一种打磨与制孔机器人的制作方法

1.本发明涉及自动化设备技术领域，具体为一种打磨与制孔机器人。


背景技术：

2.在工业生产中，对于一些结构较复杂的铸件，如发动机的缸体、缸盖，变速箱的壳体等零件，在铸造成型后还需要经过打磨，修整，钻孔等多道工序，传统的加工工艺依托不同的加工设备，对零件进行打磨与钻孔，故需要中途拆卸零部件并使用专门的加工装备进行加工，操作麻烦，效率不高，加工成本较大。目前，市场上也出现了基于串联机器人的打磨与制孔一体式的机器人加工装备，但是受限于串联机器人的结构特点，通常只能对一些薄壁件或者硬度不高的铝件进行加工。因此，亟需设计一种新型打磨与制孔智能装备应对这类零件的加工，并要求该装备具有结构简单，制造方便，加工刚度与加工效率高的特点。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提出了一种打磨与制孔机器人，该机器人本体基于一种特殊的(3-rpr)&r四自由度混联机构设计而来，其中的并联机构为零耦合度平面并联机构，该平面并联机构由转动定平台，三条简单支链和动平台组成，支链ⅰ包括转动副r
11
，移动副p
12
和转动副r
13
，支链ⅱ包括转动副r
21
，移动副p
22
和转动副r
23
，支链ⅲ包括转动副r
31
，移动副p
32
和转动副r
33
，支链ⅰ与支链ⅱ末端相交，即转动副r
13
与r
23
形成复合铰链，形成一个闭合回路loop1；loop1看作一个整体与支链ⅲ构成第二个回路loop2，该机构具有结构简单，制造方便，且耦合度为零具有解析式运动学正解，故运动学和动力学控制方便等优点，同时，机构具有较高的刚度和精度，特别适用于打磨或者制孔，且可用于制斜孔。
4.为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
5.一种打磨与制孔机器人，其特征在于：包括有电机减速器、伺服电机、转轴盘以及上传动基盘，所述伺服电机的输出轴连接在电机减速器上，所述电机减速器下方连接有转轴盘，所述转轴盘与上传动基盘连接，还包括有第一主铰链、第二主铰链、副铰链、第一伺服电动缸、第二伺服电动缸以及第三伺服电动缸，所述第一伺服电动缸的导杆末端连接第一主铰链，所述第二伺服电动缸的导杆末端连接副铰链，所述第一主铰链与副铰链在同一点处复合连接，形成复合铰链，第三伺服电动缸的导杆末端连接第二主铰链，所述上传动基盘下方设置有三个安装座，分别与三个伺服电动缸上端连接，形成了第一安装座铰链、第二安装座铰链以及第三安装座铰链，所述第一安装座铰链和第三安装座铰链的安装座分别对称安装在通过上传动基盘的圆心的直线上，所述第二安装座铰链的安装座位于上述两安装座的连线上，且靠近第三安装座铰链处，第一、第二和第三三个伺服电动缸上的电机分别驱动缸体内部的丝杠旋转并带动导杆伸缩活动，还包括有动平台，其上共有两个铰链连接座，两个铰链连接座的连线通过动平台的圆心，且该连线始终与上传动基盘上三个安装座铰链所在的直线共面，还包括有打磨夹头以及打磨头，所述动平台上方安装有低压直流电机，下方安装有打磨夹头，所述打磨夹头上连接有打磨头，所述低压直流电机驱动打磨夹头连接的
输出轴实现转动。
6.上述结构中：本发明基于一种特殊的(3-rpr)&r四自由度混联机构设计而来，可用于常用复杂铸件的打磨或制孔工作，且可用于制斜孔。在设备工作时，通过伺服电机带动转轴盘，可实现并联机构部分在空间内的水平转动，并使动平台调整到合适的角度。设备内部由上传动基盘和动平台作为主体，三台伺服电机通过带动缸体内部丝杆转动从而驱动导杆实现精密伸缩移动。使得动平台能够在两个主铰链导杆和一个副铰链导杆的作用下实现2t1r的运动，即在该并联机构所在平面内的两维移动和绕着任一铰链轴线方向的一维转动。当动平台上的低压直流电机工作时，将通过同步带传动带动打磨夹头上打磨头旋转，实现打磨，若将打磨头更换为钻头即可实现制孔。
7.作为本发明的进一步改进：所述第一伺服电动缸、第二伺服电动缸和第三伺服电动缸的一端分别通过第一安装座铰链、第二安装座铰链、第三安装座铰链固定安装在上传动基盘上。
8.作为本发明的进一步改进：所述第二伺服电动缸的导杆末端通过副铰链连接在第一主铰链上，形成复合铰链。
9.上述结构中：第一安装座铰链、第二安装座铰链以及第三安装座铰链位于同一条通过上传动基盘圆心的直线上，伺服电动缸的导杆末端安装的副铰链与主铰链复合形成复合铰链，整个机构耦合度为零，且具有解析式运动学正解，因此，对于运动学和动力学控制十分有利。通过三个电机的驱动，调整动平台的移动和转动，使得动平台上安装的打磨头实现位置和角度的精密调节。
10.作为本发明的进一步改进：还包括有基座和底座，所述底座固定安装在基座下方，所述底座上方设置有通孔，所述转轴盘穿过通孔连接在上传动基盘上。
11.上述结构中：基座和底座用于实现本发明的整体固定和安装。
12.作为本发明的进一步改进：还包括有钻台、滑块、导轨以及十字台，所述导轨安装在十字台上，所述钻台通过滑块滑动安装在导轨上，所述十字台固定在底座上，所述底座侧边分别开设有通孔，所述十字台分别穿过底座侧边的通孔。
13.上述结构中：底部的钻台和滑块可以配合十字台上的两根导轨，可以在x轴方向进行来回移动，钻台上方可以放置打磨或者打孔的零件。
14.作为本发明的进一步改进：所述动平台上设置有四个相同的六角螺柱、支撑板以及内六角螺栓，所述支撑板通过六角螺柱固定安装在动平台上，所述低压直流电机通过内六角螺栓固定安装在支撑板上。
15.上述结构中：六角螺柱、支撑板以及内六角螺栓起固定动平台上的低压直流电机作用，方便后期电机的拆卸和同步带的更换。
16.作为本发明的进一步改进：还包括有大同步带轮、同步带、小同步带轮，所述低压直流电机的输出轴穿过支撑板与小同步带轮转动连接，所述大同步带轮和小同步带轮通过同步带传动连接。
17.作为本发明的进一步改进：所述动平台上设置有通孔，所述打磨夹头穿过通孔与大同步带轮转动连接，当低压直流电机启动时，所述低压直流电机转动的输出轴带动小同步带轮转动，所述小同步带轮通过同步带带动大同步带轮转动，所述大同步带轮带动打磨夹头与打磨头同步转动。
18.上述结构中：当低压直流电机正转时，小同步带轮通过同步带带动大同步带轮转动，然后将打磨夹头上的打磨头旋转，实现对钻台上方放置的零件进行打磨或者打孔，若将打磨头更换为钻头即可实现制孔。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20.通过在上传动基盘下方设置有第一安装座铰链、第二安装座铰链以及第三安装座铰链和铰链，实现三个伺服电动缸上端的固定，通过第一主铰链、副铰链和第二主铰链实现对动平台的连接。通过基座上方伺服电机和电机减速器的转动，实现混联机构中低耦合度平面并联机构的整体转动，通过伺服电动缸上的三个伺服电机驱动导杆伸缩，实现动平台的两维移动和一维转动(2t1r)。结合伺服电机和电机减速器带动平面并联机构整体转动，以及底部加工钻台的移动，使得整个加工设备理论上具备五轴加工功能，加工高效。
21.本发明基于一种特殊的(3-rpr)&r四自由度混联机构设计而来，其中的并联机构为三自由度平面并联机构，其末端具有2t1r输出。该并联机构的耦合度为零，且具有解析式运动学正解，对于运动学和动力学控制十分有利。该机器可用于常用复杂铸件的打磨或制孔工作，且可用于制斜孔，具有结构简单、制造方便、加工刚度与加工效率高的特点。
附图说明
22.图1是一种打磨与制孔机器人结构图；
23.图2是一种打磨与制孔机器人内部结构图；
24.图3是一种打磨与制孔机器人底部结构图；
25.图4是是混联机构中并联机构的机构简图。
26.附图标记列表：
27.1、基座；2、底座；3、电机减速器；4、伺服电机；5、转轴盘；6、上传动基盘；7、第一伺服电动缸；8、第二伺服电动缸；9、第一主铰链；10、副铰链；11、第三伺服电动缸；12、动平台；13、打磨夹头；14、打磨头；15、第二主铰链；16、钻台；17、滑块；18、导轨；19、十字台；20、低压直流电机；21、大同步带轮；22、同步带；23、小同步带轮；24、六角螺柱；25、支撑板；26、内六角螺栓；27、第一安装座铰链；28、第二安装座铰链；29、第三安装座铰链。
具体实施方式
28.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
29.如图1-3所示：一种打磨与制孔机器人，包括有电机减速器3、伺服电机4、转轴盘5以及上传动基盘6，所述伺服电机4的输出轴连接在电机减速器3上，所述电机减速器3下方连接有转轴盘5，所述转轴盘5与上传动基盘6连接，还包括有第一主铰链9、第二主铰链15、副铰链10、第一伺服电动缸7、第二伺服电动缸8以及第三伺服电动缸11，所述第一伺服电动缸7的导杆末端连接第一主铰链9，所述第二伺服电动缸8的导杆末端连接副铰链10，所述第一主铰链9与副铰链10在同一点处复合连接，形成复合铰链，第三伺服电动缸11的导杆末端连接第二主铰链15，所述上传动基盘6下方设置有三个安装座，分别与三个伺服电动缸上端连接，形成了第一安装座铰链27、第二安装座铰链28以及第三安装座铰链29，所述第一安装座铰链27和第三安装座铰链29的安装座分别对称安装在通过上传动基盘6的圆心的直线上，所述第二安装座铰链28的安装座位于上述两安装座的连线上，且靠近第三安装座铰链
29处，第一、第二和第三三个伺服电动缸上的电机分别驱动缸体内部的丝杠旋转并带动导杆伸缩活动，还包括有动平台12，其上共有两个铰链连接座，两个铰链连接座的连线通过动平台12的圆心，且该连线始终与上传动基盘6上三个安装座铰链所在的直线共面，还包括有打磨夹头13以及打磨头14，所述动平台12上方安装有低压直流电机20，下方安装有打磨夹头13，所述打磨夹头13上连接有打磨头14，所述低压直流电机20驱动打磨夹头13连接的输出轴实现转动。
30.本发明基于一种特殊的(3-rpr)&r四自由度混联机构设计而来，可用于常用复杂铸件的打磨或制孔工作，且可用于制斜孔。在设备工作时，通过伺服电机4带动转轴盘5，可实现并联机构部分在空间内的水平转动，并使动平台12调整到合适的角度。设备内部由上传动基盘6和动平台12作为主体，三台电机通过带动缸体内部丝杆转动从而驱动导杆实现精密伸缩移动。使得动平台12能够在两个主铰链导杆和一个副铰链10导杆的作用下实现2t1r的运动，即在该并联机构所在平面内的两维移动和绕着机构中任一铰链轴线方向的一维转动。当动平台12上的低压直流电机20工作时，将通过同步带22传动带动打磨夹头13上打磨头14旋转，动平台12末端安装的打磨头14将随着动平台12一起运动，实现打磨动作，若将打磨头14更换为钻头即可实现制孔。
31.在本实施例中：所述上传动基盘6下方设置有三个安装座，分别与三个伺服电动缸上端连接形成了第一安装座铰链27、第二安装座铰链28以及第三安装座铰链29。所述第一安装座铰链27和第三安装座铰链29的安装座分别对称安装在通过上传动基盘6的圆心的直线上，所述第二安装座铰链28的安装座位于上述两安装座的连线上，且靠近第三安装座铰链29处。第一、第二和第三三个伺服电动缸上的电机分别驱动缸体内部的丝杠旋转并带动导杆伸缩活动。还包括有动平台12，其上共有两个铰链连接座，两个连接座的连线通过动平台12的圆心，且该连线始终与上传动基盘6上三个铰链连接座所在的直线共面。
32.在本实施例中：还包括有基座1和底座2，所述底座2固定安装在基座1上，所述底座2上方设置有通孔，所述转轴盘5穿过通孔连接在上传动基盘6上，基座1和底座2用于实现本发明的整体固定和安装。
33.在本实施例中：还包括有钻台16、滑块17、导轨18以及十字台19，所述导轨18安装在十字台19上，所述钻台16通过滑块17滑动安装在导轨18上，所述十字台19固定在底座2上，所述底座2侧边分别开设有通孔，所述十字台19分别穿过底座2侧边的通孔，底部的钻台16和滑块17可以配合十字台19上的两根导轨18，可以在x轴方向进行来回移动，钻台16上方可以放置打磨或者制孔的零件。
34.在本实施例中：所述动平台12上设置有四个相同的六角螺柱24、支撑板25以及内六角螺栓26，所述支撑板25通过六角螺柱24固定安装在下传动基盘12上方，所述低压直流电机20通过内六角螺栓26固定安装在支撑板25上，六角螺柱24、支撑板25以及内六角螺栓26起固定下传动基盘12上的低压直流电机20作用。
35.在本实施例中：还包括有大同步带轮21、同步带22、小同步带轮23，所述大同步带22转动安装在上传动基盘6上方，所述小同步带轮23转动安装在支撑板25下方，所述大同步带轮21和小同步带轮23通过同步带22传动连接，所述低压直流电机20的输出轴穿过支撑板25与小同步带轮23转动连接。
36.在本实施例中：所述下传动基盘12上设置有通孔，所述打磨夹头13穿过通孔与大
同步带轮21转动连接，当低压直流电机20启动时，所述低压直流电机20转动的输出轴带动小同步带轮23转动，所述小同步带轮23通过同步带22带动大同步带轮21转动，所述大同步带轮21带动打磨夹头13转动。
37.当低压直流电机20正转时，小同步带轮23带动同步带22进而使大同步带轮21运动，大同步带轮21带动打磨夹头13转动，然后打磨夹头13带动打磨头14旋转，实现对钻台16上方放置的零件进行打磨，若将打磨头13更换为钻头即可实现制孔。
38.通过在上传动基盘下方设置有第一安装座铰链27、第二安装座铰链28以及第三安装座铰链29，实现三个伺服电动缸上端的固定，通过第一主铰链9、副铰链10和第二主铰链15实现对动平台12的连接。通过基座1上方伺服电机4和电机减速器3的转动，实现混联机构中低耦合度平面并联机构的整体转动，通过伺服电动缸上的三个伺服电机驱动导杆伸缩，实现动平台12的两维移动和一维转动(2t1r)。结合伺服电机4和电机减速器3带动平面并联机构整体转动，以及底部加工钻台16的移动，使得整个加工设备具备五轴加工功能，加工高效。
39.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。