段61端部之间的间隔，从而使机械手能够通过间隔下降到接液槽6下方，进行工件拿取。

为了便于自动化控制，活动门62上安装有电机驱动的导轮，需要进行活动门62的开启时，电机驱动导轮运动，使活动门62自行向一侧滑动。

为了提高机械手5对工件的随机变量的适应性，机械手5安装在竖向升降座4设置的浮动装置7上。

如图4至5所示，浮动装置7包括与竖向升降座4固接的固定座71以及安装在固定座71上用于连接机械手5的连接法兰72。

连接法兰72设置的浮动轴73滑动安装在固定座71顶部设置的浮动孔中，使连接法兰72能够相对与固定座71进行升降，实现机械手的轴向移动。

为了实现轴向上的浮动，固定座71设置的内腔中安装有轴向浮动机构，轴向浮动机构包括第一连杆74、第二连杆75和支撑杆76。

浮动轴73内端与第一连杆74相连，第一连杆74与第二连杆75相连，第二连杆75与固定座71底壁设置的底座77相连。

支撑杆76与第一连杆74和/或第二连杆75铰接，支撑杆76与固定座71之间安装有轴向浮动弹簧78，轴向浮动弹簧78的轴线与浮动轴73的轴线平行。

通过轴向浮动弹簧78支撑的支撑杆76，对第一连杆74与第二连杆75形成的机械臂进行弹性支撑，从使机械臂支撑连接法兰72的浮动轴73。通过轴向浮动弹簧78的弹力，使连接法兰72轴向往复浮动，适应工件轴向上的随机变量。

由于轴向浮动是浮动装置最主要的运动方式，轴向浮动机构设置多个，且都位于与浮动轴73同轴的同一圆周上，使浮动轴73能够收到足够的弹性支撑。

为了实现径向上的浮动，底座77滑动安装在固定座71底壁设置的浮动槽79中，浮动槽79所在平面与连接法兰72平行，底座77与固定座71内侧壁之间安装有多个径向浮动弹簧70，径向浮动弹簧70都径向设置在与浮动轴73同轴的同一圆周上。

为了连接法兰72轴向浮动，浮动轴73与浮动孔为间隙配合，浮动轴73在径向也有一定的窜动。底座77的侧壁与浮动槽79侧壁之间均设有间隙，通过多个径向浮动弹簧70的支撑，使底座77在浮动槽79中能够在平面上自由移动。从而使底座77通过轴向浮动机构和浮动轴73，使连接法兰72在径向也能够进行浮动，适应工件径向上的随机变量。

为了使横向行走座2横向移动定位准确，能够使机械手准确的运行到工件所在位置，桁架1上安装有定位机构。如图1所示，定位机构包括横向安装在桁架1上的多个定位传感器，定位传感器包括粗定位传感器81和精定位传感器82，粗定位传感器81设置两个，精定位传感器82位于粗定位传感器81之间。

精定位传感器82位于工件所在位置上方，粗定位传感器81位于精定位传感器82两侧。当横向行走座2横向移动向工件所在位置时，粗定位传感器81先感应到横向行走座2，驱动横向行走座2减速移动，直至精定位传感器82感应到横向行走座2时，横向行走座2的移动停止，使机械手5停到工件所在位置上方。

横向行走座2移动到工件所在位置，至少需要经过两个定位传感器，先对其减速，再使其停止。避免当只设置一个传感器进行定位，横向行走座2突然停止，其自身的惯性使其窜动，无法停止在预定位置，产生误差。

如图6所示，机械手5包括肩部51、大臂52、小臂53、腕部54和抓手55。

肩部51与竖向升降座4连接。大臂52通过设置的转轴9可旋转的安装到肩部51上，使大臂52能够通过转轴9的旋转，相对于肩部52进行旋转。小臂53通过设置的转轴9铰接在大臂52上，使小臂53能够通过转轴9的旋转，相对于大臂52摆动。腕部54通过设置的转轴9可旋转的安装到小臂53上，使腕部54能够通过转轴9的旋转，相对于小臂53转动。抓手55与腕部54固接，抓手55能够抓取工件。

大臂52、小臂53和腕部54运动时，对应的转轴9都会旋转。

转轴9都安装有旋转锁定装置，旋转锁定装置包括轴座91、锁定盘92、推杆93、摆杆94、气缸95。

锁定盘92固装在转轴9上，并安装到轴座91设置的转孔96中，能够随着转轴9的转动而旋转。

摆杆94一端与气缸95的活塞杆铰接，中部铰接在轴座91上，另一端与推杆93铰接。

推杆93滑动安装在轴座91设置的导孔97中，一端安装有钢球。

锁定盘92表面设置有多个可使钢球插入的固定槽98，固定槽98都位于同一圆周。

驱动气缸95推动摆杆94，使摆杆94作为杠杆，驱动推杆93在导孔97中滑动。使推杆93将钢球推入并顶到固定槽98中。通过钢球的限制，使锁定盘92无法转动，进而锁定转轴9的转动，实现机械手5大臂52、小臂53和腕部54部位的运动固定。

钢球可与推杆93固接，也可直接装在导孔97中，而导孔97的端面则贴到锁定盘92的表面上，防止钢球脱出。推杆93在导孔97内，将钢球推入到固定槽98中，同样能够实现锁定盘92的固定。

Claims (7)

1.一种桁架式机器人，其特征在于，包括设置在桁架(1)上的横移导轨(11)，滑动安装在横移导轨(11)上的横向行走座(2)，滑动安装在横向行走座(2)设置的纵移导槽(21)中的纵向行走座(3)，安装在纵向行走座(3)上可升降的竖向升降座(4)，以及安装在竖向升降座(4)上机械手(5)；

所述横移导轨(11)与纵移导槽(21)相互垂直，所述桁架(1)上安装有齿条(12)，所述齿条(12)与横移导轨(11)平行，所述横向行走座(2)设置的驱动支架(22)上安装有至少两个驱动电机(23)，所述驱动电机(23)都安装有驱动齿轮(24)，所述驱动齿轮(24)均与齿条(12)啮合。

2.根据权利要求1所述的桁架式机器人，其特征在于，所述桁架(1)上安装有接液槽(6)，所述接液槽(6)位于横移导轨(11)下方，所述接液槽(6)分为多个接液段(61)，相邻接液段(61)端部之间设置的间隔上安装有活动门(62)，所述活动门(62)一端滑动安装在一个接液段(61)的端部上，另一端搭接到另一个接液段(61)的端部上。

3.根据权利要求1所述的桁架式机器人，其特征在于，所述机械手(5)安装在竖向升降座(4)设置的浮动装置(7)上，所述浮动装置(7)包括与竖向升降座(4)固接的固定座(71)以及安装在固定座(71)上用于连接机械手(5)的连接法兰(72)，所述连接法兰(72)设置的浮动轴(73)滑动安装在固定座(71)顶部设置的浮动孔中，

所述固定座(71)设置的内腔中安装有轴向浮动机构，所述轴向浮动机构包括第一连杆(74)、第二连杆(75)和支撑杆(76)；

所述浮动轴(73)内端与第一连杆(74)相连，第一连杆(74)与第二连杆(75)相连，第二连杆(75)与固定座(71)底壁设置的底座(77)相连，

所述支撑杆(76)与第一连杆(74)和/或第二连杆(75)铰接，所述支撑杆(76)与固定座(71)之间安装有轴向浮动弹簧(78)，所述轴向浮动弹簧(78)的轴线与浮动轴(73)的轴线平行。

4.根据权利要求3所述的桁架式机器人，其特征在于，所述底座(77)滑动安装在固定座(71)底壁设置的浮动槽(79)中，所述浮动槽(79)所在平面与连接法兰(72)平行，所述底座(77)与固定座(71)内侧壁之间安装有多个径向浮动弹簧(70)，所述径向浮动弹簧(70)都径向设置在与浮动轴(73)同轴的同一圆周上。

5.根据权利要求3或4所述的桁架式机器人，其特征在于，所述轴向浮动机构设置多个，且都位于与浮动轴(73)同轴的同一圆周上。

6.根据权利要求1所述的桁架式机器人，其特征在于，所述桁架(1)上安装有定位机构，

所述定位机构包括横向安装在桁架上的多个定位传感器，所述定位传感器包括粗定位传感器(81)和精定位传感器(82)，所述粗定位传感器(81)设置两个，所述精定位传感器(82)位于粗定位传感器(81)之间。

7.根据权利要求1所述的桁架式机器人，其特征在于，所述机械手(5)包括肩部(51)、大臂(52)、小臂(53)、腕部(54)和抓手(55)，

所述肩部(51)与竖向升降座(4)连接，所述大臂(52)通过设置的转轴(9)可旋转的安装到肩部(51)上，所述小臂(53)通过设置的转轴(9)铰接在大臂(52)上，所述腕部(54)通过设置的转轴(9)可旋转的安装到小臂(53)上，所述抓手(55)与腕部(54)固接；

所述转轴(9)都安装有旋转锁定装置；所述旋转锁定装置包括轴座(91)、锁定盘(92)、推杆(93)、摆杆(94)、气缸(95)；

锁定盘(92)固装在转轴(9)上，并安装到轴座(91)设置的转孔(96)中；

所述摆杆(94)一端与气缸(95)的活塞杆铰接，中部铰接在轴座(91)上，另一端与推杆(93)铰接；

所述推杆(93)滑动安装在轴座(91)设置的导孔(97)中，一端安装有钢球，

所述锁定盘(92)表面设置有多个可使钢球插入的固定槽(98)，所述固定槽(98)都位于同一圆周。