CN209175756U - 一种六轴全位置切割机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种六轴全位置切割机器人，包括有底座部件、机器人控制器、竖臂部件、滑座部件、水平臂一部件、水平臂二部件、L型臂部件、下横臂部件、腕轴组件以及末端工具；本方案中的上述六轴切割机器人，其机器人臂杆与传统六关节机器人相比工作范围更大，能够在较小的占地面建造较大的工作空间，机器人臂杆能够绕工件全位置回转切割，全位置回转切割，对现有固定口全位置切割方式有颠覆性创新，用途广泛，具有很高的社会经济效益。

Description

一种六轴全位置切割机器人

技术领域

本实用新型涉及大中型特种工业机器人设备技术领域，尤其是一种六轴全位置切割机器人。

背景技术

工业机器人能够替代人力完成各种复杂工况条件和高危有害环境下的长时间、高强度重复劳动，高度自动化工作。实现智能化、多功能化、柔性自动化生产。金属型材及制品行业，机器人热切割应用有着广泛的市场，尤其对于型材(包括矩形管、圆管、H型钢、槽钢、角钢、异型钢等)切割加工大而广泛。传统的机器人切割方式，需要工件夹持回转，与机器人协同完成切割作业，不仅造成设备制造成本的增加，生产工效也受到很大的制约。

面对工业机器人向更大的深度和广度上应用的社会需要，适用于更多种应用工艺需求,工业机器人在型材(包括矩形管、圆管、H型钢、槽钢、角钢、异型钢等)切割加应用中，机器人臂杆能够绕工件回转切割，有较大的空间可达性，有较高的位姿设计精度，实现离线编程工作条件上的绝对位置操作应用,降低机器人集成应用成本，把工业机器人应用推广到中底端产业，是研究人员急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种六轴全位置切割机器人，该六轴切割机器人其能够实现金属型材时机器人末端割矩位置、姿态和空间可达性的同时，机器人臂杆能够绕工件回转，避开运动干涉，实现全位置切割；能够实现常规型材工件(包括矩形管、圆管、H型钢、槽钢、角钢、异型钢等)的切断、切孔、端头异形切割，同时也板边坡口加工、异形工件下料等应用，理论上可实现所有姿态的曲线面回转切割；精度和稳定性高，臂杆工作范围大；此外在应用特征有上，末端关节轴姿态角直观性强，方便操作，有较强的适用性，也可实现一般工业机器人应用。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种六轴全位置切割机器人，包括有底座部件、机器人控制器、竖臂部件、滑座部件、水平臂一部件、水平臂二部件、L型臂部件、下横臂部件、腕轴组件以及末端工具，所述机器人控制器和竖臂部件固定安装在所述底座部件上，所述滑座部件竖直安装在所述竖臂部件侧面上并与其构成竖直方向的滑动连接，形成竖直方向移动副；所述水平臂一部件水平安装在所述滑座部件上并与其构成水平方向的转动连接，形成第一级水平回转副；所述水平臂二部件水平安装在所述水平臂一部件上并与其构成水平方向的转动连接，形成第二级水平回转副；所述L型臂部件竖直安装在水平臂二部件一端上并与其构成水平方向的转动连接，形成第三级水平回转副，其中所述L型臂部件为呈倒置的L型竖直安装在所述水平臂二部件上；所述下横臂部件水平安装在所述L型臂部件底端上并与其构成竖直方向的转动连接，形成铅垂回转轴副；所述腕轴组件安装在所述下横臂部件前端上，所述末端工具安装在所述腕轴组件上，其中所述第三级水平回转副、腕轴组件与所述铅垂回转轴副三条轴线垂直正交且轴线汇交于一点，所述末端工具的工具轴线与腕轴组件垂直安装。

进一步，所述竖臂部件包括有伺服电机、轴承座组件、滚珠丝杠以及两组直线导轨，所述伺服电机、轴承组组件以及滚珠丝杠安装在所述竖臂部件内腔中，其中所述滚珠丝杠的上端与所述伺服电机固定相连，所述轴承座组件安装在所述滚珠丝杠上端与伺服电机的连接面上，所述滚珠丝杠其下端通过设置有的轴承托座安装在竖臂部件底端面上，两组所述直线导轨通过设置有的滑块以及所述滚珠丝杠通过设置有的升降螺母座和螺母形成所述竖臂部件与滑座部件之间的竖直移动副。

进一步，所述滑座部件包括有RV减速器、伺服电机、传动轴以及轴承部件，所述RV减速器固定安装在所述滑座部件内，所述伺服电机安装在所述RV减速器的输入端上，所述传动轴固定安装在所述RV减速器的输出端上，所述传动轴通过所述轴承部件与所述水平臂一部件水平转动相连。

进一步，所述水平臂一部件包括有RV减速器、伺服电机、传动轴以及轴承部件，所述RV减速器固定安装在所述滑座部件内，所述伺服电机安装在所述RV减速器的输入端上，所述传动轴固定安装在所述RV减速器的输出端上，所述传动轴通过所述轴承部件与所述水平臂二部件水平转动相连。

进一步，所述水平臂二部件包括有RV减速器、伺服电机、传动轴以及轴承部件，所述RV减速器固定安装在所述滑座部件内，所述伺服电机安装在所述RV减速器的输入端上，所述传动轴固定安装在所述RV减速器的输出端上，所述传动轴通过所述轴承部件与所述L型臂部件水平转动相连。

进一步，由支座、伺服电机、谐波减速器、联轴器组成的传动组件安装在L型臂部件下部的连接面上，传动组件输出端安装伞齿轮一组件，所述伞齿轮一组件与伞齿轮组件二正交啮合，伞齿轮组件二安装在水平回转轴组件上并与水平回转轴组件构成铅垂回转轴副；下横臂部件安装在水平回转轴组件前端，由伺服电机、谐波减速器组成的传动组件安装在下横臂部件对应的连接面上，传动组件输出端安装伞齿轮一组件，与伞齿轮组件二正交啮合，伞齿轮组件二安装在腕轴组件上，腕轴组件安装在下横臂部件前端，用于连接外部切割工具。

进一步，所述传动轴为空心轴结构，其中所述机器人伺服电机线缆可以穿过所述传动轴进行走线安装。

进一步，所述第一级水平回转副、第二级水平回转副以及第三级水平回转副的水平回转轴副通用性结构为，伺服电机安装在RV减速器上，RV减速器与设有的固定臂杆的轴套部分的法兰面固定连接，输出轴连接在RV减速器的输出法兰上，输出轴另一端安装有轴承，轴承外圈与固定臂杆的轴套配合，设置有的调整盖用于压紧轴承侧隙，形成RV减速器交叉滚子轴承与外部球轴承三角支承方式，回转臂杆安装在输出轴上，工作时，所述回转臂杆及前端铅垂载荷产生的倾覆弯矩负载卸荷到固定臂杆的轴套面上。

进一步，所述竖臂部件其外形采用箱形柱结构构成。

本实用新型的有益效果为：本方案中的上述六轴切割机器人，其机器人臂杆与传统六关节机器人相比工作范围更大，能够在较小的占地面建造较大的工作空间，机器人臂杆能够绕工件全位置回转切割，全位置回转切割，对现有固定口全位置切割方式有颠覆性创新，用途广泛，具有很高的社会经济效益，在结构特征上，末端工具实现三维空间任意姿态可达。同时可以利用冗余臂杆(L形臂部件)绕工件避障回转；实现可以向下兼容各种规格的管道切割，实现设备的通用性。同时，可实现圆管的正交、斜交、偏交等各种相贯线切孔，球面切孔，管端无坡口相贯线切断等各种应用，以及板材坡口、下料等应用操作；末端关节轴姿态角直观性强，方便操作，有较强的适用性，这是现有工业机器人无法做到的；

从机器人空间机构学研究的角度分析，当末端工具无需绕自身回转时(直柄工具)，可以将末端工具垂直于腕轴安装，形成一个虚拟的空间轴。因此，该六轴全位置切割工业机器人在实现空间任意位置、姿态可达，加工任意姿态的曲线坡口加工的同时，始终存在一个冗余运动关节。该冗余关节独立规划运动，用于L形臂部件的空间避让设计。实现各种臂杆绕工件回转的全位置切割加工。考虑到现有金属轧制型材截面大都在600mm矩形面以内，因此，本发明机器人产品可以说基本覆盖了型材的规格范围。同时，可实现圆管的正交、斜交、偏交等各种相贯线切孔，球面切孔，管端无坡口相贯线切断等各种应用，以及板材坡口、下料等应用操作；

实现了机器人构造的空间结构优化，在机器人位置可达性方面，机器人应用空间大，且臂杆姿态不随空间位置的变化影响机器人应用空间效用；在机器人腕部工具姿态可达性方面，末端工具实现三维空间任意姿态可达，无姿态应用死角；在机器人应用方面，发现了机器人运动特征中的冗余特性，增加了机器人臂杆的避障运动的功能特性，并作为独立轴单独规划臂杆姿态，实现臂杆绕工件回转的全位置切割应用。在机器人运动学和动力学算法优化和应用功能优化方面也有明显的方法优势。从而得以实现本发明申请机器人产品结构优势特征；

此外本方案还解决了水平臂杆回转轴副铅垂载荷产生的倾覆弯矩卸荷的问题，通过RV减速器的输出法兰上安装的输出轴另一端安装轴承，形成RV减速器交叉滚子轴承与外部球轴承三角支承方式，回转臂杆及前端铅垂载荷产生的倾覆弯矩负载卸荷到固定臂杆的轴套面上，从而实现机器人臂杆的大尺寸、高精度、高刚性水平回转轴副运动。进而通过竖臂部件采用箱形柱结构，用以保证业机器人的系统刚性。滚珠丝杠结合直线导轨的方式，实现竖直方向移动轴副高刚性、高精度、大尺寸传动问题。机器人构造上改善布局关节方式，方便实现封闭环形焊缝有连续切割应用，从而得以实现本发明申请机器人产品结构优势特征。

附图说明

图1为本实用新型中六轴全位置切割机器人的立体结构示意图。

图2为本实用新型中六轴全位置切割机器人剖面结构示意图。

图3为本实用新型中六轴全位置切割工业机器人水平回转轴副通用结构示意图。

图中：

1-底座部件，2-竖臂部件，3-滑座部件，4-水平臂一部件，5-水平臂二部件，6-L型臂部件，7-下横臂部件，8-末端工具，101-机器人控制器，201-轴承托座，202-滚珠丝杠，203-升降螺母座，204-螺母，205-直线导轨，206-滑块，207-轴承座组件，208-伺服电机，301-伺服电机，302-RV减速器，303-传动轴，304-轴承部件，401-伺服电机，402-传动轴，403-RV减速器，404-轴承部件，501-RV减速器，502-伺服电机，503-传动轴，504-轴承部件，601-传动组件，602-伞齿轮一组件，603-伞齿轮组件二，604-水平回转轴组件，701-传动组件，702-伞齿轮一组件，703-伞齿轮组件二，704-腕轴组件，A01-伺服电机,A02-RV减速器,A03-固定臂杆,A04-输出轴,A05-轴承,A06-调整盖,A07-回转臂杆。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

本实施例是针对现有的传统机器人切割方式，需要工件夹持回转，与机器人协同完成切割作业，不仅造成设备制造成本的增加，生产工效也受到很大的制约的问题，进而提出的一种六轴全位置切割机器人，该六轴全位置切割机器人其能够实现金属型材时机器人末端割矩位置、姿态和空间可达性的同时，机器人臂杆能够绕工件回转，避开运动干涉，实现全位置切割；能够实现常规型材工件(包括矩形管、圆管、H型钢、槽钢、角钢、异型钢等)的切断、切孔、端头异形切割，同时也板边坡口加工、异形工件下料等应用，理论上可实现所有姿态的曲线面回转切割；精度和稳定性高，臂杆工作范围大；此外在应用特征有上，末端关节轴姿态角直观性强，方便操作，有较强的适用性，也可实现一般工业机器人应用。

如图1所示，本实施例中的六轴全位置切割机器人其包括有底座部件1、机器人控制器101、竖臂部件2、滑座部件3、水平臂一部件4、水平臂二部件5、L型臂部件6、下横臂部件7、腕轴组件以及末端工具8，机器人控制器101和竖臂部件2固定安装在底座部件1上，滑座部件3竖直安装在竖臂部件2侧面上并与其构成竖直方向的滑动连接，形成竖直方向移动副；水平臂一部件4水平安装在滑座部件3上并与其构成水平方向的转动连接，形成第一级水平回转副；水平臂二部件5水平安装在水平臂一部件4上并与其构成水平方向的转动连接，形成第二级水平回转副；L型臂部件6竖直安装在水平臂二部件5一端上并与其构成水平方向的转动连接，形成第三级水平回转副，其中L型臂部件6为呈倒置的L型竖直安装在水平臂二部件5上；下横臂部件7水平安装在L型臂部件6底端上并与其构成竖直方向的转动连接，形成铅垂回转轴副；腕轴组件安装在下横臂部件7前端上，末端工具8安装在腕轴组件上，其中第三级水平回转副、腕轴组件与铅垂回转轴副三条轴线垂直正交且轴线汇交于一点，末端工具8的工具轴线与腕轴组件垂直安装。在实际结构中，机器人伺服电机的线缆通过各机构部件内部型腔连接到机器人控制器101上。

结合参照附图2所示，本实施例中的竖臂部件2包括有伺服电机208、轴承座组件207、滚珠丝杠202以及两组直线导轨205，伺服电机208、轴承座组件207以及滚珠丝杠202安装在竖臂部件2内腔中，其中滚珠丝杠202的上端与伺服电机208固定相连，轴承座组件207安装在滚珠丝杠202上端与伺服电机208的连接面上，滚珠丝杠202其下端通过设置有的轴承托座201安装在竖臂部件2底端面上，两组直线导轨205通过设置有的滑块206以及滚珠丝杠202通过设置有的升降螺母座203和螺母204形成竖臂部件2与滑座部件3之间的竖直移动副。本结构中，机器人伺服电机电缆可以通过穿过螺母座至竖臂部件2中。为了进一步保证整个机器人系统的刚性，本实施例中的上述竖臂部件2外形可采用箱形柱结构构成。

滑座部件3包括有RV减速器302、伺服电机301、传动轴303以及轴承部件304，RV减速器302固定安装在滑座部件3内，伺服电机301安装在RV减速器302的输入端上，传动轴303固定安装在RV减速器302的输出端上，传动轴303通过轴承部件304与水平臂一部件4水平转动相连。传动轴303可以采用空心轴结构，因此机器人伺服电机线缆可以穿过空心传动轴至滑座部件3中。

水平臂一部件4包括有RV减速器403、伺服电机401、传动轴402以及轴承部件404，伺服电机401安装在RV减速器403的输入端上，传动轴402固定安装在RV减速器403的输出端上，传动轴402通过轴承部件404与水平臂二部件5水平转动相连。传动轴402可以采用空心轴结构，因此机器人伺服电机线缆可以穿过空心传动轴至水平臂第一部件4中。

水平臂二部件5包括有RV减速器501、伺服电机502、传动轴503以及轴承部件504，伺服电机502安装在RV减速器501的输入端上，传动轴503固定安装在RV减速器501的输出端上，传动轴503通过轴承部件504与L型臂部件6水平转动相连。在该结构中，传动轴503可以采用空心轴结构，因此机器人伺服电机线缆可以穿过空心传动轴至水平臂第二部件中。

由支座、伺服电机、谐波减速器、联轴器组成的传动组件601安装在L型臂部件6下部的连接面上，传动组件601输出端安装伞齿轮一组件602，伞齿轮一组件602与伞齿轮组件二603正交啮合，伞齿轮组件二603安装在水平回转轴组件604上并与水平回转轴组件604构成铅垂回转轴副；下横臂部件7安装在水平回转轴组件604前端，由伺服电机、谐波减速器组成的传动组件701安装在下横臂部件7对应的连接面上，传动组件701输出端安装伞齿轮一组件702，与伞齿轮组件二703正交啮合，伞齿轮组件二703安装在腕轴组件704上，腕轴组件704安装在下横臂部件7前端，用于连接外部切割工具。机器人伺服电机线缆可以穿过水平回转轴组件至竖直臂部件。腕轴组件构成的回转轴副与上一级铅垂回转轴副正交，外部切割工具垂直于腕轴安装，工具末端点与铅垂回转轴副同轴。

结合参照附图3所示，第一级水平回转副、第二级水平回转副以及第三级水平回转副的水平回转轴副通用性结构为，伺服电机A01安装在RV减速器A02上，RV减速器A02与设有的固定臂杆A03的轴套部分的法兰面固定连接，输出轴A04联接在RV减速器A02的输出法兰上，输出轴A04另一端安装有轴承A05，轴承A05外圈与固定臂杆A03的轴套配合，设置有的调整盖A06用于压紧轴承侧隙，形成RV减速器交叉滚子轴承与外部球轴承三角支承方式，回转臂杆A07安装在输出轴上，工作时，回转臂杆A07及前端铅垂载荷产生的倾覆弯矩负载卸荷到固定臂杆的轴套面上。输出轴上采用中空形式，方便机器人伺服电机线缆通过、固定并实现关节线缆缠绕。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种六轴全位置切割机器人，其特征在于：包括有底座部件、机器人控制器、竖臂部件、滑座部件、水平臂一部件、水平臂二部件、L型臂部件、下横臂部件、腕轴组件以及末端工具，所述机器人控制器和竖臂部件固定安装在所述底座部件上，所述滑座部件竖直安装在所述竖臂部件侧面上并与其构成竖直方向的滑动连接，形成竖直方向移动副；所述水平臂一部件水平安装在所述滑座部件上并与其构成水平方向的转动连接，形成第一级水平回转副；所述水平臂二部件水平安装在所述水平臂一部件上并与其构成水平方向的转动连接，形成第二级水平回转副；所述L型臂部件竖直安装在水平臂二部件一端上并与其构成水平方向的转动连接，形成第三级水平回转副，其中所述L型臂部件为呈倒置的L型竖直安装在所述水平臂二部件上；所述下横臂部件水平安装在所述L型臂部件底端上并与其构成竖直方向的转动连接，形成铅垂回转轴副；所述腕轴组件安装在所述下横臂部件前端上，所述末端工具安装在所述腕轴组件上，其中所述第三级水平回转副、腕轴组件与所述铅垂回转轴副三条轴线垂直正交且轴线汇交于一点，所述末端工具的工具轴线与腕轴组件垂直安装。

2.根据权利要求1所述的一种六轴全位置切割机器人，其特征在于：所述竖臂部件包括有伺服电机、轴承座组件、滚珠丝杠以及两组直线导轨，所述伺服电机、轴承组组件以及滚珠丝杠安装在所述竖臂部件内腔中，其中所述滚珠丝杠的上端与所述伺服电机固定相连，所述轴承座组件安装在所述滚珠丝杠上端与伺服电机的连接面上，所述滚珠丝杠其下端通过设置有的轴承托座安装在竖臂部件底端面上，两组所述直线导轨通过设置有的滑块以及所述滚珠丝杠通过设置有的升降螺母座和螺母形成所述竖臂部件与滑座部件之间的竖直移动副。

3.根据权利要求1所述的一种六轴全位置切割机器人，其特征在于：所述滑座部件包括有RV减速器、伺服电机、传动轴以及轴承部件，所述RV减速器固定安装在所述滑座部件内，所述伺服电机安装在所述RV减速器的输入端上，所述传动轴固定安装在所述RV减速器的输出端上，所述传动轴通过所述轴承部件与所述水平臂一部件水平转动相连。

4.根据权利要求1所述的一种六轴全位置切割机器人，其特征在于：所述水平臂一部件包括有RV减速器、伺服电机、传动轴以及轴承部件，所述RV减速器固定安装在所述滑座部件内，所述伺服电机安装在所述RV减速器的输入端上，所述传动轴固定安装在所述RV减速器的输出端上，所述传动轴通过所述轴承部件与所述水平臂二部件水平转动相连。

5.根据权利要求1所述的一种六轴全位置切割机器人，其特征在于：所述水平臂二部件包括有RV减速器、伺服电机、传动轴以及轴承部件，所述RV减速器固定安装在所述滑座部件内，所述伺服电机安装在所述RV减速器的输入端上，所述传动轴固定安装在所述RV减速器的输出端上，所述传动轴通过所述轴承部件与所述L型臂部件水平转动相连。

6.根据权利要求1所述的一种六轴全位置切割机器人，其特征在于：由支座、伺服电机、谐波减速器、联轴器组成的传动组件安装在L型臂部件下部的连接面上，传动组件输出端安装伞齿轮一组件，所述伞齿轮一组件与伞齿轮组件二正交啮合，伞齿轮组件二安装在水平回转轴组件上并与水平回转轴组件构成铅垂回转轴副；下横臂部件安装在水平回转轴组件前端，由伺服电机、谐波减速器组成的传动组件安装在下横臂部件对应的连接面上，传动组件输出端安装伞齿轮一组件，与伞齿轮组件二正交啮合，伞齿轮组件二安装在腕轴组件上，腕轴组件安装在下横臂部件前端，用于连接外部切割工具。

7.根据权利要求3至5任一所述的一种六轴全位置切割机器人，其特征在于：所述传动轴为空心轴结构，其中所述机器人伺服电机线缆可以穿过所述传动轴进行走线安装。

8.根据权利要求1所述的一种六轴全位置切割机器人，其特征在于：所述第一级水平回转副、第二级水平回转副以及第三级水平回转副的水平回转轴副通用性结构为，伺服电机安装在RV减速器上，RV减速器与设有的固定臂杆的轴套部分的法兰面固定连接，输出轴连接在RV减速器的输出法兰上，输出轴另一端安装有轴承，轴承外圈与固定臂杆的轴套配合，设置有的调整盖用于压紧轴承侧隙，形成RV减速器交叉滚子轴承与外部球轴承三角支承方式，回转臂杆安装在输出轴上，工作时，所述回转臂杆及前端铅垂载荷产生的倾覆弯矩负载卸荷到固定臂杆的轴套面上。

9.根据权利要求2所述的一种六轴全位置切割机器人，其特征在于：所述竖臂部件其外形采用箱形柱结构构成。