CN210878802U - 一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统涉及一种用于机床加工领域的物料转运系统。其目的是为了提供一种结构紧凑、重复定位精度和生产效率高、生产成本低的基于六自由度机器人的机床物料转运系统。本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统包括六自由度机器人本体、程序编辑器和机器人控制柜，六自由度机器人本体包括相邻两个结构间依次通过旋转关节连接的基座、腰关节、大臂、小臂、手腕和末端抓手，腰关节、大臂、小臂后端、小臂前端和手腕上均设置有驱动装置和传动装置；所述程序编辑器用于对机器人的运动轨迹进行调试；所述机器人控制柜用于实现对六自由度机器人本体中各关节安装的驱动装置的精准控制。

Description

一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统

技术领域

本实用新型涉及物料转运技术领域，特别是涉及一种基于六自由度机器人的物料转运系统。

背景技术

金属成型机床和精雕机的工作环境常常伴有噪音、粉尘等有害因素，对机床操作者的健康和安全产生一定不利影响。不良的生产环境和重复枯燥的工作内容，会变相的增加人力成本。另外，当进行批量加工生产时，对上、下料的速度和精度要求较高，若采用传统的人工或四自由度机器人的上下料方式，很难保证生产速度和抓放件精度，生产成本也将相应提高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、重复定位精度和生产效率高、生产成本低的基于六自由度机器人的机床物料转运系统。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，包括六自由度机器人本体、程序编辑器和机器人控制柜，

所述六自由度机器人本体用于进行转运操作，六自由度机器人本体包括相邻两个结构间依次通过旋转关节连接的基座、腰关节、大臂、小臂、手腕和末端抓手，所述小臂的前端和后端各设置有一个旋转关节，小臂后端的旋转关节与大臂相连，小臂前端的旋转关节与手腕相连，腰关节、大臂、小臂后端、小臂前端和手腕上均设置有驱动装置和传动装置，所述驱动装置驱动传动装置运动，所述传动装置用于将动力传递到各旋转关节结构；

所述程序编辑器用于对机器人的运动轨迹进行调试；

所述机器人控制柜用于实现对六自由度机器人本体中各关节安装的驱动装置的精准控制。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其中所述驱动装置采用伺服电机。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其中所述传动装置采用谐波减速器。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其中所述手腕处的驱动装置安装在小臂前端的内部，通过同步带和锥齿轮传递动力。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其中所述末端抓手包括夹指气缸和夹指，所述夹指根据工件的外形进行仿形设计。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其中所述夹指气缸上安装有磁性开关。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其中所述六自由度机器人本体的内部设置有电磁阀和气路，所述气路的一端与夹指气缸连接，用于对夹指气缸供气。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其中所述六自由度机器人本体内每个旋转关节上均设置有机械限位结构。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其中所述基座上加工有安装孔，所述安装孔用于将基座与地基固定，基座上还加工有销孔，销孔内安装有定位销，定位销安装在固定基座的地基上。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其中安装在各旋转关节结构中的谐波减速器通过连杆连接到相应的旋转关节上，带动旋转关节转动。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统与现有技术不同之处在于，本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统通过对六个转动关节及末端抓手夹爪的控制，实现对机床工件的自动化上、下料。相比传统的人工上料，具有速度快、位置精准、抗干扰能力强等特点，提高了生产效率，同时降低了生产的人力成本。相比传统的四自由度机器人，本系统的六自由度的转运系统能够实现对不同位姿工件的抓取，并能以不同位姿放置工件，很大程度扩大了应用范围。

下面结合附图对本实用新型的一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统的结构示意图；

图2为本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统中各旋转关节的旋转方向示意图；

图3为本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统的剖视图；

图4为本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统中手腕部分传动机构的结构示意图；

图中标记示意为：1-基座；2-腰关节；3-大臂；4-小臂后端；5-小臂前端；6-手腕；7-末端抓手；8-工件；11、12、13、14、15、16-伺服电机；21-从动同步带轮；22-主动锥齿轮；23-从动锥齿轮；24-减速器；25-输出法兰。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统包括六自由度机器人本体、程序编辑器和机器人控制柜。六自由度机器人本体用于进行转运操作；程序编辑器用于对机器人的运动轨迹进行调试，通过按钮可以便捷的控制六自由度机器人在关节空间和笛卡尔空间的运动；机器人控制柜中安装伺服驱动器等电气原件，实现对六自由度机器人本体中各关节安装的伺服电机的精准控制，机器人控制柜中还集成有IO控制板，实现与六自由度机器人本体之间的数字量或模拟量的信号交互。

六自由度机器人本体包括相邻两个结构间依次通过旋转关节连接的基座1、腰关节2、大臂3、小臂、手腕6和末端抓手7。其中小臂的前端和后端各设置有一个旋转关节，小臂后端4的旋转关节与大臂3相连，小臂前端5的旋转关节与手腕6相连。

基座1作为六自由度机器人本体的基础，在基座1上加工有安装孔，通过安装孔，将基座1固定在机床内部或其他可以固定的地基上。基座1上加工有销孔，销孔内安装有定位销，定位销安装在固定基座1的地基上，确保机器人拆装后位置的唯一性。

腰关节2、大臂3、小臂后端4、小臂前端5上均设置有驱动装置和传动装置。驱动装置驱动传动装置运动，传动装置将动力传递到各旋转关节结构，用于实现各旋转关节结构绕其旋转关节的轴线进行旋转的动作。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统具有六个可以运动的关节。如图2中A1-A6位置表示，A1处为实现整体旋转；A2处为实现大臂3俯仰；A3处为实现小臂俯仰；A4处为实现手腕6旋转；A5处为实现手腕6摆动；A6处为实现手腕6旋转。

驱动装置采用伺服电机，如图3中序号11，12，13，14，15，16处位置所示，为了实现更精确的控制，本实施例中伺服电机为17位绝对值编码器伺服电机。传动装置采用谐波减速器，谐波减速器可以有效降低整体结构的体积和重量，提高传动精度。各旋转关节结构中的谐波减速器通过连杆连接到旋转关节上，带动旋转关节转动。经过上述传动过程，末端抓手7上工件8的重复定位精度高达0.02mm，满足金属成型机床和精雕机的工件8上下料要求。

手腕6分别与小臂前端5和末端抓手7通过旋转关节连接，手腕6处设置有这两个旋转关节的传动装置，其驱动装置安装在小臂前端5的内部，通过同步带和锥齿轮进行传动力，实现手腕6处两个旋转关节的旋转，这样可以使手腕6结构更加紧凑并且确保传动精度。手腕6采用模块化组件结构，可以独立于其他单元单独进行组装，便于安装和维护。

如图4所示，手腕6的模块化组件结构具体包括从动同步带轮21、主动锥齿轮22、从动锥齿轮23、减速器24和输出法兰25，其中从动同步带轮21的动力由与驱动装置连接的主动同步带轮提供。从动同步带轮21与主动锥齿轮22直连，从动锥齿轮23与减速器24输入轴直连，通过同步带加锥齿轮加减速器组成的三级传动驱动末端输出法兰25旋转。

末端抓手7包括夹指气缸和夹指，夹指根据工件8的外形进行仿形设计，抓取定位精度高。夹指气缸上安装有磁性开关，用以判断夹指张开或合拢的到位信号。六自由度机器人本体的内部设置有电磁阀和气路，气路一端与夹指气缸连接，对夹指气缸进行供气。电磁阀和气路设置在六自由度机器人本体的内部可以简化外围设备，减少外部管线。

六自由度机器人本体内每个旋转关节上均设置有机械限位结构，防止各连杆运动超程发生碰撞。为应对外部喷淋湿润环境，在转动关节处装有油封，连杆侧盖与连杆本体之间涂有密封胶，有效防止水等其他外部液体流入六自由度机器人本体内部。

为了满足机加工领域零件上下料的转运需求，六自由度机器人本体可以通过增加大臂3和小臂连杆的长度，增大工作半径。

程序编辑器和机器人控制柜均有现有产品，通过程序编辑器对机器人的运动轨迹进行调试。通过按钮可以便捷的控制六自由度机器人在关节空间和笛卡尔空间的运动。

机器人控制柜中安装伺服驱动器等电气原件，实现对各关节伺服电机的精准控制；机器人控制柜中集成了IO控制板，可以实现与机床或精雕机之间的数字量或模拟量的信号交互。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统的工作原理为：通过机床的控制器和伺服电机驱动器控制机器人各关节的伺服电机驱动各连杆运动，从而实现对末端工具运动轨迹和姿态的控制。六自由度机器人控制系统接收到来自机床控制器发出的运动开始信号后，驱动六自由度机器人本体运动到工件料仓附近，通过电磁阀控制抓手气缸夹指合拢以抓取目标工件。夹指气缸合拢到位后，机器人各关节按设定好的轨迹程序将工件转运到机床或精雕机的加工位。运动到位后，末端夹指打开，将工件放置到机床上的工件加工位。机器人撤离至安全区后准备进行下一次抓取。机床或精雕机的控制系统接收到工件放置到位和机器人已撤离的信号后，开始对工件进行加工。加工完成后，机床控制系统将完成信号传输给机器人，机器人运动至取件位，夹爪合拢抓取工件8，抓取完成后机器人本体带动夹爪移动至下料位放下工件，工件出料。

本实用新型一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统通过对六个转动关节及末端抓手夹爪的控制，实现对机床工件的自动化上、下料。相比传统的人工上料，具有速度快、位置精准、抗干扰能力强等特点，提高了生产效率，同时降低了生产的人力成本。相比传统的四自由度机器人，本系统的六自由度的转运系统能够实现对不同位姿工件的抓取，并能以不同位姿放置工件，很大程度扩大了应用范围。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其特征在于：包括六自由度机器人本体、程序编辑器和机器人控制柜，

所述六自由度机器人本体用于进行转运操作，六自由度机器人本体包括相邻两个结构间依次通过旋转关节连接的基座、腰关节、大臂、小臂、手腕和末端抓手，所述小臂的前端和后端各设置有一个旋转关节，小臂后端的旋转关节与大臂相连，小臂前端的旋转关节与手腕相连，腰关节、大臂、小臂后端、小臂前端和手腕上均设置有驱动装置和传动装置，所述驱动装置驱动传动装置运动，所述传动装置用于将动力传递到各旋转关节结构；

所述程序编辑器用于对机器人的运动轨迹进行调试；

所述机器人控制柜用于实现对六自由度机器人本体中各关节安装的驱动装置的精准控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其特征在于：所述驱动装置采用伺服电机。

3.根据权利要求1所述的一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其特征在于：所述传动装置采用谐波减速器。

4.根据权利要求1所述的一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其特征在于：所述手腕处的驱动装置安装在小臂前端的内部，通过同步带和锥齿轮传递动力。

5.根据权利要求1所述的一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其特征在于：所述末端抓手包括夹指气缸和夹指，所述夹指根据工件的外形进行仿形设计。

6.根据权利要求5所述的一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其特征在于：所述夹指气缸上安装有磁性开关。

7.根据权利要求1所述的一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其特征在于：所述六自由度机器人本体的内部设置有电磁阀和气路，所述气路的一端与夹指气缸连接，用于对夹指气缸供气。

8.根据权利要求1所述的一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其特征在于：所述六自由度机器人本体内每个旋转关节上均设置有机械限位结构。

9.根据权利要求1所述的一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其特征在于：所述基座上加工有安装孔，所述安装孔用于将基座与地基固定，基座上还加工有销孔，销孔内安装有定位销，定位销安装在固定基座的地基上。

10.根据权利要求1所述的一种基于六自由度机器人的机床物料转运系统，其特征在于：安装在各旋转关节结构中的谐波减速器通过连杆连接到相应的旋转关节上，带动旋转关节转动。

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