CN215093568U - 基于单柔性轨道的自动工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的是机械加工设备领域的一种基于单柔性轨道的自动工业机器人，包括柔性轨道、可沿柔性轨道运行的X轴模块、位于X轴模块上的Y轴模块以及安装在Y轴模块上的执行器模块，所述Y轴模块的左右两侧超出柔性轨道，并在左右两侧分别设有固定支撑轮和浮动支撑轮，所述固定支撑轮与Y轴模块固定连接，浮动支撑轮通过伸缩机构与Y轴模块连接，所述伸缩机构上配有自动锁紧机构。利用固定支撑轮进行刚性支撑，配合浮动支撑轮的浮动支撑，可适应运行过程中的曲面变化，保证设备平稳运行，同时在执行加工的时候可对浮动支撑进行锁紧，变为刚性支撑，保证加工过程中的力矩平衡，从而实现了在单轨运行方式下工业机器人运行和工作的稳定性。

Description

基于单柔性轨道的自动工业机器人

技术领域

本实用新型涉及机械加工设备领域，尤其涉及一种基于单柔性轨道的自动工业机器人。

背景技术

在飞机、船舶等大尺寸产品的装配过程中，经常需要利用工业机器人进行自动化制孔、焊接等操作。具体方式主要是通过在机身表面先铺上一条或多条柔性轨道，然后将工业机器人安放到柔性轨道上，使工业机器人沿着柔性轨道运动，并完成相应的制孔或焊接操作。

由于一般的工业机器人体积较大，重量较重，为保证其运行和工作的平稳，大多采用双轨或是三轨的结构形式，目的是通过多条轨道提高工业机器人与待加工设备之间的接触面积，从而实现力矩平衡，达到提高设备运行稳定的目的。但对于飞机等曲面较多的产品，设置多条轨道一方面成本较高，另一方面无法保证各条轨道的平行，导致工业机器人运行过程中起伏不定，无法满足后续执行加工的精度要求。

实用新型内容

为克服现有工业机器人在运行和工作的平稳性上存在的上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种更加稳定可靠的基于单柔性轨道的自动工业机器人。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于单柔性轨道的自动工业机器人，包括柔性轨道、可沿柔性轨道运行的X轴模块、位于X轴模块上的Y轴模块以及安装在Y轴模块上的执行器模块，所述Y轴模块的左右两侧超出柔性轨道，并在左右两侧分别设有固定支撑轮和浮动支撑轮，所述固定支撑轮与Y轴模块固定连接，浮动支撑轮通过伸缩机构与Y轴模块连接，所述伸缩机构上配有自动锁紧机构。

进一步的是，所述固定支撑轮的高度与柔性轨道和X轴模块的高度相匹配，当Y轴模块通过X轴模块安放到柔性轨道上时，固定支撑轮的底部与柔性轨道的底部平齐。

进一步的是，所述固定支撑轮通过可调液压升降杆与Y轴模块相连。

进一步的是，所述用于连接浮动支撑轮与Y轴模块的伸缩机构为浮动的液压缸、气压缸或弹簧伸缩杆，其本体与Y轴模块固定连接，伸缩杆与浮动支撑轮相连，所述自动锁紧机构为将伸缩杆夹紧固定在Y轴模块上的电动夹紧装置。

进一步的是，所述用于连接浮动支撑轮与Y轴模块的伸缩机构为浮动的电动液压缸或电动气压缸，所述自动锁紧机构为电动液压缸或电动气压缸自带的电磁阀锁。

进一步的是，所述Y轴模块上设有A轴模块，Y轴模块的正面设有水平方向的Y轴滑轨， A轴模块通过Y轴滑块与Y轴滑轨滑动连接，所述Y轴模块上设有Y轴电机和Y轴丝杆螺母机构来带动A轴模块沿Y轴滑轨滑动。

进一步的是，所述A轴模块包括固定板和转动板，固定板的背面与Y轴滑块相连，正面上方设有A轴弧形轨道，下方设有A轴电机和A轴驱动齿轮，所述转动板上设有A轴滑块和A轴弧形齿轨，A轴滑块与A轴弧形轨道滑动连接，A轴弧形齿轨与A轴驱动齿轮相配合。

进一步的是，所述执行器模块包括B轴模块和制孔模块，所述B轴模块包括固定架和安装架，固定架安装在A轴模块的转动板上，在固定架的侧面上方设有B轴弧形轨道，下方设有B轴电机和B轴驱动齿轮，所述安装架上设有B轴滑块和B轴弧形齿轨，B轴滑块与B 轴弧形轨道滑动连接，B轴弧形齿轨与B轴驱动齿轮相配合，所述制孔模块安装在安装架上。

进一步的是，所述安装架上沿竖直方向设有Z轴滑轨、Z轴电机和Z轴丝杆螺母机构来带动制孔模块沿Z轴滑轨上下移动，所述制孔模块从上往下依次设有主轴电机，制孔主轴，压力角法相传感器和视觉相机。

进一步的是，所述Y轴模块与X轴模块之间以及Y轴模块与执行器模块之间均通过凸轮定位插销进行连接，Y轴模块与执行器模块之间还通过集成化快插接口对电路和气路进行连接。

本实用新型的有益效果是：通过在工业机器人的左右两侧分别设置固定支撑轮和浮动支撑轮，利用固定支撑轮进行刚性支撑，配合浮动支撑轮的浮动支撑，可适应运行过程中的曲面变化，保证设备平稳运行，同时在执行加工的时候可对浮动支撑进行锁紧，变为刚性支撑，保证加工过程中的力矩平衡，从而实现了在单轨运行方式下工业机器人运行和工作的稳定性，降低了成本以及铺设柔性轨道的难度，提高了整体设备的灵活性和普适性。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型Y轴模块结构示意图。

图3是本实用新型执行器模块结构示意图。

图中标记为，1-柔性轨道，2-X轴模块，3-Y轴模块，4-执行器模块，5-A轴模块， 6-B轴模块，7-Z轴模块，31-固定支撑轮，32-浮动支撑轮，33-Y轴滑轨，34-Y轴电机， 35-Y轴丝杆螺母机构，51-Y轴滑块，52-固定板，53-转动板，54-A轴弧形轨道，55-A 轴电机，56-A轴驱动齿轮，57-A轴滑块，58-A轴弧形齿轨，61-固定架，62-安装架，63- B轴弧形轨道，64-B轴电机，65-B轴驱动齿轮，66-B轴滑块，67-B轴弧形齿轨，71-Z轴滑轨，72-Z轴电机，73-Z轴丝杆螺母机构，74-主轴电机，75-制孔主轴，76-压力角法相传感器，77-视觉相机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。首先申明的是，本申请中所说的方位，比如正面、侧面的定位基准是以自动工业机器人面向其沿柔性轨道向前运行的方向作为正面，所有模块的定位都以次为基准。

如图1-3所示，本实用新型的基于单柔性轨道的自动工业机器人，包括柔性轨道1、可沿柔性轨道1运行的X轴模块2、位于X轴模块2上的Y轴模块3以及安装在Y轴模块3上的执行器模块4，所述Y轴模块3的左右两侧超出柔性轨道1，并在左右两侧分别设有固定支撑轮31和浮动支撑轮32，所述固定支撑轮31与Y轴模块3固定连接，浮动支撑轮32通过伸缩机构与Y轴模块3连接，所述伸缩机构上配有自动锁紧机构。

安装后整个工业机器人的重心位于柔性轨道1上，两侧的固定支撑轮31和浮动支撑轮 32均为辅助支撑作用，其中固定支撑轮31与待加工产品表面接触，对工业机器人进行刚性支撑，浮动支撑轮32在工业机器人运行过程中并不起支撑作用，只是在伸缩机构的作用下始终与待加工产品表面接触，因此可适应运行过程中的曲面变化，保证设备平稳运行。当需要执行器模块4进行钻孔等操作时，则通过自动锁紧机构对浮动支撑轮32进行固定，使其在与待加工产品表面接触的同时变为刚性支撑，从而增加整个设备的固定基础，增加扭转刚性，抵消由于制孔等产生的反作用力，减少制孔末端因反作用力导致偏转从而影响制法向孔垂直度的可能。因此，相比现有的双轨工业机器人，本申请实现了在单轨运行方式下工业机器人运行和工作的稳定性，降低了成本以及铺设柔性轨道的难度，提高了整体设备的灵活性和普适性。

由于采用的单轨形式，导致执行器模块4为偏置式结构，即执行器模块4的加工位置位于柔性轨道1的一侧，因此，为了保证运行和加工过程中的稳定支撑，最好将固定支撑轮31 设置在与执行器模块4加工位置相同的一侧，浮动支撑轮32设置在轨道另一侧，便于提供反向支撑。

在设置固定支撑轮31时，一般情况由于固定支撑轮31距离柔性轨道1较近，可忽略曲面变化，因此所述固定支撑轮31的高度可设置为与柔性轨道1和X轴模块2的高度相匹配，即当Y轴模块3通过X轴模块2安放到柔性轨道1上时，固定支撑轮31的底部与柔性轨道 1的底部平齐。在某些特殊情况下，也可能导致固定支撑轮31与待加工产品表面之间出现高度差，所以可将所述固定支撑轮31通过可调液压升降杆与Y轴模块3相连，所述可调液压升降杆3与千斤顶类似，可通过手动略微调节固定支撑轮31的高度。

对于用于连接浮动支撑轮32与Y轴模块3的伸缩机构，本申请提供了两种方案。

第一种方案是，所述伸缩机构为浮动的液压缸、气压缸或弹簧伸缩杆，其本体与Y轴模块3固定连接，伸缩杆与浮动支撑轮32相连，所述自动锁紧机构为将伸缩杆夹紧固定在Y 轴模块3上的电动夹紧装置。在运行过程中，浮动支撑轮32可在气压、液压或弹力的作用下始终保持与待加工产品表面接触，当需要固定时则通过电动夹紧装置对伸缩杆进行夹紧固定，使其不能再上下移动，从而实现锁紧功能。所述电动夹紧装置可采用类似电磁制动器的结构形式。

第二种方案是，所述伸缩机构为浮动的电动液压缸或电动气压缸，所述自动锁紧机构为电动液压缸或电动气压缸自带的电磁阀锁。该结构形式更为简单，同样在运行过程中利用液压或气压使浮动支撑轮32与待加工产品表面接触，当需要锁紧时则通过电磁阀来控制油路或气路，对伸缩杆的位置进行固定。

现有用于柔性轨道的工业机器人除了在运行和工作时存在不稳定性的缺陷外，在加工自由度上也存在一定不足。目前主要采用的是双轨工业机器人，只能实现X轴和A轴运动，即沿柔性轨道运行以及绕柔X轴转动。本申请采用的是单轨结构，可实现五轴运动，具体为：

X轴运动，即沿柔性轨道1运动，实现结构为：X轴模块2包括滚轮组件和驱动组件，滚轮组件通过多个滚轮卡在柔性轨道的两侧，驱动组件包括两套电机和驱动齿轮，驱动齿轮与柔性轨道上的齿轨相配合实现驱动，采用两套电机可消除反向间隙，提高运行精度。

Y轴运动，即沿垂直于柔性轨道1轴线方向的运动，实现结构为：所述Y轴模块3上设有A轴模块5，Y轴模块3的正面设有水平方向的Y轴滑轨33，A轴模块5通过Y轴滑块 51与Y轴滑轨33滑动连接，所述Y轴模块3上设有Y轴电机34和Y轴丝杆螺母机构35 来带动A轴模块5沿Y轴滑轨33滑动。Y轴电机34最好配备光栅尺二级反馈用于提高运行精度。

A轴运动，即执行器模块4绕X轴转动，实现结构为：所述A轴模块5包括固定板52 和转动板53，固定板52的背面与Y轴滑块51相连，正面上方设有A轴弧形轨道54，下方设有A轴电机55和A轴驱动齿轮56，所述转动板53上设有A轴滑块57和A轴弧形齿轨 58，A轴滑块57与A轴弧形轨道54滑动连接，A轴弧形齿轨58与A轴驱动齿轮56相配合。所述A轴弧形轨道54与A轴弧形齿轨58的弧度相同，当A轴电机55通过A轴驱动齿轮56 带动A轴弧形齿轨58运行使，受A轴滑块57与A轴弧形轨道54的配合可使转动板53在一定范围内转动一定角度。A轴电机55最好也配备光栅尺二级反馈用于提高运行精度。

B轴运动，即执行器模块4绕Y轴转动，实现结构为：所述执行器模块4包括B轴模块6和制孔模块7，所述B轴模块6包括固定架61和安装架62，固定架61安装在A轴模块5 的转动板53上，在固定架61的侧面上方设有B轴弧形轨道63，下方设有B轴电机64和B 轴驱动齿轮65，所述安装架62上设有B轴滑块66和B轴弧形齿轨67，B轴滑块66与B轴弧形轨道63滑动连接，B轴弧形齿轨67与B轴驱动齿轮65相配合，所述制孔模块7安装在安装架62上。整体结构与A轴模块5类似，所述B轴弧形轨道63与B轴弧形齿轨67的弧度相同，当B轴电机64通过B轴驱动齿轮65带动B轴弧形齿轨67运行使，受B轴滑块66 与B轴弧形轨道63的配合可使安装架62在一定范围内转动一定角度。B轴电机64最好也配备光栅尺二级反馈用于提高运行精度。

Z轴运动，即执行器模块4沿垂直于待加工产品表面移动，实现结构为：所述安装架62 上沿竖直方向设有Z轴滑轨71、Z轴电机72和Z轴丝杆螺母机构73来带动制孔模块7沿Z轴滑轨71上下移动，所述制孔模块7从上往下依次设有主轴电机74，制孔主轴75，压力角法相传感器76和视觉相机77，其中主轴电机74用于驱动制孔主轴75制孔，压力角法相传感器76和视觉相机77通过将信息反馈给控制系统综合控制Z轴运动、A轴运动和B轴运动，保证制孔主轴垂直于待加工产品表面，同时利用双远心镜头同时实现找正和锪窝直径测量。同样，所述Z轴电机72也配有光栅尺二级反馈用于提高运行精度。

现有双轨工业机器人除运行自由度少以外，在使用的便利性上也存在诸多不足，主要是整体装置为一体式结构，体积较大，质量较重，安装和运输很不方便。因此为了做到模块化和轻量化，本申请将整个工业机器人结构分为独立的四部分，即柔性轨道1、X轴模块2、带有A轴模块5的Y轴模块3以及带有B轴模块6和Z轴模块7的执行器模块4，所述Y轴模块3与X轴模块2之间以及Y轴模块3与执行器模块4之间均通过凸轮定位插销进行快速连接，Y轴模块3与执行器模块4之间还通过集成化快插接口对电路和气路进行连接。三个模块的单重一般不超过20公斤，可单人搬运安装，使用方便快捷。

Claims (10)

1.基于单柔性轨道的自动工业机器人，其特征是：包括柔性轨道(1)、可沿柔性轨道(1)运行的X轴模块(2)、位于X轴模块(2)上的Y轴模块(3)以及安装在Y轴模块(3)上的执行器模块(4)，所述Y轴模块(3)的左右两侧超出柔性轨道(1)，并在左右两侧分别设有固定支撑轮(31)和浮动支撑轮(32)，所述固定支撑轮(31)与Y轴模块(3)固定连接，浮动支撑轮(32)通过伸缩机构与Y轴模块(3)连接，所述伸缩机构上配有自动锁紧机构。

2.如权利要求1所述的基于单柔性轨道的自动工业机器人，其特征是：所述固定支撑轮(31)的高度与柔性轨道(1)和X轴模块(2)的高度相匹配，当Y轴模块(3)通过X轴模块(2)安放到柔性轨道(1)上时，固定支撑轮(31)的底部与柔性轨道(1)的底部平齐。

3.如权利要求2所述的基于单柔性轨道的自动工业机器人，其特征是：所述固定支撑轮(31)通过可调液压升降杆与Y轴模块相连。

4.如权利要求1所述的基于单柔性轨道的自动工业机器人，其特征是：所述用于连接浮动支撑轮(32)与Y轴模块(3)的伸缩机构为浮动的液压缸、气压缸或弹簧伸缩杆，其本体与Y轴模块(3)固定连接，伸缩杆与浮动支撑轮(32)相连，所述自动锁紧机构为将伸缩杆夹紧固定在Y轴模块(3)上的电动夹紧装置。

5.如权利要求1所述的基于单柔性轨道的自动工业机器人，其特征是：所述用于连接浮动支撑轮(32)与Y轴模块(3)的伸缩机构为浮动的电动液压缸或电动气压缸，所述自动锁紧机构为电动液压缸或电动气压缸自带的电磁阀锁。

6.如权利要求1-5任意一项权利要求所述的基于单柔性轨道的自动工业机器人，其特征是：所述Y轴模块(3)上设有A轴模块(5)，Y轴模块(3)的正面设有水平方向的Y轴滑轨(33)，A轴模块(5)通过Y轴滑块(51)与Y轴滑轨(33)滑动连接，所述Y轴模块(3)上设有Y轴电机(34)和Y轴丝杆螺母机构(35)来带动A轴模块(5)沿Y轴滑轨(33)滑动。

7.如权利要求6所述的基于单柔性轨道的自动工业机器人，其特征是：所述A轴模块(5)包括固定板(52)和转动板(53)，固定板(52)的背面与Y轴滑块(51)相连，正面上方设有A轴弧形轨道(54)，下方设有A轴电机(55)和A轴驱动齿轮(56)，所述转动板(53)上设有A轴滑块(57)和A轴弧形齿轨(58)，A轴滑块(57)与A轴弧形轨道(54)滑动连接，A轴弧形齿轨(58)与A轴驱动齿轮(56)相配合。

8.如权利要求7所述的基于单柔性轨道的自动工业机器人，其特征是：所述执行器模块(4)包括B轴模块(6)和制孔模块(7)，所述B轴模块(6)包括固定架(61)和安装架(62)，固定架(61)安装在A轴模块(5)的转动板(53)上，在固定架(61)的侧面上方设有B轴弧形轨道(63)，下方设有B轴电机(64)和B轴驱动齿轮(65)，所述安装架(62)上设有B轴滑块(66)和B轴弧形齿轨(67)，B轴滑块(66)与B轴弧形轨道(63)滑动连接，B轴弧形齿轨(67)与B轴驱动齿轮(65)相配合，所述制孔模块(7)安装在安装架(62)上。

9.如权利要求8所述的基于单柔性轨道的自动工业机器人，其特征是：所述安装架(62)上沿竖直方向设有Z轴滑轨(71)、Z轴电机(72)和Z轴丝杆螺母机构(73)来带动制孔模块(7)沿Z轴滑轨(71)上下移动，所述制孔模块(7)从上往下依次设有主轴电机(74)，制孔主轴(75)，压力角法相传感器(76)和视觉相机(77)。

10.如权利要求7、8或9所述的基于单柔性轨道的自动工业机器人，其特征是：所述Y轴模块(3)与X轴模块(2)之间以及Y轴模块(3)与执行器模块(4)之间均通过凸轮定位插销进行连接，Y轴模块(3)与执行器模块(4)之间还通过集成化快插接口对电路和气路进行连接。

Images