CN215942330U

CN215942330U - 一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统

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Publication number: CN215942330U
Application number: CN202122258193.9U
Authority: CN
Inventors: 段斌; 祁鹏飞; 张鹤祥; 胡向阳
Original assignee: Luoyang Haining Robot Technology Co ltd
Current assignee: Luoyang Haining Robot Technology Co ltd
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2031-09-17

Abstract

一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，包括加工机器人、定位基准A、定位基准B，加工机器人上设置有工作主轴，工作主轴上设置有铣刀；加工机器人上还设置有行走轮、激光跟踪定位组件；大尺寸钢板孔系加工用机器人系统工作时，加工机器人、定位基准A、定位基准B分离设置，加工机器人设置在待加工的大尺寸钢板上，通过行走轮在大尺寸钢板上自由移动；定位基准A、定位基准B分别固定设置在大尺寸钢板的两角，加工机器人通过激光跟踪定位组件测量与定位基准A、定位基准B的距离与夹角，定位自身坐标系与待加工孔的坐标系保持关联，然后将自身固定设置在大尺寸钢板上，通过铣刀进行孔或槽的加工。

Description

一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统

技术领域

本实用新型涉及大型钢板用加工设备技术领域，具体涉及一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统。

背景技术

现有钢板类零件孔系的加工多采用激光切割，激光切割具有较高的孔位加工精度和孔的表面质量；但当钢板尺寸过大，无法设置在激光切割机上进行孔系的加工时，只能采用划线定位，然后通过火焰切割或等离子切割进行加工；而采用划线法通过火焰切割或等离子切割加工出的孔系存在位置误差大、直径精度低、表面质量差的问题，且火焰切割或等离子切割只能加工通孔或通槽，因此大尺寸钢板孔系现有的加工方法无法满足某些特殊设计的要求，而且目前尚没有用于大尺寸钢板孔系、盲孔、异形槽的精加工设备，导致此问题目前尚无较好的解决方法。

实用新型内容

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，包括加工机器人、定位基准A、定位基准B，加工机器人、定位基准A、定位基准B分离设置；加工机器人上设置有激光跟踪定位组件，加工机器人通过激光跟踪定位组件测量与定位基准A、定位基准B的距离与夹角，定位自身坐标系与待加工孔的坐标系保持关联，从而保证大尺寸钢板孔系加工的位置度和加工精度。

为了实现所述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，包括加工机器人、定位基准A、定位基准B；大尺寸钢板孔系加工用机器人系统工作时，加工机器人、定位基准A、定位基准B分离设置，加工机器人设置在待加工的大尺寸钢板上，在大尺寸钢板上自由移动；定位基准A、定位基准B分别固定设置在大尺寸钢板的两角，加工机器人通过测量与定位基准A、定位基准B的距离与夹角，定位自身坐标系与待加工孔的坐标系保持关联，然后将自身固定设置在大尺寸钢板上，进行孔或槽的加工。

进一步的，加工机器人包括回转座、双自由度工作台、激光跟踪定位组件，双自由度工作台固定设置在回转座上部，激光跟踪定位组件固定设置在双自由度工作台上；双自由度工作台设置有工作主轴，工作主轴上设置有铣刀；加工机器人工作时，在钢板上自由移动，通过激光跟踪定位组件定位自身坐标系与待加工孔的坐标系保持关联并将自身固定在钢板上；回转座带动双自由度工作台做旋转运动，双自由度工作台做水平和垂直运动，回转座与双自由度工作台联动，实现工作主轴的各种复杂曲线运动，工作主轴驱动铣刀对待加工钢板进行孔或槽的铣削加工。

进一步的，回转座包括底座、升降磁力座、回转台、回转台驱动装置、行走轮；底座包括上、下环板，上、下环板通过若干支撑板固定连接；下环板上固定设置有若干升降磁力座、行走轮，行走轮工作时带动回转座做任意方向的移动，因此加工机器人在大尺寸钢板上的移动非常灵活，当加工机器人在大尺寸钢板上移动到位时，升降磁力座向下运动与大尺寸钢板接触，通过磁力将加工机器人固定在大尺寸钢板上部；上环板上固定设置有回转台，回转台由回转台驱动装置驱动做旋转运动，回转台采用旋转支撑结构，回转台驱动装置通过齿轮啮合驱动回转台旋转。

进一步的，双自由度工作台包括水平导轨座组件、水平驱动机构、垂直驱动机构；

水平导轨座组件包括水平导轨座、水平导轨、水平滑块，水平导轨、水平滑块采用标准件；水平导轨座固定设置在回转台上部，水平导轨、水平滑块平行设置有两组，水平导轨固定设置在水平导轨座上部，水平滑块与水平导轨滑动连接，实现水平方向的直线运动；

水平驱动机构包括水平驱动电机、水平驱动丝杠、水平滑座；水平滑座中间固定设置有丝杠螺母，上部两侧设有翅板，侧面设有燕尾槽；水平滑座通过翅板与水平滑块固定连接，通过丝杠螺母与水平驱动丝杠旋转连接；水平驱动丝杠通过联轴器与水平驱动电机驱动连接；水平驱动电机旋转，带动水平驱动丝杠旋转，丝杠螺母将水平驱动丝杠的旋转运动转变为直线运动，丝杠螺母带动水平滑座做水平方向的直线运动；

垂直驱动机构包括垂直驱动电机、垂直驱动丝杠、垂直滑座、垂直驱动机构底板；垂直驱动机构底板固定设置在水平滑座上部；垂直驱动机构底板上啮合设置有涡轮、蜗杆，涡轮与垂直驱动丝杠固定连接，蜗杆通过联轴器与垂直驱动电机驱动连接；垂直滑座上固定设置有丝杠螺母，垂直滑座通过丝杠螺母与垂直驱动丝杠滑动连接；垂直滑座一侧面设有燕尾导轨，垂直滑座的燕尾导轨滑动设置在水平滑座的燕尾槽中，做垂直方滑动；垂直驱动电机旋转，通过蜗杆、涡轮啮合转变为垂直驱动丝杠的旋转运动，丝杠螺母将垂直驱动丝杠的旋转运动转变为直线运动，丝杠螺母带动垂直滑座做垂直方向的直线运动。

进一步的，升降磁力座包括升降驱动机构、磁力座，升降驱动机构驱动磁力座做升降运动；当加工机器人在大尺寸钢板上移动时，磁力座在最上端位置，当加工机器人在大尺寸钢板上移动到位时，升降驱动机构驱动磁力座下降，直到与大尺寸钢板接触；磁力座为电磁磁力座，当磁力座与大尺寸钢板接触后，接通磁力座电源，磁力座通过磁力吸附将加工机器人固定在大尺寸钢板上。

进一步的，激光跟踪定位组件包括龙门框、激光跟踪仪座、激光跟踪仪；龙门框固定设置在水平导轨座上部，与水平导轨座的长度方向保持平行；激光跟踪仪座固定设置在龙门框上部中间，激光跟踪仪固定设置在激光跟踪仪座上，激光跟踪仪在初始位置时，其光轴与水平导轨座的长度方向保持垂直。

进一步的，激光跟踪仪上下方向设置有两个；两个激光跟踪仪的旋转轴同轴设置，且旋转轴与回转台的回转轴线重合；加工机器人进行铣削作业时，有其自身的加工坐标系，其加工坐标系定义为：回转台的旋转轴线为原点S，水平导轨座的长度方向为X’轴，激光跟踪仪处于初始位置时的光轴为Y’轴，建立加工机器人的加工坐标系SX’Y’。

进一步的，定位基准A包括基准座、基准杆、激光靶球A；基准座为直角定位块，基准杆固定设置在基准座上端面，激光靶球A固定设置在基准杆上端面；基准座上还固定设置有基准磁力座；定位基准B与定位基准A结构相同，定位基准B设置有激光靶球B；大尺寸钢板孔系加工用机器人系统工作时，定位基准A、定位基准B通过基准座定位设置在大尺寸钢板同一边长的两角，通过基准磁力座定位设置在大尺寸钢板的一角，通过基准磁力座与大尺寸钢板固定连接；以定位基准A为大尺寸钢板孔系坐标系的原点，定位基准A、定位基准B的连线为大尺寸钢板孔系坐标系的X轴，建立加工机器人移动的直角坐标系AXY。

行走轮为麦克纳姆轮，麦克纳姆轮使加工机器人在大尺寸钢板上具有非常灵活的平移能力。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型公开的一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，包括加工机器人、定位基准A、定位基准B，加工机器人上设置有工作主轴，工作主轴上设置有铣刀；加工机器人上还设置有行走轮、激光跟踪定位组件；大尺寸钢板孔系加工用机器人系统工作时，加工机器人、定位基准A、定位基准B分离设置，加工机器人设置在待加工的大尺寸钢板上，通过行走轮在大尺寸钢板上自由移动，定位基准A、定位基准B分别固定设置在大尺寸钢板的两角，加工机器人通过激光跟踪定位组件测量与定位基准A、定位基准B的距离与夹角，定位自身的加工坐标系SX’Y’与待加工机器人移动的直角坐标系AXY保持关联，然后通过升降磁力座将自身固定设置在大尺寸钢板上，通过铣刀进行孔或槽的加工；本实用新型的大尺寸钢板孔系加工用机器人系统通过激光跟踪定位组件与定位基准A、定位基准B进行测量定位，具有定位精度高的优点，因此保证了大尺寸钢板孔系加工的位置精确度；同时通过工作主轴驱动铣刀对待加工钢板进行各种通孔、盲孔及异形槽的加工，具有孔或槽的加工精度高、质量好的优点，解决了大尺寸钢板孔系加工位置度和加工精度的难题。

附图说明

图1为大尺寸钢板孔系加工用机器人系统工作状态示意图；

图2为加工机器人外观示意图；

图3为回转座外观示意图；

图4为双自由度工作台外观示意图；

图5为水平导轨座组件外观示意图；

图6为水平驱动机构外观示意图；

图7为垂直驱动机构外观示意图；

图8为激光跟踪定位组件外观示意图；

图9为定位基准A外观示意图；

图10为大尺寸钢板孔系加工用机器人系统工作状态俯视图；

图11为加工机器人坐标定位原理示意图。

图中：1、加工机器人；1.1、回转座；1.1.1、底座；1.1.2、升降磁力座；1.1.3、回转台；1.1.4、回转台驱动装置；1.1.5、行走轮；1.2、双自由度工作台；1.2.1、水平导轨座组件；1.2.1.1、水平导轨座；1.2.1.2、水平导轨；1.2.1.3、水平滑块；1.2.2、水平驱动机构；1.2.2.1、水平驱动电机；1.2.2.2、水平驱动丝杠；1.2.2.3、水平滑座；1.2.2.3.1、翅板；1.2.2.3.2、燕尾槽；1.2.3、垂直驱动机构；1.2.3.1、垂直驱动电机；1.2.3.2、垂直驱动丝杠；1.2.3.3、垂直滑座；1.2.3.4、垂直驱动机构底板；1.3、激光跟踪定位组件；1.3.1、龙门框；1.3.2、激光跟踪仪座；1.3.3、激光跟踪仪；2、定位基准A；2.1、基准座；2.1.1、基准磁力座；2.2、基准杆；2.3、激光靶球A；3、定位基准B；3.3、激光靶球B；4、工作主轴；5、钢板。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进。

一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，包括加工机器人1、定位基准A2、定位基准B3；

加工机器人1包括回转座1.1、双自由度工作台1.2、激光跟踪定位组件1.3，双自由度工作台1.2固定设置在回转座1.1上部，激光跟踪定位组件1.3固定设置在双自由度工作台1.2；双自由度工作台1.2设置有工作主轴4，工作主轴4上设置有铣刀；

回转座1.1包括底座1.1.1、升降磁力座1.1.2、回转台1.1.3、回转台驱动装置1.1.4、行走轮1.1.5；底座1.1.1包括上、下环板，上、下环板通过若干支撑板固定连接；下环板上固定设置有四个升降磁力座1.1.2和四个行走轮1.1.5，四个升降磁力座1.1.2和四个行走轮1.1.5绕回转台1.1.3的旋转轴线均布设置在下环板上；上环板上固定设置有回转台1.1.3，回转台1.1.3由回转台驱动装置1.1.4驱动做旋转运动；升降磁力座1.1.2包括升降驱动机构、磁力座，升降驱动机构驱动磁力座做升降运动；

双自由度工作台1.2包括水平导轨座组件1.2.1、水平驱动机构1.2.2、垂直驱动机构1.2.3；水平导轨座组件1.2.1包括水平导轨座1.2.1.1、水平导轨1.2.1.2、水平滑块1.2.1.3；水平导轨座1.2.1.1固定设置在回转台1.1.3上部，水平导轨1.2.1.2、水平滑块1.2.1.3平行设置有两组，水平导轨1.2.1.2固定设置在水平导轨座1.2.1.1上部，水平滑块1.2.1.3与水平导轨1.2.1.2滑动连接；水平驱动机构1.2.2包括水平驱动电机1.2.2.1、水平驱动丝杠1.2.2.2、水平滑座1.2.2.3；水平滑座1.2.2.3中间固定设置有丝杠螺母，上部两侧设有翅板1.2.2.3.1，侧面设有燕尾槽1.2.2.3.2；水平滑座1.2.2.3通过翅板1.2.2.3.1与水平滑块1.2.1.3固定连接，通过丝杠螺母与水平驱动丝杠1.2.2.2；水平驱动丝杠1.2.2.2通过联轴器与水平驱动电机1.2.2.1连接；垂直驱动机构1.2.3包括垂直驱动电机1.2.3.1、垂直驱动丝杠1.2.3.2、垂直滑座1.2.3.3、垂直驱动机构底板1.2.3.4；垂直驱动机构底板1.2.3.4固定设置在水平滑座1.2.2.3上部；垂直驱动机构底板1.2.3.4上啮合设置有涡轮、蜗杆，涡轮与垂直驱动丝杠1.2.3.2固定连接，蜗杆通过联轴器与垂直驱动电机1.2.3.1固定连接；垂直滑座1.2.3.3上固定设置有丝杠螺母，垂直滑座1.2.3.3通过丝杠螺母与垂直驱动丝杠1.2.3.2连接；垂直滑座1.2.3.3侧边设有燕尾导轨，垂直滑座1.2.3.3的燕尾导轨滑动设置在水平滑座1.2.2.3的燕尾槽1.2.2.3.2中；

激光跟踪定位组件1.3包括龙门框1.3.1、激光跟踪仪座1.3.2、激光跟踪仪1.3.3；龙门框1.3.1固定设置在水平导轨座1.2.1.1上部，激光跟踪仪座1.3.2固定设置在龙门框1.3.1上部中间，激光跟踪仪1.3.3固定设置在激光跟踪仪座1.3.2上；激光跟踪仪1.3.3设置有两个；两个激光跟踪仪1.3.3的旋转轴同轴设置，且旋转轴与回转台1.1.3的回转轴线重合；

定位基准A2包括基准座2.1、基准杆2.2、激光靶球A2.3；基准座2.1为直角定位块，基准杆2.2固定设置在基准座2.1上端面，激光靶球A2.3固定设置在基准杆2.2上端面；基准座2.1上还固定设置有基准磁力座2.1.1；定位基准B3与定位基准A2结构相同，定位基准B3设置有激光靶球B3.3。

以下结合说明书附图1、附图10、附图11具体说明大尺寸钢板孔系加工用机器人系统的工作过程：

S1、大尺寸钢板孔系加工用机器人系统工作时，定位基准A2固定设置在待加工的大尺寸钢板5的左下角，定位基准B3固定设置在待加工的大尺寸钢板5的右下角，以定位基准A2为大尺寸钢板孔系坐标系的原点，定位基准A2、定位基准B3的连线为大尺寸钢板孔系坐标系的X轴，建立加工机器人移动坐标系AXY；将待加工大尺寸钢板5的孔系坐标及尺寸输入加工机器人1，然后将加工机器人1以激光跟踪仪1.3.3的光轴朝向定位基准A2、定位基准B3的连线的方向，放置在待加工的大尺寸钢板5上；

S2、启动加工机器人1，执行初始化，建立加工机器人1自身的加工坐标系SX’Y’；然后下侧的激光跟踪仪1.3.3以顺时针方向旋转检测，检测出下侧激光跟踪仪1.3.3的旋转角度和下侧激光跟踪仪1.3.3与定位基准A2的距离；同时上侧的激光跟踪仪1.3.3以逆时针方向旋转检测，检测出上侧激光跟踪仪1.3.3的旋转角度和上侧激光跟踪仪1.3.3与定位基准B3的距离；此时加工机器人1根据检测得到的三角形SAB，通过三角函数计算得到加工坐标系SX’Y’与加工机器人移动坐标系AXY建立初步关联，但此时加工坐标系SX’Y的X’轴与加工机器人移动坐标系AXY的X轴并不平行；升降磁力座1.1.2工作，将加工机器人1固定在钢板4上；加工机器人1控制旋转回转台1.1.3，同时上、下侧激光跟踪仪1.3.3同步旋转跟踪定位基准A2、定位基准B3，最终达到以下条件：∠1=90°-∠1’、∠2=90°-∠2’，使加工坐标系SX’Y’的X’轴与加工机器人移动坐标系AXY的X轴保持平行，完成加工坐标系SX’Y’与加工机器人移动坐标系AXY的定位校准；

S3、加工机器人1解除升降磁力座1.1.2的工作，根据待加工大尺寸钢板5的孔系坐标，由行走轮1.1.5驱动加工机器人1平移到第一个孔位，升降磁力座1.1.2工作，将加工机器人1固定在钢板4上，然后重新进行加工坐标系SX’Y’与加工机器人移动坐标系AXY的定位校准；定位校准完成后，加工机器人1启动回转台1.1.3、双自由度工作台1.2、工作主轴4工作，对第一个孔进行加工；

S4、第一个孔加工结束后，加工机器人1重复S3的过程，完成第二个孔、第三个孔及后续孔的加工，直至所有孔完成加工。

本实用新型未详述部分为现有技术。

Claims

1.一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，其特征是：包括加工机器人（1）、定位基准A（2）、定位基准B（3），加工机器人（1）、定位基准A（2）、定位基准B（3）分离设置；加工机器人（1）上设置有激光跟踪定位组件（1.3），加工机器人（1）通过激光跟踪定位组件（1.3）测量与定位基准A（2）、定位基准B（3）的距离与夹角，定位自身坐标系系与待加工孔的坐标系系保持关联。

2.根据权利要求1所述一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，其特征是：加工机器人（1）包括回转座（1.1）、双自由度工作台（1.2）、激光跟踪定位组件（1.3），双自由度工作台（1.2）固定设置在回转座（1.1）上部，激光跟踪定位组件（1.3）固定设置在双自由度工作台（1.2）上；双自由度工作台（1.2）设置有工作主轴（4），工作主轴（4）上设置有铣刀；加工机器人（1）工作时，在钢板上自由移动，通过激光跟踪定位组件（1.3）定位自身坐标系与待加工孔的坐标系保持关联并将自身固定在钢板上；回转座（1.1）带动双自由度工作台（1.2）做旋转运动，双自由度工作台（1.2）做水平和垂直运动，实现工作主轴（4）的各种复杂曲线运动，工作主轴（4）驱动铣刀对待加工钢板进行孔或槽的铣削加工。

3.根据权利要求2所述一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，其特征是：回转座（1.1）包括底座（1.1.1）、升降磁力座（1.1.2）、回转台（1.1.3）、回转台驱动装置（1.1.4）、行走轮（1.1.5）；底座（1.1.1）包括上、下环板，上、下环板通过若干支撑板固定连接；下环板上固定设置有若干升降磁力座（1.1.2）、行走轮（1.1.5）；上环板上固定设置有回转台（1.1.3），回转台（1.1.3）由回转台驱动装置（1.1.4）驱动做旋转运动。

4.根据权利要求3所述一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，其特征是：双自由度工作台（1.2）包括水平导轨座组件（1.2.1）、水平驱动机构（1.2.2）、垂直驱动机构（1.2.3）；

水平导轨座组件（1.2.1）包括水平导轨座（1.2.1.1）、水平导轨（1.2.1.2）、水平滑块（1.2.1.3）；水平导轨座（1.2.1.1）固定设置在回转台（1.1.3）上部，水平导轨（1.2.1.2）、水平滑块（1.2.1.3）平行设置有两组，水平导轨（1.2.1.2）固定设置在水平导轨座（1.2.1.1）上部，水平滑块（1.2.1.3）与水平导轨（1.2.1.2）滑动连接；

水平驱动机构（1.2.2）包括水平驱动电机（1.2.2.1）、水平驱动丝杠（1.2.2.2）、水平滑座（1.2.2.3）；水平滑座（1.2.2.3）中间固定设置有丝杠螺母，上部两侧设有翅板（1.2.2.3.1），侧面设有燕尾槽（1.2.2.3.2）；水平滑座（1.2.2.3）通过翅板（1.2.2.3.1）与水平滑块（1.2.1.3）固定连接，通过丝杠螺母与水平驱动丝杠（1.2.2.2）转动连接；水平驱动丝杠（1.2.2.2）通过联轴器与水平驱动电机（1.2.2.1）驱动连接；

垂直驱动机构（1.2.3）包括垂直驱动电机（1.2.3.1）、垂直驱动丝杠（1.2.3.2）、垂直滑座（1.2.3.3）、垂直驱动机构底板（1.2.3.4）；垂直驱动机构底板（1.2.3.4）固定设置在水平滑座（1.2.2.3）上部；垂直驱动机构底板（1.2.3.4）上啮合设置有涡轮、蜗杆，涡轮与垂直驱动丝杠（1.2.3.2）固定连接，蜗杆通过联轴器与垂直驱动电机（1.2.3.1）驱动连接；垂直滑座（1.2.3.3）上固定设置有丝杠螺母，垂直滑座（1.2.3.3）通过丝杠螺母与垂直驱动丝杠（1.2.3.2）移动连接；垂直滑座（1.2.3.3）一侧面设有燕尾导轨，垂直滑座（1.2.3.3）的燕尾导轨滑动设置在水平滑座（1.2.2.3）的燕尾槽（1.2.2.3.2）中。

5.根据权利要求3所述一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，其特征是：升降磁力座（1.1.2）包括升降驱动机构、磁力座，升降驱动机构驱动磁力座做升降运动。

6.根据权利要求4所述一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，其特征是：激光跟踪定位组件（1.3）包括龙门框（1.3.1）、激光跟踪仪座（1.3.2）、激光跟踪仪（1.3.3）；龙门框（1.3.1）固定设置在水平导轨座（1.2.1.1）上部，激光跟踪仪座（1.3.2）固定设置在龙门框（1.3.1）上部中间，激光跟踪仪（1.3.3）固定设置在激光跟踪仪座（1.3.2）上。

7.根据权利要求6所述一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，其特征是：激光跟踪仪（1.3.3）上下设置有两个；两个激光跟踪仪（1.3.3）的旋转轴同轴设置，且旋转轴与回转台（1.1.3）的回转轴线重合。

8.根据权利要求1所述一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，其特征是：定位基准A（2）包括基准座（2.1）、基准杆（2.2）、激光靶球A（2.3）；基准座（2.1）为直角定位块，基准杆（2.2）固定设置在基准座（2.1）上端面，激光靶球A（2.3）固定设置在基准杆（2.2）上端面；基准座（2.1）上还固定设置有基准磁力座（2.1.1）；定位基准B（3）与定位基准A（2）结构相同，定位基准B（3）设置有激光靶球B（3.3）。

9.根据权利要求3所述一种大尺寸钢板孔系加工用机器人系统，其特征是：行走轮（1.1.5）为麦克纳姆轮。