[发明专利]一种五轴磨削机器人

说明书

本发明公开了一种五轴磨削机器人。将机械臂设置在外部平台上，机械臂的输出端与U型结构件转动连接；由第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节将基座、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆之间互相连接；动力主轴安装于U型结构件上；并配备专用刀库。机械臂用于带动U型结构件及动力主轴在外部平台上移动，第五关节带动U型架构件相对于分支结构转动，动力主轴移动至刀库并连接所需的磨削刀具，选取完磨削刀具后，移动至工件处对工件进行磨削。该机器人传动系统具有传动部件少，传动链短的特点，可以提高机器人的结构刚度、运动精度和末端负载。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种五轴磨削机器人。

背景技术

现有的铸件自动打磨设备通常有两种形式，一种为数控机床结构，大部分运动轴为直线运动；另一种为机器人结构，常采用六轴工业机器人加打磨工具的型式。采用机床结构的自动打磨设备，刚性比较好，适应重切削，但是灵活性差，工作空间小。采用六轴工业机器人结构的打磨设备，由于运动副多，因此工作空间大，灵活性高，但同时也因为运动副多切多为杆件，导致刚性不足，加工速度慢。两种设备均不能兼顾高刚性、灵活性的使用要求。

随着社会进步、科技发展，工业机器人的应用也越来越普遍。工业机器人是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。其工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。

工业机器人在生产中，一般需要配备除了自身性能特点的外围设备，如转动工件的回转台，移动工件的移动台等。这些外围设备的运动和位置控制都需要与工业机器人相配合并要求相应精度。通常机器人运动轴按其功能可划分为机器人轴、基座轴和工装轴，基座轴和工装轴统称外部轴。实际生产中常用的是6关节工业机器人，该操作机有6个可活动的关节(轴)，不同的工业机器人本体运动轴的定义也不同。用于保证末端执行器达到工作空间任意位置的轴称为基本轴或主轴；用于实现末端执行器任意空间姿态的轴，称为腕部轴或次轴。

现行的工业机器人运用到如磨削领域，通常是购买成熟的某一机器人或机器手(如六轴机器人)后，增设一磨削装置。比如，菲尔罗伯蒂克斯顺从式机器人技术有限公司在2017年04月04日申请的 PCT/EP2017/057982(中国国家阶段的专利号为201780034786.0)公开了一种机器人辅助的磨削装置，其包括：机械手、线性执行器、具有旋转的磨削工具的磨床，其中，磨床经由线性执行器与机械手相连结。该装置还包括保护盖，其部分包围旋转的磨削工具，其中，旋转的磨削工具至少在第一侧从保护盖伸出。设有一种调整机构，其将保护盖与磨床连接并且设计成相对于磨床调整保护盖的位置。

请参阅表1，其为现行机器人中常见六轴机器人本体运动轴的一个定义。通常，生产精密机器人需要大量技术支撑，因此一些巨头公司提供可存在广泛应用的如六轴机器人在内的工业机器人，各种场景应用由其它公司在该工业机器人的基础上加入外围设备，进行二次开发，以适应不同各种场景上的应用。

常见工业机器人本体运动轴的定义

表1

采用六轴工业机器人加上打磨设备在打运动副多，因此工作空间大，灵活性高，但同时也因为运动副多切多为杆件，导致刚性不足，加工速度慢。两种设备均不能兼顾高刚性、灵活性的使用要求。更重要的是，采用六轴工业机器人加上打磨设备进行磨削存在以下的问题：

首先，特别是当打磨设备直接设置在六轴机器人的外接端口时，第六轴的负载能力非常限制，因此六轴机器人末端执行件允许安装的重量有限，其安装空间也受限，当需要更高功率的打磨设备进行磨削时，目前很难实现。

其次，第六轴的安装误差所带来的累计误差的增加，由此导致磨削时按装末端的执行件无法提供更高精度，由此也影响了磨削精度。而且现行的六轴机器人末端按装的执行件通常是一个连接端部，不稳定，同样也影响其执行件的工作稳定性。