CN207874425U - 一种多自由度水切割机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于水切割机器人技术领域，提出的一种多自由度水切割机器人，包括基座，基座上转动设置有旋转平台，旋转平台上转动设置有第一机械臂，第一机械臂上转动设置有第二机械臂，第二机械臂上转动设置有水刀，第一机械臂上设置有支撑盘一，第一机械臂在与第二机械臂连接处设置有导向轮，第二机械臂上设置有支撑盘二，支撑盘一上缠绕设置有螺旋管一，支撑盘二上缠绕设置有螺旋管二，螺旋管一和螺旋管二均为沿圆柱螺旋线设置的高压管路，螺旋管一一端连接供水源，另一端绕过导向轮与螺旋管二的一端连接，螺旋管二的一端与水刀连接，解决了现有技术中高压管路固定不完全导致被拉扯扭曲影响水切割机器人的正常运行的技术问题。

Description

一种多自由度水切割机器人

技术领域

本实用新型属于水切割机器人技术领域，涉及一种多自由度水切割机器人。

背景技术

水切割，又称水刀，即高压水射流切割技术，是一种利用高压水流切割的机器。在电脑的控制下能任意雕琢工件，而且受材料质地影响小。因为其成本低，易操作，良品率又高，水切割正逐渐成为工业切割技术方面的主流切割方式。将水切割技术与私服机器人结合起来应用，可适用于多种材料的高压水切割，还能对自由曲面的复杂工件进行精确的三维切割加工。

由于水切割需要将高压管路引导至工作部，而多轴机械臂式机器人的自由度较高，在水刀随机械臂运动的同时，常常因为高压管路被拉扯扭曲导致其折断或变形，影响水切割机器人的正常运行。

实用新型内容

本实用新型提出一种多自由度水切割机器人，解决了现有技术中高压管路固定不完全导致被拉扯扭曲影响水切割机器人的正常运行的技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种多自由度水切割机器人，包括基座，所述基座上转动设置有旋转平台，所述旋转平台上转动设置有第一机械臂，所述第一机械臂上转动设置有第二机械臂，所述第二机械臂上转动设置有水刀，所述第一机械臂上在与所述旋转平台连接处设置有支撑盘一，所述第一机械臂在与所述第二机械臂连接处设置有导向轮，所述第二机械臂上与所述水刀连接处设置有支撑盘二，

所述支撑盘一上缠绕设置有螺旋管一，所述支撑盘二上缠绕设置有螺旋管二，所述螺旋管一和所述螺旋管二均为沿圆柱螺旋线设置的高压管路，所述螺旋管一一端连接供水源，另一端绕过所述导向轮与所述螺旋管二的一端连接，所述螺旋管二的一端与所述水刀连接，

所述支撑盘一与所述支撑盘二均包括设置在所述第一机械臂或所述第二机械臂上的支撑底座，所述支撑底座上沿轴向设置有支撑杆，所述支撑杆可沿所述支撑底座的径向在所述支撑底座上滑动，所述支撑杆为若干个且沿所述支撑底座的周向均匀排列，所述螺旋管一与所述螺旋管二均套在若干所述支撑杆上。

作为进一步的技术方案，所述支撑底座为圆柱型且侧面设置有盲孔，所述盲孔为若干个且沿所述支撑底座的底座排列，所述盲孔为若干列且沿所述支撑底座周向均匀排列，所述支撑杆一端沿径向设置有滑动杆，所述滑动杆为若干个且与一列盲孔一一对应，所述滑动杆滑动设置在所述盲孔中，所述盲孔中还设置有弹簧，所述弹簧一端位于所述盲孔孔底，另一端与所述滑动杆连接，所述支撑底座还套设有用于限位所述滑动杆的固定套。

作为进一步的技术方案，所述支撑杆上还固定设置有滑轮支架，所述滑轮支架上设置有滑轮一和滑轮二，所述滑轮一位于所述支撑杆距所述支撑底座轴线较近一侧，所述滑轮二位于所述支撑杆距所述支撑底座轴线较远一侧，所述滑轮一在所述支撑底座距所述螺旋管一或螺旋管二较近端面上沿所述支撑底座的径向滑动，所述滑轮二在所述固定套距所述螺旋管一或螺旋管二较近端面上沿所述支撑底座的径向滑动。

作为进一步的技术方案，所述第一机械臂在与所述第二机械臂连接处固定设置有蜗轮，所述第二机械臂上设置有均与所述蜗轮啮合的蜗杆一和蜗杆二，所述蜗杆一与所述蜗杆二平行，所述蜗杆一连接伺服电机一，所述蜗杆二连接伺服电机二。

本实用新型使用原理及有益效果为：

1、本实用新型中，机器人通过机旋转平台调整角度，第一机械臂和第二机械臂转动调整水刀的位置，使水刀顺利进行位置的调整，进而进行切削，当高压管路的长度增长时，支撑盘一和支撑盘二上设置的螺旋管路的松紧程度会变化，由于其在支撑盘上的匝数不变，其所在的圆柱的直径会缩短，从而适应支撑盘一与支撑盘二间距离的变化，当高压管路的长度减少时，沿圆柱螺旋线设置的螺旋管路会因为弹性回复，进而继续预紧高压管路，支撑盘一和支撑盘二的结构相同，均通过改变支撑杆距中心的距离来实现对直径变化的高压管路的支撑。

通过螺旋管一和螺旋管二的设置，使水切割机器人在工作时能够对高压管路起到一个预紧的作用，导向轮的设置能够使高压管路的连接贴合第一机械臂和第二机械臂，防止螺旋管一与螺旋管二直接连接影响水切割机器人工作，支撑杆的设置实现了对直径变化的高压管路的柔性支撑，为螺旋管一和螺旋管二提动了固定，防止了管路由于松动和第一机械臂与第二机械臂的运动在水切割机器人上无规则缠绕，避免了无规则缠绕带来的拉断扭曲等损坏，进而提升了水切割机器人的可靠性和工作寿命，同时本实用新型采用的方案结构简单，改造成本低，便于推广。

2、本实用新型中，一个支撑杆通过多个滑动杆滑动设置在支撑底座的侧面。滑动杆在支撑底座的盲孔中滑动，且通过弹簧连接孔底，支撑杆外设置的固定套能够防止支撑杆脱离，通过该结构能够实现支撑杆在支撑底座上的滑动，当螺旋管所在圆柱直接变小时，滑动杆向中心滑动，弹簧受压，当螺旋管回复是，弹簧带动滑动杆向外滑动，并带动支撑杆撑大螺旋管，多个滑动杆能够使支撑杆在滑动过程中运动平稳，且不发生倾斜，结构简单维护方便，设置科学合理。

3、本实用新型中，滑轮的转轴与支撑杆通过滑轮支架固定连接，滑轮的设置能够使支撑杆的滑动更加平稳，由于支撑杆自由端受力，会产生弯矩，滑轮支架和滑轮能够与固定套或支撑底座互相作用消除弯矩，进而使支撑杆的受力更合理，增加了可靠性，设置科学合理。

4、本实用新型中，双蜗杆与蜗轮啮合，进而使第二机械臂相对于第一机械臂转动或平移或在平移的过程中转动，双蜗杆结构，能够消除间隙，现有技术中水切割机器人的水刀的移动均通过复杂的运动轨迹模拟计算得到，精度不高且提升困难，本实用新型对水刀的移动，仅需控制伺服电机二和伺服电机三的转速，进而实现工作平台复杂的移动，其中两电机等速同向转动，第二机械臂仅在蜗杆方向做平移，两电机等速反向转动，第二机械臂相对于蜗轮转动，两电机不同速度则控制第二机械臂边转动边在蜗杆的方向平移，进而实现工作平台直线或曲线运动，本实用新型具有传动精度高，运动计算简单的特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型双蜗杆结构示意图；

图3为本实用新型支撑盘的结构示意图；

图中：1-基座，2-旋转平台，3-第一机械臂，4-第二机械臂，5-水刀，6-支撑盘一，61-支撑底座，62-支撑杆，63-盲孔，64-滑动杆，65-弹簧，66-固定套，67-滑轮支架，68-滑轮一，69-滑轮二，7-导向轮，8-支撑盘二，9-蜗轮，10-蜗杆一，11-蜗杆二，12-伺服电机一，13-伺服电机二。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～图3所示，

一种多自由度水切割机器人，包括基座1，基座1上转动设置有旋转平台2，旋转平台2上转动设置有第一机械臂3，第一机械臂3上转动设置有第二机械臂4，第二机械臂4上转动设置有水刀5，第一机械臂3上在与旋转平台2连接处设置有支撑盘一6，第一机械臂3在与第二机械臂4连接处设置有导向轮7，第二机械臂4与水刀5连接处设置有支撑盘二8，

支撑盘一6上缠绕设置有螺旋管一，支撑盘二8上缠绕设置有螺旋管二，螺旋管一和螺旋管二均为沿圆柱螺旋线设置的高压管路，螺旋管一一端连接供水源，另一端绕过导向轮7与螺旋管二的一端连接，螺旋管二的一端与水刀5连接，

支撑盘一6与支撑盘二8均包括设置在第一机械臂3或第二机械臂4上的支撑底座61，支撑底座61上沿轴向设置有支撑杆62，支撑杆62可沿支撑底座61的径向在支撑底座61上滑动，支撑杆62为若干个且沿支撑底座61的周向均匀排列，螺旋管一与螺旋管二均套在若干支撑杆62上。

本实施例中，机器人通过机旋转平台2调整角度，第一机械臂和第二机械臂转动调整水刀5的位置，使水刀5顺利进行位置的调整，进而进行切削，当高压管路的长度增长时，支撑盘一6和支撑盘二8上设置的螺旋管路的松紧程度会变化，由于其在支撑盘上的匝数不变，其所在的圆柱的直径会缩短，从而适应支撑盘一6与支撑盘二8间距离的变化，当高压管路的长度减少时，沿圆柱螺旋线设置的螺旋管路会因为弹性回复，进而继续预紧高压管路，支撑盘一6和支撑盘二8的结构相同，均通过改变支撑杆62距中心的距离来实现对直径变化的高压管路的支撑。

通过螺旋管一和螺旋管二的设置，使水切割机器人在工作时能够对高压管路起到一个预紧的作用，导向轮7的设置能够使高压管路的连接贴合第一机械臂和第二机械臂，防止螺旋管一与螺旋管二直接连接影响水切割机器人工作，支撑杆62的设置实现了对直径变化的高压管路的柔性支撑，为螺旋管一和螺旋管二提动了固定，防止了管路由于松动和第一机械臂与第二机械臂的运动在水切割机器人上无规则缠绕，避免了无规则缠绕带来的拉断扭曲等损坏，进而提升了水切割机器人的可靠性和工作寿命，同时本实用新型采用的方案结构简单，改造成本低，便于推广。

进一步，支撑底座61为圆柱型且侧面设置有盲孔63，盲孔63为若干个且沿支撑底座61的底座排列，盲孔63为若干列且沿支撑底座61周向均匀排列，支撑杆62一端沿径向设置有滑动杆64，滑动杆64为若干个且与一列盲孔63一一对应，滑动杆64滑动设置在盲孔63中，盲孔63中还设置有弹簧65，弹簧65一端位于盲孔63孔底，另一端与滑动杆64连接，支撑底座61还套设有用于限位滑动杆64的固定套66。

本实施例中，一个支撑杆62通过多个滑动杆64滑动设置在支撑底座61的侧面。滑动杆64在支撑底座61的盲孔63中滑动，且通过弹簧65连接孔底，支撑杆62外设置的固定套66能够防止支撑杆62脱离，通过该结构能够实现支撑杆62在支撑底座61上的滑动，当螺旋管所在圆柱直接变小时，滑动杆64向中心滑动，弹簧65受压，当螺旋管回复是，弹簧65带动滑动杆64向外滑动，并带动支撑杆62撑大螺旋管，多个滑动杆64能够使支撑杆62在滑动过程中运动平稳，且不发生倾斜，结构简单维护方便，设置科学合理。

进一步，支撑杆62上还固定设置有滑轮支架67，滑轮支架67上设置有滑轮一68和滑轮二69，滑轮一68位于支撑杆62距支撑底座61轴线较近一侧，滑轮二69位于支撑杆62距支撑底座61轴线较远一侧，滑轮一68在支撑底座61距螺旋管一或螺旋管二较近端面上沿支撑底座61的径向滑动，滑轮二69在固定套66距螺旋管一或螺旋管二较近端面上沿支撑底座61的径向滑动。

本实施例中，滑轮的转轴与支撑杆62通过滑轮支架67固定连接，滑轮的设置能够使支撑杆62的滑动更加平稳，由于支撑杆62自由端受力，会产生弯矩，滑轮支架67和滑轮能够与固定套66或支撑底座61互相作用消除弯矩，进而使支撑杆62的受力更合理，增加了可靠性，设置科学合理。

进一步，第一机械臂3在与第二机械臂4连接处固定设置有蜗轮9，第二机械臂4上设置有均与蜗轮9啮合的蜗杆一10和蜗杆二11，蜗杆一10与蜗杆二11平行，蜗杆一10连接伺服电机一12，蜗杆二11连接伺服电机二13。

本实施例中，双蜗杆与蜗轮9啮合，进而使第二机械臂相对于第一机械臂转动或平移或在平移的过程中转动，双蜗杆结构，能够消除间隙，现有技术中水切割机器人的水刀5的移动均通过复杂的运动轨迹模拟计算得到，精度不高且提升困难，本实用新型对水刀5的移动，仅需控制伺服电机二13和伺服电机三的转速，进而实现工作平台复杂的移动，其中两电机等速同向转动，第二机械臂仅在蜗杆方向做平移，两电机等速反向转动，第二机械臂相对于蜗轮9转动，两电机不同速度则控制第二机械臂边转动边在蜗杆的方向平移，进而实现工作平台直线或曲线运动，本实用新型具有传动精度高，运动计算简单的特点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多自由度水切割机器人，包括基座(1)，所述基座(1)上转动设置有旋转平台(2)，所述旋转平台(2)上转动设置有第一机械臂(3)，所述第一机械臂(3)上转动设置有第二机械臂(4)，所述第二机械臂(4)上转动设置有水刀(5)，其特征在于，所述第一机械臂(3)上在与所述旋转平台(2)连接处设置有支撑盘一(6)，所述第一机械臂(3)在与所述第二机械臂(4)连接处设置有导向轮(7)，所述第二机械臂(4)上与所述水刀(5)连接处设置有支撑盘二(8)，

所述支撑盘一(6)上缠绕设置有螺旋管一，所述支撑盘二(8)上缠绕设置有螺旋管二，所述螺旋管一和所述螺旋管二均为沿圆柱螺旋线设置的高压管路，所述螺旋管一一端连接供水源，另一端绕过所述导向轮(7)与所述螺旋管二的一端连接，所述螺旋管二的一端与所述水刀(5)连接，

所述支撑盘一(6)与所述支撑盘二(8)均包括设置在所述第一机械臂(3)或所述第二机械臂(4)上的支撑底座(61)，所述支撑底座(61)上沿轴向设置有支撑杆(62)，所述支撑杆(62)可沿所述支撑底座(61)的径向在所述支撑底座(61)上滑动，所述支撑杆(62)为若干个且沿所述支撑底座(61)的周向均匀排列，所述螺旋管一与所述螺旋管二均套在若干所述支撑杆(62)上。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度水切割机器人，其特征在于，所述支撑底座(61)为圆柱型且侧面设置有盲孔(63)，所述盲孔(63)为若干个且沿所述支撑底座(61)的底座排列，所述盲孔(63)为若干列且沿所述支撑底座(61)周向均匀排列，所述支撑杆(62)一端沿径向设置有滑动杆(64)，所述滑动杆(64)为若干个且与一列盲孔(63)一一对应，所述滑动杆(64)滑动设置在所述盲孔(63)中，所述盲孔(63)中还设置有弹簧(65)，所述弹簧(65)一端位于所述盲孔(63)孔底，另一端与所述滑动杆(64)连接，所述支撑底座(61)还套设有用于限位所述滑动杆(64)的固定套(66)。

3.根据权利要求2所述的一种多自由度水切割机器人，其特征在于，所述支撑杆(62)上还固定设置有滑轮支架(67)，所述滑轮支架(67)上设置有滑轮一(68)和滑轮二(69)，所述滑轮一(68)位于所述支撑杆(62)距所述支撑底座(61)轴线较近一侧，所述滑轮二(69)位于所述支撑杆(62)距所述支撑底座(61)轴线较远一侧，所述滑轮一(68)在所述支撑底座(61)距所述螺旋管一或螺旋管二较近端面上沿所述支撑底座(61)的径向滑动，所述滑轮二(69)在所述固定套(66)距所述螺旋管一或螺旋管二较近端面上沿所述支撑底座(61)的径向滑动。

4.根据权利要求1所述的一种多自由度水切割机器人，其特征在于，所述第一机械臂(3)在与所述第二机械臂(4)连接处固定设置有蜗轮(9)，所述第二机械臂(4)上设置有均与所述蜗轮(9)啮合的蜗杆一(10)和蜗杆二(11)，所述蜗杆一(10)与所述蜗杆二(11)平行，所述蜗杆一(10)连接伺服电机一(12)，所述蜗杆二(11)连接伺服电机二(13)。