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机器人手臂专利

专利号:201810873492.3

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专利名称:机器人手臂

技术领域:机器人,手臂

IPC主分类号:B23Q5/28

申请号:CN201810873492.3

公开日:2019-09-24

说明书

一种机器人手臂

技术领域

[0001] 本发明公开一种机器人手臂,属于工业机器人领域,特别涉及一种应用扩展功能附件的机器人手臂。

背景技术

[0002] 现有技术机器人手臂在焊接、组装、搬运以及服务业的应用越来越广泛,并且具有承担部分数控机床加工的能力,特别是在木材、塑料、有色金属的加工领域应用优势较大,机器人手臂在加工孔特征时,目前还是较多的依靠钻头或铣刀的基础规格,如果没有合适的规格,则通过编程让刀具绕孔的轴线公转,用铣的方式加工孔特征,编程较复杂,且机器人手臂是悬臂结构,这种精细的动作对机器人手臂的运动精度要求较高,实际加工的孔的精度不好;
[0003] 现有技术中,钻铣床加工孔特征时,需要根据孔径大小挑选对应的钻头,特别是产品试制、打样阶段,孔的规格与现有钻头规格不匹配,则需要额外采购,耽误制造进度且成本较高;
[0004] 现有钻头的规格一般是以0.1mm间隔的等差数列,若所需规格不在此数列的数值时,要选择非标准钻头、或采用数控方式加工,成本较高;
[0005] 现有钻孔技术,只能加工圆柱形孔,无法加工出外口小内部大的圆台形孔(沿孔轴线的剖面),圆台形孔通常应用于特殊部件的连接用,如,室内装修石板挂孔、木材挂孔等。
[0006] 综上,迫切需要设计一种机器人手臂,解决现有技术中的以下问题:
[0007] 1、机器人手臂加工非刀具规格的孔时,编程复杂、孔的精度不好;
[0008] 2、孔的加工依赖刀具的规格;
[0009] 3、孔的加工范围不能无级变化;
[0010] 4、现有技术不能加工外口小、内部大的圆台形孔。

发明内容

[0011] 本发明主要旨在解决现有技术中:机器人手臂加工非刀具规格的孔时,编程复杂、孔的精度不好的问题,提供一种机器人手臂。
[0012] 为了实现上述目的,所述的方案如下:
[0013] 提供一种机器人手臂,其特征是,包括依靠数控指令精确运动的机构以及动力头;动力头由摆动模块、摆动支撑、基体和变径装置组成;摆动模块第一端与夹头旋转连接,夹头由摆动模块的动力单元驱动旋转;摆动支撑的第一端与摆动模块旋转连接,摆动支撑的第二端与基体固连,使得摆动模块可以绕一个相对基体固定的点摆动;摆动模块第二端的变径臂与变径装置连接,变径装置与基体固连,变径臂的轴线与夹头的轴线不平行,变径臂由动力单元驱动绕夹头的轴线转动,变径臂与变径装置间存在一个可以随变径装置调节的转点,且这个转点位于变径臂的中心线上,当这个转点与夹头旋转轴线重合时,摆动模块的摆动轴线始终与夹头转动的轴线重合,摆动模块位于初始状态;当这个转点与夹头旋转轴线不重合时,变径臂绕夹头的轴线转动,驱动摆动模块产生摆动;变径装置由数控电机驱动。
[0014] 进一步地,所述的一种机器人手臂附件,其特征是,摆动支撑由支架Ⅰ和支架Ⅱ组成,支架Ⅰ与摆动模块旋转连接;
[0015] 支架Ⅰ下部与支架Ⅱ旋转连接;支架Ⅱ与基体固连。
[0016] 进一步地,所述的一种机器人手臂附件,其特征是,支架Ⅰ与摆动模块的旋转连接的轴线和夹头旋转的轴线相交;支架Ⅰ下部与支架Ⅱ旋转连接的轴线与夹头旋转的轴线相交,还与支架Ⅰ和摆动模块的旋转连接的轴线相交。
[0017] 进一步地,所述的一种机器人手臂附件,其特征是,支架Ⅰ和支架Ⅱ旋转连接的轴线与支架Ⅰ和摆动模块旋转连接的轴线垂直,支架Ⅰ和摆动模块旋转连接的轴线与夹头的旋转轴线垂直。
[0018] 进一步地,所述的一种机器人手臂附件,其特征是,变径臂是拉伸体,变径臂的中心线与夹头旋转的轴线相交,变径臂绕夹头旋转的轴线转动;还包括变径块,变径块沿变径臂的长度方向滑动;还包括变径驱动板,变径块绕固定在变径驱动板上的点摆动;变径驱动板沿固定在基体的轴线移动。
[0019] 进一步地,所述的一种机器人手臂附件,其特征是,变径臂截面是圆形、中心线是直线;动力单元的输出轴,与变径臂固连;变径块中心的孔是圆孔,变径块外部是球面,球心在变径块中心的孔的轴线上,变径块外部的球面与变径驱动板对应的凹球面配合。
[0020] 进一步地,所述的一种机器人手臂附件,其特征是,变径臂截面是非正圆形。
[0021] 进一步地,所述的一种机器人手臂附件,其特征是,还包括滑块;变径驱动板与滑块固连,导轨与基体固连,滑块沿导轨导引的直线方向运动,直线的方向与初始状态夹头旋转的轴线平行;还包括螺杆;螺杆与滑块运动方向平行设置,螺杆第一端与变径驱动板上对应的螺旋槽配合,第二端与支架旋转连接,支架与基体固连,数控电机的输出端与螺杆同轴固连,数控电机壳体与基体固连。
[0022] 进一步地,所述的一种机器人手臂附件,其特征是,数控电机是可以将电信号转换为精确的转动角度的电机。
[0023] 进一步地,所述的一种机器人手臂附件,其特征是,动力单元由主电机、主减速器、副减速器和壳体组成;主电机、主减速器和副减速器均与壳体固连;主电机的第一输出轴与主减速器固连,主减速器的输出轴与夹头固连;主电机的第二输出轴与第一输出轴同轴共线,他们是一根轴的两端,主电机的第二输出轴与副减速器固连,副减速器的输出轴与变径臂固连。
[0024] 本发明机器人手臂加工非刀具规格的孔时,编程简单、孔的精度好,解决了现有技术中存在的问题。

附图说明

[0025] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0026] 图1是动力头侧视图;
[0027] 图2是图1中A-A剖面;
[0028] 图3是图1中B-B剖面放大图;
[0029] 图4是动力头立体视图;
[0030] 图5是动力单元外壳剖开视图;
[0031] 图6是动力头摆动示意图;
[0032] 图7是摆动的几何关系分析;
[0033] 图8是用定距工装安装刀具示意图;
[0034] 图9是使用数控电机的动力头方案立体视图;
[0035] 图10是安装动力头的机床立体视图;
[0036] 图11是安装动力头的机器人手臂立体视图。
[0037] 图中标记为:
[0038] 1、动力头;
[0039] 11、摆动模块;111、动力单元;1111、主减速器;1112、主电机;1113、副电机;1114、副减速器;1115、壳体;112、变径臂;
[0040] 12、摆动支撑;121、支架Ⅰ;122、支架Ⅱ;
[0041] 13、基体
[0042] 14、变径装置;141、变径块;142、变径驱动板;143、滑块;144、导轨;145、制动器;146、螺杆;147、支架;148、变径手轮;149、数控电机;
[0043] 2、机床;
[0044] 3、机器人手臂;
[0045] 4、定距工装。

具体实施方式

[0046] 下面对照附图,通过对实施例的描述,对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明,目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解,并有助于其实施。
[0047] 如图1所示,动力头1(即机器人手臂附件)由摆动模块11、摆动支撑12、基体13和变径装置14组成;
[0048] 摆动模块11第一端与夹头旋转连接,夹头用以夹持现有技术中的刀具(钻头或铣刀),夹头由摆动模块11的动力单元111驱动旋转;
[0049] 摆动支撑12的第一端与摆动模块11旋转连接,摆动支撑12的第二端与基体13固连,摆动支撑12自身设有一个旋转自由度,使得摆动模块11可以绕一个相对基体13固定的点摆动,这个固定的点与夹头旋转的轴线重合;
[0050] 摆动模块11第二端的变径臂112与变径装置14连接,变径装置14与基体13固连,变径臂112的轴线与夹头的轴线不平行,变径臂112由动力单元驱动绕夹头的轴线转动,变径臂112与变径装置14间存在一个可以随变径装置14调节的转点,且这个转点位于变径臂112的中心线上,当这个转点与夹头旋转轴线重合时,摆动模块11即位于初始状态,即无论变径臂112是否绕夹头的轴线转动,摆动模块11的摆动轴线始终与夹头转动的轴线重合;如图6所示,当这个转点与夹头旋转轴线不重合时,摆动模块11即位于偏摆状态,变径臂112绕夹头的轴线转动,驱动摆动模块11产生摆动。
[0051] 具体的,
[0052] 动力头1,方案一,
[0053] 如图1所示,动力单元111第一端设有一个输出轴,与夹头同轴固连;动力单元111第二端设有一个输出轴,与变径臂112固连。
[0054] 如图1和图2所示,摆动支撑12由支架Ⅰ121和支架Ⅱ122组成,支架Ⅰ呈Y形,其上部设有两个支撑臂,支撑臂的顶部各设有一个轴套,这两个支撑臂顶部的轴套是同轴的;摆动模块11两侧各设有一个凸轴,更具体的,动力单元111的两侧各设有一个凸轴,这两个凸轴同轴设置,并且过夹头旋转的轴线,这两个凸轴分别装配在支架Ⅰ121支撑臂顶部对应的轴套中,实现支架Ⅰ121与摆动模块11的旋转连接,为了支架Ⅰ121与摆动模块11在轴向无窜动,摆动模块11两侧的凸轴端面分别与支架Ⅰ121支撑臂顶部对应的轴套底部接触;根据具体的边界和结构设计,支架Ⅰ121与摆动模块11的旋转连接除了上述的两个旋转支撑,也可以设计为单边的旋转支撑。
[0055] 支架Ⅰ121下部与支架Ⅱ122旋转连接,其旋转连接的轴线与夹头旋转的轴线相交,还与支架Ⅰ121和摆动模块11的旋转轴线相交;支架Ⅰ121下部设有一个光轴,光轴插入支架Ⅱ122对应的孔中,为了使得他们之间轴向无窜动,光轴根部的端面与支架Ⅱ122对应的孔端面接触,光轴略微超出孔的另一个端面,光轴顶部设有螺纹,螺母拧紧后实现支架Ⅰ121下部与支架Ⅱ122的旋转连接;根据具体的边界和结构设计,支架Ⅰ121上部也可以在设置一个光轴,支架Ⅱ122延伸至上方,在形成一个旋转支撑,与下面的旋转支撑同轴。
[0056] 支架Ⅱ122底部与基体13固连,支架Ⅱ122超出基体13边界可以获得较大加工范围,为了便于拆卸与保持精度,支架Ⅱ122底部与基体13预设定位销,并使用螺纹紧固件固连,也可以把支架Ⅱ122底部与基体13一体化设计。
[0057] 作为优选,支架Ⅰ121和支架Ⅱ122旋转连接的轴线与支架Ⅰ121和摆动模块11旋转连接的轴线垂直,支架Ⅰ121和摆动模块11旋转连接的轴线与夹头的旋转轴线垂直。
[0058] 如图1和图3所示,变径臂112是拉伸体,其截面优选圆形、中心线(引导线)优选直线,中心线与夹头旋转的轴线相交,动力单元111第二端设有一个输出轴,与变径臂112固连,进一步的,动力单元111第二端的输出轴与一节径向的短臂固连,变径臂112的第一端与短臂的远端固连,变径臂122往过夹头旋转的轴向方向延伸。变径臂122穿过变径块141中心的孔,这个孔优选圆孔,变径块141外部优选球面,球心在其中心的孔的轴线上,变径块141外部的球面与变径驱动板142对应的凹球面配合(类似鱼眼标准件),这样随着变径驱动板的移动,带动变径块141沿变径臂112的中心线移动,从而实现调整摆动模块11摆动的幅度。
[0059] 由于只需要满足动力单元111第二端的输出轴带动变径臂112绕夹头旋转的轴线转动,以及变径驱动板142的移动。变径臂112与变径驱动板142之间仅需要存在一个滑动自由度和一个摆动自由度即可。即变径块141沿变径臂112的长度方向滑动,变径块141绕固定在变径驱动板142上的点摆动。也就是说,本段中的变径臂112的截面与对应的变径块141内孔截面可以是非正圆截面;还可以变径块141与变径驱动板142之间再增加一个过度支架,过度支架与变径块141转动连接,过度支架与变径驱动板142转动连接,两个转动连接的轴线相互垂直,两个转动连接的轴线均过变径臂112的中心线。
[0060] 如图1和图4所示,变径驱动板142与滑块143固连,导轨144与基体13固连,滑块143沿导轨144导引的直线方向运动,滑块143被导轨144导引的直线方向与摆动模块11位于初始状态(见具体实施方式的第5段定义)时夹头旋转的轴线平行;导轨144与滑块143之间设置可以锁定其相对位置的制动器145;滑块143与导轨144,优选直线轴承与直线导轨;可选,燕尾槽结构滑轨。
[0061] 为了变径驱动板142移动的距离可控,设置变径驱动机构,螺杆146与滑块143运动方向平行设置,螺杆146第一端与变径驱动板142上对应的螺旋槽配合,第二端与支架147旋转连接,螺杆146不能够相对支架147沿轴向窜动,支架147与基体13固连,螺杆146的第二端与变径手轮148同轴固连,转动变径手轮148带动螺杆146转动,从而带动变径驱动板142移动。
[0062] 变径手轮148圆周面均布刻度,支架147上部设有划线标记,读取变径手轮148圆周面转动的刻度得出变径驱动板142移动的距离;还可以在变径驱动板142与基体13之间设置位移传感器、位移指示表等量具读取变径驱动板142相对基体13移动的距离。
[0063] 如图5所示,优选,动力单元111由主电机1112、主减速器1111、副减速器1114和圆柱形壳体1115组成,主电机1112、主减速器1111和副减速器1114位于壳体1115内部,并且均与壳体1115固连;主电机1112的第一输出轴与主减速器1111固连,主减速器1111的输出轴与夹头固连,主减速器1111将主电机1112输入的转动能量,减速增扭后驱动夹头转动;主电机1112的第二输出轴与第一输出轴同轴共线,他们是一根轴的两端,主电机1112的第二输出轴与副减速器1114固连,副减速器1114的输出轴与变径臂112固连,副减速器1114将主电机1112输入的转动能量,减速增扭后变径臂112绕夹头旋转的轴线转动;主减速器1111输出轴的转速高于副减速器1114输出轴的转速。还可以选择,取消主电机1112的第二输出轴与副减速器1114固连,增加副电机1113,副电机1113的输出轴与副减速器1114固连。
[0064] 如图6所示,当调节变径驱动板142移动,使得初始状态时变径臂112的中心线与夹头摆动轴线的交点发生偏移,在动力单元1111两端输出轴的驱动下,配合其他可以将动力头1沿初始状态时的夹头轴线进给的设备、机床或机器人手臂,实现进给,从而使得钻头或铣刀实际切削直径大于刀具(钻头或铣刀)本身的直径,也就是说代加工的孔特征内径,不取决刀具直径;调整变径手轮148可以无级的加工期望的孔特征;在加工孔特征的后期,将摆动模块11产生摆动动作,刀具的运动包络呈现圆台形,再将摆动模块11调整至非摆动模式退出,实现加工外口小、内部大的圆台形孔。
[0065] 如图7所示,为了能精确的得出变径驱动板142的移动量与刀具的切削直径之间的关系,做以下解析。图7中,水平方向的点划线是摆动模块11位于初始状态时夹头旋转的轴线;a值是刀具安装在夹头后,刀具端面与摆动模块11摆动点的距离;b值是变径臂112的中心线与夹头旋转的轴线交点和摆动模块11摆动点的距离;m值是变径驱动板142的移动量;r值是刀具自身的切削半径;θ值是摆动模块11摆动的角度;α值是变径臂112的中心线与夹头旋转的轴线夹角;R值是刀具的切削半径。问题转化为求解R值与m值之间的关系即R=f(m),解析结果如下,由①式求解出θ值,带入②式得出R值,。
[0066]
[0067] R=asinθ+rcosθ.......................②
[0068] 如图7和图8所示,R=f(m)的关系中,除了a值和r值以外,都是可以通过动力头1的制造和生产、以及出厂前的调试来保证的,r值可以通过外径测量设备方便的测量获得,刀具的重复装夹会导致实际a值与预设值的不相符,为了避免这个问题出现,设计定距工装4便于装配刀具时获得与预设值相符的a值。定距工装4由两个支撑腿和限位面组成,支撑腿和限位面之间有确定稳固的距离关系,摆动模块11第一端设有与定距工装4的支撑腿配合的支撑面,支撑面与摆动模块11摆动点具有确定稳固的距离关系。安装刀具时,将定距工装4的支撑腿与摆动模块11对应的支撑面贴合,将刀具的端面与定距工装4的限位面贴合,即使得刀具端面与摆动模块11摆动点距离与预设值相符。
[0069] 动力头1,方案二,
[0070] 如图9所示,在动力头方案一的基础上,将变径装置14由变径手轮148驱动,更换由数控电机149驱动,数控电机149可以是步进电机、伺服电机等可以将电信号转换为精确的转动角度的电机,数控电机149的输出端与螺杆146同轴固连,数控电机149壳体与基体13固连。由于数控电机149具有自锁的特性,故可以取消制动器145。另外,数控电机149可以执行上位机发出的指令驱动变径驱动板142移动,上位机计算R=f(m)的关系,可以迅速的调节刀具位于需求的加工半径值的状态;还有一个好处,使用不同规格的刀具、重新装夹刀具后,只要将刀具直径r值、实测的刀具端面相对摆动模块11摆动点距离a值,输入上位机,就可以更新R=f(m)的关系,使得与动力头1实际几何关系匹配。
[0071] 动力头1应用实例一,
[0072] 如图10所示,机床2包括具有可以使得动力头1和待加工物按照精确可控的路径相对运动的机构。更具体的,机床2基于钻床或者铣床结构,动力头1的基体13与Z轴升降机构固连,夹头旋转的轴线与Z轴平行。动力头1相对待加工物沿Z轴运动可以加工出孔特征,或者外口小内口大的圆台孔特征;当动力头1摆动时,动力头1相对待加工物在XY平面运动可以加工出燕尾槽特征。
[0073] 当机床2是数控机床时,动力头1的数控电机149受控于机床2的控制器。
[0074] 动力头1应用实例二,
[0075] 如图11所示,机器人手臂3是现有技术中依靠数控指令精确运动的机构,动力头1的基体13与机器人手臂3远端的手部固连,动力头1的数控电机149受控于机器人手臂3的控制器。
[0076] 以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

机器人手臂委托购买说明

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平台根据需求优化购买方案

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平台办理变更等待成功通知

机器人手臂购买流程说明

发起委托,需要先支付100元预付款,委托不成功,全额退返预付款;

平台收到需求后,会联系您,给到您购买方案;

您在确认购买方案后,需支付全额专利购买费,预付款可抵扣购买费,专利购买费具体参见下方表格;

平台确认收款后,将帮您办理专利购买、专利过户等全流程手续;

平台代购专利失败,将全额退返专利购买费,包括预付款;

机器人手臂专利购买费用

授权未缴费=专利裸价+著录项变更(200元)+登办费(当年年费+5元印花税)+恢复权利请求费1000元(按实收)+委托服务费(200元)+税金(专利裸价+委托服务费)x6%

已下证=专利裸价+著录项变更(200元)+滞纳金(按实收)+恢复权利请求费1000元(按实收)+委托服务费(200元)+税金(专利裸价+委托服务费)x6%

机器人手臂购买费用说明

专利转让费用

专利买卖交易资料

Q:办理专利转让的流程及所需资料

A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。

1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2:按规定缴纳著录项目变更手续费。

3:同时提交相关证明文件原件。

4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。更多

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q:专利转让变更,多久能出结果

A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。

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