CN208068269U - 石材加工机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的石材加工机械手包括底座、节臂和工具头，节臂包括依次活动连接的后臂、中臂和前臂；后臂以能转动方式设置在底座上，前臂上设置能取放石材加工工具的工具头。采用本实用新型的石材加工机械手，无需各种框架式立柱、横梁等，即可实现在X、Y、Z三轴上的移动加工石材，这样设备结构精简、占地小、现场布局灵活。而且可针对各造型的石材进行多样化、精细化加工。

Description

石材加工机械手

技术领域

本实用新型涉及一种石材加工设备，特别是涉及一种石材智能化加工机械手。

背景技术

目前的石材加工设备多采用各种框架式立柱、横梁等，以实现在X、Y、Z三轴上的移动加工石材，这样设备结构庞大，而且针对目前个性化造型的石材加工，现有的设备无法进一步满足这种多样化、精细化的加工需求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种能提高加工效率的石材加工机械手。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

石材加工机械手，包括底座、节臂和工具头，节臂包括依次活动连接的后臂、中臂和前臂；后臂以能转动方式设置在底座上，前臂上设置能取放石材加工工具的工具头。

所述底座包括座架和座体，座架采用框架结构，座架的上面设置圆柱状的座体；座体的顶部竖向设置有后臂电机，后臂电机能驱动后臂相对座体旋转且绕后臂电机的电机轴的轴线旋转。

所述后臂从所述底座向上且向前倾斜延伸，所述后臂的下部呈U型，U型开口中间设置所述后臂电机；所述后臂的上部横向设置有中臂电机，中臂电机能驱动中臂相对后臂上下摆动且绕中臂电机的电机轴的轴线摆动。

所述中臂的一端部连接所述后臂，所述中臂的另一端部横向设置有前臂电机，前臂电机能驱动前臂相对中臂上下摆动且绕前臂电机的电机轴的轴线摆动。

所述前臂的一端部连接所述中臂，所述前臂的另一端部横向设置所述工具头；所述工具头包括进给补偿机构、工具支撑机构、工具驱动机构和工具装夹机构；进给补偿机构包括弹簧和弹簧架，弹簧设置在弹簧架上，弹簧的一自由端抵在工具支撑机构上且能使工具装夹机构上的工具压紧在石材上；工具支撑机构包括连接在一起的支撑横板和支撑竖板，支撑横板通过相适配的滑动结构滑动连接弹簧架，支撑竖板的一侧横向设置有工具驱动机构；工具驱动机构包括工具电机和工具主轴箱，工具电机的电机轴连接有工具主轴箱的主轴，工具主轴箱的主轴上设置所述工具装夹机构；工具装夹机构包括工具装夹法兰盘，工具主轴箱的主轴通过螺纹结构与工具装夹法兰盘连接在一起，工具装夹法兰盘上通过螺栓能装夹石材加工工具。

采用上述方案后，本实用新型具有以下有益效果：无需各种框架式立柱、横梁等，即可实现在X、Y、Z三轴上的移动加工石材，这样设备结构精简、占地小、现场布局灵活。而且可针对各造型的石材进行多样化、精细化加工。

附图说明

图1为本实用新型的立本图。

图2为本实用新型的加工示意图一。

图3为本实用新型的加工示意图二。

图4为本实用新型中的工具头的结构示意图一。

图5为本实用新型中的工具头的结构示意图二。

图中：

工作台1a；

底座1；

节臂2、后臂21、中臂22、前臂23；

工具头3、进给补偿机构31、弹簧311、弹簧架312；

工具支撑机构32、支撑横板321、支撑竖板322、滑动结构323、

工具驱动机构33、工具装夹机构34、石材加工工具35、金属套351。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

如图1至图5所示，本实用新型的石材加工机械手主要包括底座1、节臂2和工具头3。

底座1包括座架和座体，座架采用框架结构，座架的上面设置圆柱状的座体；座体的顶部竖向设置有后臂电机，后臂电机能驱动后臂21相对座体旋转且绕后臂电机的电机轴的轴线旋转。

节臂2包括后臂21、中臂22和前臂23，后臂21、中臂22和前臂23依次活动连接。后臂21以能转动方式设置在底座1上，前臂23上设置能取放石材加工工具的工具头3。

后臂21从底座1向上且向前倾斜延伸，后臂21的下部呈U型，主要包括后臂底板和两块后臂侧板，后臂底板连接2块后臂侧板，、后臂底板上设置有凸缘。U型开口中间设置后臂电机；后臂21的上部横向设置有中臂电机，中臂电机能驱动中臂22相对后臂21上下摆动且绕中臂电机的电机轴的轴线摆动。

中臂22的一端部连接后臂21，中臂22的另一端部横向设置有前臂电机，前臂电机能驱动前臂23相对中臂22上下摆动且绕前臂电机的电机轴的轴线摆动。

前臂23的一端部连接中臂22，前臂23的另一端部横向设置工具头3。

较佳地，后臂21的后臂电机设置有角度限定结构，例如通过设定后臂电机的正转角度、反转角度，以限定后臂电机的转动角度范围，这样，可使节臂2始终朝向工作台1a，或者能移至刀塔架上换刀，以确保生产安全。同理，中臂电机、前臂电机也可设置正转角度、反转角度。

工具头3主要包括进给补偿机构31、工具支撑机构32、工具驱动机构33和工具装夹机构34。

进给补偿机构31包括弹簧311和弹簧架312，弹簧设置在弹簧架上，弹簧的一自由端抵在工具支撑机构上且能使工具装夹机构上的工具压紧在石材上。较佳地，进给补偿机构31设置在支撑横板321如图4所示的右侧面，弹簧311的伸缩方向与滑轨的延伸方向平行且一致。由于仅在支撑横板321的一侧面设置弹簧311等，支撑横板321的另一侧面可起到如下所述的支撑断石或扫落断石的作用，这样使工具头3的结构更紧凑、小型化的基础上，还可充分利用工具头3，使其具有多种功能，从而充分发挥小型多功能机械手的用途。

工具支撑机构32包括连接在一起的支撑横板321和支撑竖板322，支撑横板321通过相适配的滑动结构323滑动连接弹簧架，支撑竖板的一侧横向设置有工具驱动机构。

工具驱动机构33包括工具电机和工具主轴箱，工具电机的电机轴连接有工具主轴箱的主轴，工具主轴箱的主轴上设置工具装夹机构。

工具装夹机构34包括工具装夹法兰盘，工具主轴箱的主轴通过螺纹结构与工具装夹法兰盘连接在一起，工具装夹法兰盘上通过螺栓能装夹石材加工工具35。这样，无需拆装整个工具头3，只需拆装工具装夹法兰盘上的螺栓，或者主轴上的螺纹结构即可快速更换石材加工工具35。

较佳地，支撑横板321的前端部的上下两侧面上分别对应设置支撑竖板322和工具驱动机构33，这样工具头3、石材加工工具35等作各角度的转动，不会与前臂23产生碰撞、干扰，以利于实现各角度范围的加工等动作。支撑横板321的下侧面通过滑动结构323滑动连接弹簧架312。支撑竖板322呈几字型，具有几字型内腔，几字型内腔的一端为开口部，另一端为封口部。主轴箱的主轴伸入几字型内腔，并从封口部伸出，该伸出的主轴端部设置石材加工工具35。在石材加工过程中，几字型支撑竖板322可对主轴箱进行有效的防护、防尘、防水、防屑、防渣，且使整个结构更加紧凑、可靠。

滑动结构323可采用相适配的滑轨和滑槽，滑轨和滑槽位于支撑竖板322的正下方且沿着进给方向延伸。滑槽设在支撑横板321的下侧面，滑轨设置在弹簧架312上。弹簧架312通过轴、轴承等相适配的结构以能转动的方式转动连接前臂23。

较佳地，支撑横板321的后端的上表面较为平坦，且不设置其他结构，这样可形成支撑部。当石材在加工过程中，出现断裂等意外情形时，控制部使石材加工工具35停止运转，且控制后臂21、中臂22、前臂23的动作，使支撑横板321的后端部能顶靠在石材断纹处，或者用支撑横板321的后端部扫落断石，既可避免石材打坏石材加工工具35，又可作为辅助工具支撑或清扫落石。

较佳地，工具装夹机构34采用能自动更换石材加工工具35的结构。工具装夹机构34主要包括电磁吸盘，电磁吸盘套设在工具主轴箱的主轴端部，通过电磁吸盘的吸、放可相应装卸石材加工工具35。具体而言，石材加工工具35为盘状磨料时，其上开有孔，孔的内孔壁上套有截面为工字型的金属套351。石材加工工具35为杆状刀具，杆状刀具的一端切割用的韧部，一端为夹持用的夹持部，夹持部上设有金属套351。各类石材加工工具35排列在刀塔架上，当电磁吸盘断电关闭时，通过节臂2的相应动作，使主轴箱的主轴端部的石材加工工具35脱开，并放置在刀塔架上。然后，节臂2移动到所需的石材加工工具35的位置，电磁吸盘通电产生吸力，主轴箱的主轴端部对应套在石材加工工具35上的金属套上，且在电磁吸盘的吸力作用下被紧紧吸附在主轴箱的主轴端部。

较佳地，刀塔架上也对应设置有电磁吸盘，当刀塔架的电磁吸盘相应通电时，石材加工工具35可吸附在刀塔架上。当刀塔架的电磁吸盘断电时，石材加工工具35可从刀塔架上脱开。

石材加工工具35可采用现有的各类石材加工工具，例如切割用的刀具、打磨用的磨具、抛光用的磨具、雕刻用的雕刻刀等。

较佳地，前臂23上设置有至少2套工具头3。2套或多套工具头3分别安装在万向盘上。万向盘采用圆盘状，万向盘的圆心处传动连接有万向盘电机。具体而言，万向盘电机通过相适配的蜗杆、蜗轮带动万向盘转动，从而能将万向盘上的任一套工具头3对准石材进行加工。这样无需更换石材加工工具35即可在同一工位上实现多种工艺的加工，省却了重新装夹石材、定位石材的过程。同时，工具驱动机构33可采用小型的水冷电机直接带动石材加工工具35即可。

较佳地，万向盘设置在支撑横板321上，万向盘上设置2套工具驱动机构33及其传动连接的石材加工工具35。

较佳地，本实用新型通过控制部实现动作，控制部设置在底座1和/或节臂2上，例如可设置在座体上。控制部包括能识别待加工石材的3D识别部，能定向跟踪待加工石材的避障部，以及加工工艺计算部。

3D识别部主要包括图像采集单元、图像处理单元、图像比对单元、图像存储单元和图像判定单元。图像采集单元采用现有的摄像器等，将采集到的图像生成采集数据。图像处理单元接收图像采集单元的采集数据，将采集数据进行轮廓、深度处理，并生成处理数据。图像比对单元接收处理数据，并读取图像存储单元中的存储数据，将处理数据与图像存储单元中的存储数据进行比对，生成比对数据。图像判定单元接收比对数据，并判定该采集数据中是否有待加工石材，以及该采集数据中的环境，哪些是障碍物，并生成加工对象判定数据，以及避障数据。这样，进而控制后臂电机、中臂电机、前臂电机和工具电机的动作，实现跟踪加工对象，并对加工对象按设定的工艺进行大面切割、由粗到细的打磨、抛光等加工。

避障部主要包括各类传感器和避障判定单元，通过红外、超声波等传感器采集数据，并生成避障采集数据。避障判定单元接收避障采集数据及避障数据，生成避障判定数据。这样，进而控制后臂电机、中臂电机、前臂电机和工具电机的动作，实现避障。

加工工艺计算部主要是根据现有的各类石材加工工艺进行设定，例如大面切割、由粗到细的打磨、抛光等，各种工艺对应的石材加工工具的转速、进给量、仿形加工的参数等。加工工艺参数的设定，可通过手动设定、手动修改、编程设定、自动图像识别等进行设定。较佳地，3D识别部还可采集石材模板数据，从而将该石材模板数据传输加工工艺计算部，加工工艺计算部据此控制后臂电机、中臂电机、前臂电机和工具电机的动作，实现自动加工。

较佳地，加工工艺计算部还具有学习和修正功能。控制部还包括存储部，存储各类石材加工工艺。当如前所述对加工工艺计算部设定加工工艺的参数时，加工工艺计算部根据所设定的工艺参数，从存储部读取关联工艺的参数，该关联工艺根据工艺加工类型、石材加工工具的类型、石材加工工具运转参数、石材种类和石材加工量进行选取相应的关联工艺参数，并将读取到的该关联工艺的参数反馈至加工工艺计算部，并请求操作人员确认是否调整设定的工艺参数。

较佳地，控制部还包括检测部，检测部包括3D识别部，3D识别部通过图像识别，采集加工后的石材的形状数据、表面光滑度数据，将加工后的石材与模板石材或样品石材进行比对，即比对两者的形状数据、表面光滑度数据，根据比对结果，从而判定对同一款形状、尺寸、石材类型的石材，是否需调整相应的加工工艺参数。若需调整工艺参数，则停机，如前所述读取关联工艺参数，还可进一步请求操作人员确认或手动调整相关工艺参数。这样可提高成品率，成品的品质，进而生产出高精档的石材。

上述实施例和附图并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (5)

1.石材加工机械手，其特征在于：包括底座、节臂和工具头，节臂包括依次活动连接的后臂、中臂和前臂；后臂以能转动方式设置在底座上，前臂上设置能取放石材加工工具的工具头；所述工具头包括进给补偿机构、工具支撑机构、工具驱动机构和工具装夹机构；进给补偿机构包括弹簧和弹簧架，弹簧设置在弹簧架上，弹簧的一自由端抵在工具支撑机构上且能使工具装夹机构上的工具压紧在石材上；工具支撑机构包括连接在一起的支撑横板和支撑竖板，支撑横板通过相适配的滑动结构滑动连接弹簧架，支撑竖板的一侧横向设置有工具驱动机构；工具驱动机构包括工具电机和工具主轴箱，工具电机的电机轴连接有工具主轴箱的主轴，工具主轴箱的主轴上设置所述工具装夹机构；工具装夹机构包括工具装夹法兰盘；且进给补偿机构设置在支撑横板的一侧面。

2.如权利要求1所述的石材加工机械手，其特征在于：所述底座包括座架和座体，座架采用框架结构，座架的上面设置圆柱状的座体；座体的顶部竖向设置有后臂电机，后臂电机能驱动后臂相对座体旋转且绕后臂电机的电机轴的轴线旋转。

3.如权利要求2所述的石材加工机械手，其特征在于：所述后臂从所述底座向上且向前倾斜延伸，所述后臂的下部呈U型，U型开口中间设置所述后臂电机；所述后臂的上部横向设置有中臂电机，中臂电机能驱动中臂相对后臂上下摆动且绕中臂电机的电机轴的轴线摆动。

4.如权利要求3所述的石材加工机械手，其特征在于：所述中臂的一端部连接所述后臂，所述中臂的另一端部横向设置有前臂电机，前臂电机能驱动前臂相对中臂上下摆动且绕前臂电机的电机轴的轴线摆动。

5.如权利要求4所述的石材加工机械手，其特征在于：所述前臂的一端部连接所述中臂，所述前臂的另一端部横向设置所述工具头；工具主轴箱的主轴通过螺纹结构与工具装夹法兰盘连接在一起，工具装夹法兰盘上通过螺栓能装夹石材加工工具。