机器人以及加工系统
阅读：73发布：2023-03-10
专利汇可以提供机器人以及加工系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及 机器人 领域，尤其涉及一种机器人以及加工系统。该机器人包括 基座 和 手腕 部，以及 位置 调整部，所述位置调整部通过第一枢 转轴 装配至所述基座，且具有沿所述第一枢转轴的轴向方向相对所述基座可升降的末端部；第一臂，所述第一臂的一端通过第二枢转轴装配至所述位置调整部的末端部，其中所述第一枢转轴与所述第二枢转轴平行；所述手腕部装配至所述第一臂的另一端。由于该机器人的位置调整部与基座之间的配合包括枢转配合和滑动配合，相较于 现有技术 中均采用枢转配合的机器人，其自身结构具有更高的 刚度 ，进而提高了应用于 机械加工 时该机器人的加工 精度 。，下面是机器人以及加工系统专利的具体信息内容。
1.一种机器人，包括基座和手腕部，其特征在于，还包括：
位置调整部，所述位置调整部通过第一枢转轴装配至所述基座，且具有沿所述第一枢转轴的轴向方向相对所述基座可升降的末端部；
第一臂，所述第一臂的一端通过第二枢转轴装配至所述末端部，其中所述第一枢转轴与所述第二枢转轴平行；以及
所述手腕部装配至所述第一臂的另一端。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述位置调整部包括枢转部和升降部，其中：
所述枢转部通过所述第一枢转轴装配至所述基座，所述升降部的一端滑动装配至所述枢转部，所述升降部的另一端构成为所述末端部；或者
所述升降部沿所述第一枢转轴的轴向方向相对所述基座可升降，所述枢转部的一端通过所述第一枢转轴装配至所述升降部，所述枢转部的另一端构成为所述末端部。
3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述枢转部为铸铁的柱状枢转部。
4.根据权利要求1、2或3所述的机器人，其特征在于，所述手腕部包括：通过第三枢转轴装配至所述第一臂的另一端的第一腕部、通过第四枢转轴装配至所述第一腕部的第二腕部，和通过第五枢转轴装配至所述第二腕部的第三腕部，其中，所述第三枢转轴、第四枢转轴和第五枢转轴满足如下任何一种装配关系：
所述第三枢转轴与所述第二枢转轴垂直且与所述第一臂的延伸方向垂直，所述第四枢转轴与所述第三枢转轴垂直，所述第五枢转轴与所述第四枢转轴垂直；或者所述第三枢转轴与所述第二枢转轴垂直且与所述第一臂的延伸方向平行，所述第四枢转轴与所述第三枢转轴垂直，所述第五枢转轴与所述第四枢转轴垂直。
5.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于，还包括：设置于所述第一臂的远离所述第一腕部的一侧上的三个电动机，所述三个电动机分别通过相应的传动杆驱动所述第一腕部、所述第二腕部和所述第三腕部动作。
6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，还包括：装配在所述第一臂的另一端与所述第一腕部之间的第二臂，所述相应的传动杆设置在所述第二臂内。
7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，还包括用于夹持加工刀具或待加工工件的夹持组件，所述夹持组件装配至所述手腕部。
8.根据权利要求7所述的机器人，其特征在于，所述加工刀具包括打磨工具。
9.一种加工系统，其特征在于，包括权利要求1～8中任一项所述的机器人，以及与所述机器人连接的控制器。
10.根据权利要求9所述的加工系统，其特征在于，所述加工系统为机器人系统。
机器人以及加工系统
技术领域
背景技术
[0002] 随着生产自动化需求的提升，工业机器人除传统焊接、在机床上下料、物料搬运等应用外，在工件去毛刺、研磨等领域也得到了广泛的应用。为了提高对工件加工的精度和灵活性，六轴机器人应用于去毛刺、研磨等机械加工领域。现有的六轴机器人通常包括基座、第一臂、第二臂、第三臂，以及手腕部，其中第一臂的一端与基座枢转装配，第一臂的另一端与第二臂的一端枢转装配，第二臂的另一端与第三臂的一端枢转装配，手腕部包括与第三臂的另一端枢转装配的第一腕部、与第一腕部枢转装配的第二腕部，以及与第二腕部枢转装配的第三腕部。
[0003] 然而，本申请的发明人发现，该六轴机器人应用于铸铁件的去毛刺机械加工时，铸铁件对机器人的第三腕部产生的反作用力极易引起六轴机器人的晃动甚至偏离加工位置，进而导致机器人的加工精度较低。实用新型内容
[0004] 本实用新型提供一种机器人，其自身结构具有较高的刚度，从而提高该机器人应用于机械加工时的加工精度。
[0005] 为此，本实用新型实施方式的一个方面是提供了一种机器人，包括：基座和手腕部，以及
[0006] 位置调整部，所述位置调整部通过第一枢转轴装配至所述基座，且具有沿所述第一枢转轴的轴向方向相对所述基座可升降的末端部；
[0007] 第一臂，所述第一臂的一端通过第二枢转轴装配至所述末端部，其中所述第一枢转轴与所述第二枢转轴平行；以及
[0008] 所述手腕部装配至所述第一臂的另一端。
[0009] 本实用新型提供的上述机器人，位置调整部与基座之间的配合包括枢转配合和滑动配合，因而相较于现有技术中均采用枢转配合的机器人，本实用新型提供的机器人的自身结构具有更高的刚度，从而降低因机械加工过程中加工刀具或待加工工件对机器人的反作用力而引起机器人失稳晃动的情况发生的概率，进而当该机器人应用于机械加工时，能够极大地提高机械加工的加工精度。
[0010] 具体的，在本实用新型的一个实施方式中，所述位置调整部包括枢转部和升降部，其中所述枢转部通过所述第一枢转轴装配至所述基座，所述升降部的一端滑动装配至所述枢转部，所述升降部的另一端构成为所述末端部。
[0011] 在本实用新型的上述实施方式中，枢转部可以为铸铁的柱状枢转部，这样，能够使枢转部具有较大的惯性，当机器人到达加工位置开始加工时，能够进一步提高机器人的刚度。
[0012] 具体的，在本实用新型的另一个实施方式中，所述位置调整部包括枢转部和升降部，所述升降部沿所述第一枢转轴的轴向方向相对所述基座可升降，所述枢转部的一端通过所述第一枢转轴装配至所述升降部，所述枢转部的另一端构成为所述末端部。
[0013] 在本实用新型的上述实施方式中，升降部为气动或者液压升降机，具有很好的刚度，从而提高了机器人的刚度。
[0014] 考虑到机器人工作时，需要实现机器人在一基准点处调整机器人的抓拿姿势或调整加工刀具与待加工工件之间的切削角度等加工参数，进一步提高本实用新型提供的机器人的加工精度等机械加工性能，因此，在前述各个实施方式的基础上，本发明的另一个实施方式中的手腕部包括：通过第三枢转轴装配至所述第一臂的另一端的第一腕部、通过第四枢转轴装配至所述第一腕部的第二腕部，和通过第五枢转轴装配至所述第二腕部的第三腕部，其中，所述第三枢转轴与所述第二枢转轴垂直且与所述第一臂的延伸方向垂直，所述第四枢转轴与所述第三枢转轴垂直，所述第五枢转轴与所述第四枢转轴垂直。
[0015] 当然，第三枢转轴、第四枢转轴与第五枢转轴之间的相对装配关系还可以为：所述第三枢转轴与所述第二枢转轴垂直且与所述第一臂的延伸方向平行，所述第四枢转轴与所述第三枢转轴垂直，所述第五枢转轴与所述第四枢转轴垂直。
[0016] 由于第一腕部、第二腕部和第三腕部的动作通常由电动机来分别驱动，因此在本实用新型的又一个实施方式中，还包括：设置于所述第一臂的远离所述第一腕部的一侧上的三个电动机，所述三个电动机分别通过相应的传动杆驱动所述第一腕部、第二腕部和第三腕部动作。由于三个电动机分别设置于第一臂的远离所述第一腕部的一侧上，因此能够有效地防止在机械加工过程中产生的粉尘、碎屑等进入电动机，从而提高电动机的运行可靠性。
[0017] 考虑到在机械加工过程中传动杆容易受到外界的作用力以及粉尘等而引起的损坏或传动精度降低，因此在上述实施方式的基础上，本实用新型的又一实施方式的机器人还包括：装配在所述第一臂的另一端与所述第一腕部之间的第二臂，所述相应的传动杆设置在所述第二臂内。
[0018] 当然，本实用新型提供的机器人通常应用于机械加工中，因此在本实用新型的一个实施方式中，还包括用于夹持加工刀具或待加工工件的夹持组件，所述夹持组件装配至所述手腕部。其中加工刀具包括打磨工具等。
[0020] 图1为本实用新型提供的机器人第一实施方式的立体结构示意图；
[0021] 图2为图1示出的机器人的另一立体机构示意图；
[0022] 图3为本实用新型提供的机器人第二实施方式的部分结构简图；
[0023] 图4为图1示出的机器人的手腕部的放大结构示意图；
[0024] 图5为图1示出的机器人的主视图；
[0025] 图6为图1示出的机器人的俯视图。
具体实施方式
[0026] 在机器人的很多应用场合，需要机器人具有较大的刚度，本实用新型提供的机器人的位置调整部与基座之间的配合包括枢转配合和滑动配合，相较于现有技术中均采用枢转配合的机器人，其自身结构具有更高的刚度，进而提高了应用于机械加工时该机器人的加工精度。
[0027] 为更清楚地理解本实用新型实施方式，参照附图，以具体的实施例进行详细说明。
[0028] 如图1、图2所示，为本实用新型的第一实施方式中的机器人的结构示意图，其中，X、Y、Z分别代表空间直角坐标系下的坐标轴，该机器人包括基座11、手腕部12，以及位置调整部13，位置调整部13通过第一枢转轴F1装配至基座11，且具有沿第一枢转轴F1的轴向方向相对基座11可升降的末端部，具体地，位置调整部13包括枢转部131和升降部132，其中枢转部131通过第一枢转轴F1装配至基座11，升降部132的一端1321沿第一枢转轴F1的轴向方向滑动装配至枢转部131(也就是升降方向沿着位置调整部13的枢转轴的轴向方向)，此时升降部132的另一端1322构成为位置调整部13的末端部；
[0029] 该电动机还包括：第一臂14，第一臂14的一端141通过第二枢转轴F2装配至升降部的另一端1322(也就是第一臂的一端可枢转地装配至位置调整部13的末端部)，其中第二枢转轴F2与第一枢转轴F1平行；
[0030] 以及手腕部12装配至第一臂14的另一端142。
[0031] 需要说明的是，枢转部131通过第一枢转轴F1装配至基座11，第一枢转轴可以为枢转部131的一部分，也可以为基座11的一部分，当然，还可以为独立于枢转部131和基座11的构件；同样地，第二枢转轴F2可以为第一臂14的一部分，也可以为升降部132的一部分，当然，也可以为独立于第一臂14和升降部132的构件。
[0032] 另外，机器人应用于机械加工中时，在手腕部通常设置有用于夹持加工刀具或待加工工件的夹持组件，以与位于工作台上相应的待加工工件或加工刀具相互作用，从而实现机械加工的目的，其中加工刀具可以为去毛刺刀、砂轮等打磨工具。例如，当利用机器人进行去毛刺加工时，参照图1所示，手腕部12设置有用于夹持加工刀具的夹持组件(图中未示出)，加工刀具为去毛刺刀，分析本实施例提供的机器人的工作过程和受力情况。
[0033] 当需要对位于工作台上的待加工工件进行去毛刺处理时，首先枢转部131绕着第一枢转轴F1在XY平面内旋转一定的角度，随后升降部沿Z轴方向下降(或上升)一定的高度，第一臂14随后绕着平行于Z轴的第二枢转轴F2旋转一定的角度，至此机器人的手腕部到达待加工位置。当开始对待加工工件去毛刺处理时，待加工工件对加工刀具会产生一定的反作用力，进而该反作用力经由夹持组件、手腕部12、第一臂14传递至升降部132，升降部132的具体受力参照图1所示，由图1中可以明显看出，当升降部132的另一端1322受到沿X方向和Y方向上的作用力或者受到绕X轴方向上的扭矩等等的作用力时，由于升降部132的一端1321滑动装配至枢转部131，即枢转部131和升降部132构成移动副，因而使得升降部132只在Z轴方向上移动，从而能够有效地防止升降部132在沿X轴方向和Y轴方向上的移动、绕X轴的转动等晃动的情况发生。
[0034] 因而，由上述分析可知，本实施例提供的机器人相较于现有技术中各个臂均采用枢转配合的多轴机器人，能够有效地提高机器人自身结构的刚度和稳定性，从而降低因机械加工过程中加工刀具或待加工工件对机器人的反作用力而引起机器人失稳晃动的情况发生的概率，进而当该机器人应用于机械加工时，能够极大地提高机械加工的加工精度，例如加工精度可以在±0.2mm范围内，甚至更高的精度；尤其当本实施例提供的机器人应用于硬度较高的待加工工件时，例如铸铁件等，上述有益效果尤为明显；并且通过降低本实施例提供的机器人的加工速度，能够进一步有效地提高机械加工的加工精度。
[0035] 另外，需要说明的是，位置调整部的枢转部采用柱状的形式，例如可以为三角形、四边形、多边形、圆形的枢转部等，当然枢转部还可以为其它的实现形式。枢转部131优选采用铸铁、铸钢等材质，使得枢转部131的重量较大，从而能够保持较大的惯性，当机器人到达加工位置开始加工时，由于其具有较大的惯性，因而能够进一步提高机器人的刚度。
[0036] 如图3所示，为本实用新型的第二实施方式中的机器人，与第一实施方式相比基本类似，其中位置调整部23的升降部232可以沿第一枢转轴F1的轴向方向相对基座21升降，例如可以是采用气动或者液压驱动的升降机构，枢转部231的一端2311通过第一枢转轴F1装配至升降部232，枢转部231的另一端2312构成为末端部，第一臂24的一端241通过第二枢转轴F2装配至枢转部231的另一端2312，其余构件的装配关系不再赘述。
[0037] 本实施例提供的机器人在应用于机械加工时，当升降部受到来自枢转部231的一端2311对其作用力时，同理，由于升降部232作为一部升降机构，也可以和基座21构成移动副，因而能够有效地防止升降部在沿X轴和Y轴方向上的移动和绕X轴的转动等晃动的情况发生。
[0038] 因而，由上述分析可知，本实施例提供的机器人相较于现有技术中各个臂均采用枢转配合的多轴机器人，也能够有效地提高机器人自身机构的刚度和稳定性，从而降低因机械加工过程中的反作用力而发生的机器人失稳晃动的情况发生的概率，进而提高了机械加工的加工精度。另外，本实施例中的升降部232可以优选采用铸铁、铸钢等材质，以便当机器人到达加工位置开始加工时，由于其具有较大的惯性，因而能够进一步提高机器人的刚度。
[0039] 继续参照图1、图2、图4和图5所示，为本实用新型的第三实施方式中的机器人，该机器人在第一实施方式或第二实施方式的基础上，其中手腕部12包括：通过第三枢转轴F3装配至第一臂14的另一端142的第一腕部121、通过第四枢转轴F4装配至第一腕部121的第二腕部122，和通过第五枢转轴F5装配至第二腕部122的第三腕部123，其中，[0040] 第三枢转轴F3与第二枢转轴F2垂直且与第一臂14的延伸方向(参照图2中带双箭头直线所示)垂直，第四枢转轴F4与第三枢转轴F3垂直，第五枢转轴F5与第四枢转轴F4垂直。
[0041] 当然，第三枢转轴可以为第一腕部121的一部分，也可以为第一臂14的一部分，也可以为独立于第一腕部和第一臂的构件；第四枢转轴可以为第一腕部121或者第二腕部122的一部分，也可以为独立于第一腕部121和第二腕部122的构件；第五枢转轴可以为第二腕部122或第三腕部123的一部分，也可以为独立于第二腕部122和第三腕部123的构件，在此不做具体的限定，只要能够实现第一腕部、第二腕部和第三腕部分别转动即可。
[0042] 从上述结构可知，本实施例提供的机器人，枢转部131可绕着第一枢转轴F1转动，升降部132可沿着第一枢转轴F1的轴向方向(如图1中带双向箭头的直线所示)滑动，此时枢转部131可以认为是F6轴，升降部沿着F6轴滑动，第一臂14可绕第二枢转轴F2转动，第一腕部121可绕第三枢转轴F3转动，第二腕部122可绕第四枢转轴F4转动，第三腕部123可绕第五枢转轴转动。也就是说，本实施例提供的机器人为六轴机器人，其中，第六轴F6、第一枢转轴F1和第二枢转轴F2为该机器人的基本轴。
[0043] 下面以在第一实施方式的基础上提供的实施方式进行具体说明。
[0044] 当本实施例提供的机器人工作时，首先通过枢转部131、升降部132和第一臂14使手腕部12到达待加工位置，并随后根据实际需要通过第一腕部121绕第三枢转轴F3的转动、第二腕部122绕第四枢转轴F4的转动和第三腕部123绕第五枢转轴F5的转动在该待加工位置的这一基准点处来调整姿势，即该机器人能够控制在一点处动作，例如，当机器人应用于机械加工时，可以调整加工刀具与待加工工件之间的切削角度等加工参数，或者当机器人应用于搬运时，可以调整抓拿姿势，因此，也就是说本实施例提供的机器人能够在应用过程中，实现在一个基准点处调整姿势，以适应不同材料、不同形状的机械零件，从而提高机器人的性能，尤其是应用于机械加工时，可以大大地提高加工精度和加工性能。
[0045] 另外，本实用新型的第四实施方式的机器人，在第一实施方式或第二实施方式的基础上，该机器人的手腕部包括：通过第三枢转轴装配至第一臂的另一端的第一腕部、通过第四枢转轴装配至第一腕部的第二腕部，和通过第五枢转轴装配至第二腕部的第三腕部，其中，
[0046] 第三枢转轴与第二枢转轴垂直且与第一臂的延伸方向平行，第四枢转轴与第三枢转轴垂直，第五枢转轴与第四枢转轴垂直。
[0047] 与第三实施方式中的机器人同样的道理，当本实施例提供的机器人工作时也能够在应用过程中，实现在一个基准点处调整姿势，以适应不同材料、不同形状的机械零件，从而提高机器人的性能，尤其是应用于机械加工时，可以大大地提高加工精度和加工性能。
[0048] 参照图6所示，为本实用新型的第五实施方式的机器人，在前述第三、第四或第五实施方式提供的机器人的基础上，还包括：设置于第一臂14的远离第一腕部121的一侧上的三个电动机5，三个电动机5分别通过相应的传动杆(图中未示出)驱动第一腕部121、第二腕部122和第三腕部123动作。
[0049] 需要说明的是，三个电动机通过相应的传动杆驱动第一腕部、第二腕部和第三腕部动作时，还可以根据需要设置减速器以满足所需要的加工速度。
[0050] 当本实施例提供的机器人在应用时，由于三个电动机5设置于第一臂14的远离第一腕部121的一侧上，因而能够有效地防止加工过程中产生的粉尘、碎屑等进入电动机而影响电动机的运行可靠性，尤其当加工导电材料的机械零件时，能够有效地防止产生的导电碎屑进入电动机而使电动机损坏的情况发生；并且由于电动机还通过相应的传动杆驱动相应的腕部，因而通过合理地根据加工需要设计传动杆的长度，能够尤其有效地提高电动机的运行可靠性。
[0051] 进一步地，为了提高传动精度，防止传动杆的损坏，继续参照图5所示，本实用新型的第六实施方式中提供的机器人，还包括：装配在第一臂14的另一端142与第一腕部121之间的第二臂15，相应的传动杆设置在第二臂15内。
[0052] 由于传动杆设置在第二臂内，因而能够有效地防止传动杆受到外界的作用力以及粉尘等而引起的损坏或传动精度降低，大大提高了机器人工作的可靠性和加工精度。
[0053] 需要说明的是，第一腕部、第二腕部和第三腕部的具体形式不限，例如可以为臂的形式。另外，本实用新型的前述实施方式可以根据需要任意组合，使其具有相应的功能。本实用新型提供的机器人可以根据需要广泛地应用于机械加工或搬运等需要机器人的刚度较高的应用场合中。
[0054] 另外，由于现有机械加工时通常采用加工系统来提高自动化程度，为了提高加工系统的加工精度，本实用新型的一个实施方式中还提供了一种加工系统，该加工系统包括上述任一实施方式所提供的机器人，以及与该机器人连接的控制器。该加工系统可以为机器人系统。
[0055] 在此需要说明的是，本领域技术人员根据本实用新型的上述各个实施方式可知：
[0056] 本实用新型提供的机器人中，机器人包括基座、手腕部，以及位置调整部，该位置调整部通过第一枢转轴装配至基座，且具有沿第一枢转轴的轴向方向相对基座可升降的末端部；第一臂，第一臂的一端通过第二枢转轴装配至该末端部，其中第一枢转轴与第二枢转轴平行；手腕部装配至第一臂的另一端。由于该机器人的装配关系中，位置调整部与基座之间的配合包括枢转配合和滑动配合，因而相较于现有技术中均采用枢转配合的六轴机器人，本实用新型提供的六轴机器人的结构具有更高的刚度，因而应用于机械加工时，能够极大地提高机械加工的加工精度。
[0057] 为了进一步提高本实用新型提供的机器人的加工精度和加工性能，实现机器人在待加工位置这一基准点处调整机器人的抓拿姿势或调整加工刀具与待加工工件之间的切削角度等加工参数，其中手腕部包括：通过第三枢转轴装配至第一臂的另一端的第一腕部、通过第四枢转轴装配至第一腕部的第二腕部，和通过第五枢转轴装配至第二腕部的第三腕部。
[0058] 其中，第三枢转轴、第四枢转轴与第五枢转轴之间的相对装配关系有多种，只要能够实现机器人在一个基准点处调整动作即可，例如，第三枢转轴与第二枢转轴垂直且与第一臂的延伸方向垂直，第四枢转轴与第三枢转轴垂直，第五枢转轴与第四枢转轴垂直；或者，第三枢转轴与第二枢转轴垂直且与第一臂的延伸方向平行，第四枢转轴与第三枢转轴垂直，第五枢转轴与第三枢转轴垂直。
[0059] 由于第一腕部、第二腕部和第三腕部的动作通常由三个电动机分别驱动，为了防止在机械加工过程中产生的粉尘、碎屑等进入电动机而影响电动机的运行可靠性，可以将三个电动机设置于第一臂的远离第一腕部的一侧上，并分别通过相应的传动杆驱动第一腕部、第二腕部和第三腕部动作。
[0060] 考虑到在机械加工过程中传动杆容易受到外界的作用力以及粉尘等而引起的损坏或传动精度降低，因此本实用新型还包括：装配在第一臂的另一端与第一腕部的基端部之间的第二臂，相应的传动杆设置在第二臂内，以提高传动精度，防止传动杆的损坏。
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