一种机器人化螺旋制孔系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型设计一种螺旋制孔系统，尤其是一种机器人化的螺旋制孔系统，属于工控领域。
【背景技术】
[0002]机器人化自动制孔系统以其自动化、柔性化、高精度、造价低等优势，成为了航空、航天、造船、汽车等大型装配领域发展智能制孔设备的首先。由于钻削制孔是一种定尺寸制孔方法，对于高精度连接孔它需要采取钻孔、扩孔、铰孔等组合工序，大量换刀环节将严重影响制孔效率。尤其随着钛合金、铝合金、碳纤维复合材料等难加工材料的应用越来越广，传统钻孔因其过大制孔轴向力，极易导致此类材料工件的制孔缺陷。因此，如何提升机器人化自动制孔系统的加工效率和制孔质量，已成为机器人化自动制孔系统在上述大型装配领域应用推广中必须首要解决的技术问题。
【发明内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是现有的机器人化钻孔系统存在制孔轴向力大、制孔孔径小以及加工效率低等问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种机器人化螺旋制孔系统，包括四自由度串联机器人、终端制孔单元以及系统控制器；
[0005]四自由度串联机器人包括矩形框底座、托板、立柱、大臂以及小臂；矩形框底座的两条长度边框的相对内侧均设有纵向齿条，两条长度边框的上侧面均设有纵向导轨；托板的底面设有两条底面滑槽，两条底面滑槽分别嵌于两条纵向导轨上，并可沿两条纵向导轨来回滑动；托板的四个顶角处分别设有一个纵向驱动电机，纵向驱动电机的输出轴上设有驱动齿轮，驱动齿轮与对应位置处的纵向齿条相啮合；立柱竖直安装在托板的顶部，立柱的顶部竖直设有一个水平转动电机，水平转动电机的输出轴上设有水平转动关节；水平转动关节的顶部水平设有一个大臂驱动电机，大臂的一端垂直安装在大臂驱动电机的输出轴上，大臂驱动电机驱动大臂在竖直面内摆动；大臂的另一端设有小臂驱动机构，小臂的连接端通过摆动轴摆动式安装在大臂的另一端上，小臂驱动机构驱动小臂绕摆动轴在竖直面内摆动；
[0006]终端制孔单元包括三杆并联机构、螺旋制孔机构和法矢检测机构；
[0007]三杆并联机构包括动平台、定平台、第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆以及第三电动伸缩杆；定平台的后侧面固定安装在小臂的对接安装端上；第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆以及第三电动伸缩杆的底端均通过虎克铰链等弧度安装在定平台前侧面的圆周边缘上；第一电动伸缩杆上装有驱动其活动杆伸缩运动的第一驱动电机；第二电动伸缩杆上装有驱动其活动伸缩杆运动的第二驱动电动；第三电动伸缩杆上装有驱动其活动伸缩杆运动的第三驱动电机；第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆以及第三电动伸缩杆的三根活动杆顶端均通过球形铰链安装在动平台后侧面的圆周边缘上；
[0008]螺旋制孔机构包括公转电机、圆筒形的公转壳体、圆柱形的自转电机、公转半径调节电机、蜗杆以及蜗轮；公转电机上设有公转减速装置，公转减速装置的输出轴上设有公转驱动齿轮；公转壳体垂直穿过动平台的中心孔，并转动式安装在动平台上；公转壳体的外圆周上设有一圈公转齿圈，公转齿圈与公转驱动齿轮相啮合；自转电机的顶端对接有圆柱形的自转减速装置，且自转电机的轴心线与自转减速装置的轴心线位于同一轴线上；自转电机和自转减速装置通过两个内轴承转动式安装在公转壳体内；自转减速装置的输出轴向前伸出公转壳体外，且自转减速装置的输出轴偏离其轴心线；自转减速装置的输出轴上设有刀杆，刀杆上装有刀具；自转电机的尾端设有向后伸出公转壳体后端盖的公转半径调节轴，公转半径调节轴上设有蜗轮；公转半径调节电机安装在公转壳体的后端盖上，蜗杆分别通过前支撑座和后支撑座安装在公转壳体的后端盖上；蜗杆与公转半径调节电机的输出轴同轴传动；蜗杆与蜗轮相嗤合；
[0009]法矢检测机构包括垂直安装在动平台前侧面上的第一光距传感器、第二光距传感器以及第三光距传感器；第一光距传感器、第二光距传感器以及第三光距传感器位于同一圆周上，且相邻两个之间的弧度相等；
[0010]系统控制器分别与纵向驱动电机、水平转动电机、大臂驱动电机、小臂驱动机构、第一驱动电机、第二驱动电动、第三驱动电机、公转电机、自转电机、公转半径调节电机、第一光距传感器、第二光距传感器以及第三光距传感器相连。
[0011]采用四自由度串联机器人带动终端制孔单元进行制孔姿势调节，能够有效提高制孔姿态的灵活性和制孔精度；采用三杆并联机构带动螺旋制孔机构进行制孔姿势微调节，能够进一步提高制孔姿态的灵活性和制孔精度；采用公转电机带动公转壳体进行整体转动，在自转减速装置的输出轴偏离其轴心线的情况下，能够有效改变制孔时的孔径调节，实现了一把刀可加工一系列孔径，有效避免了机器人化钻孔系统制孔时换刀环节，可大大提高制孔的加工效率，尤其适合于工件的孔系加工；采用三杆并联机构与螺旋制孔机构的协同工作，能够有效简化螺旋制孔机构组成，降低了螺旋制孔机构的设计难度与制造成本；采用蜗杆与蜗轮的结构能够有效防止在公转电机带动公转壳体进行整体转动时不会出现自转电机转动，提高了制孔的精度；采用法矢检测能够实时检测待制孔点的法矢误差，并将该误差送至控制器，控制三杆并联机构实时修正终端制孔单元的制孔位姿，有效提高制孔精度。
[0012]作为本实用新型的进一步限定方案，大臂的另一端设有驱动空腔，小臂驱动机构安装在驱动空腔内；小臂驱动机构包括小臂驱动电机、齿轮传动轴以及端盖；小臂驱动电机的输出轴上设有主锥形齿轮；齿轮传动轴的一端转动式安装在驱动空腔的腔壁上，另一端转动式安装在端盖上，端盖封盖在驱动空腔的侧面开口上；齿轮传动轴上固定设有一个从锥形齿轮和两个传动齿轮；从锥形齿轮与主锥形齿轮相啮合，并与两个传动齿轮同轴传动；小臂的连接端通过摆动轴摆动式安装在大臂的另一端上，并在连接端上设有两个从动齿轮；传动齿轮与从动齿轮相啮合，并驱动小臂绕摆动轴在竖直面内摆动；小臂驱动电机与系统控制器相连。采用传动齿轮与从动齿轮相啮合从而带动小臂上下摆动，能够提高小臂的摆动精度控制；采用端盖能够方便拆卸或维修小臂驱动机构。
[0013]作为本实用新型的进一步改进方案，动平台的前侧面上设有支撑壳体，支撑壳体套设在公转壳体上，且公转壳体可相对支撑壳体转动。采用支撑壳体能够有效防止公转壳体在旋转过程中发生晃动，进一步提高了制孔的精度。
[0014]作为本实用新型的进一步改进方案，公转壳体的前端设有封盖在公转壳体上的轴承端盖，自转减速装置的输出轴穿过轴承端盖。采用轴承端盖能够防止制孔过程中钢肩飞溅到内轴承上，避免内轴承在工作过程中受损。
[0015]作为本实用新型的进一步限定方案，公转壳体的轴心线与自转减速装置的轴心线相偏离。采用将公转壳体的轴心线设计成与自转减速装置的轴心线相偏离，能够进一步扩大孔径的扩展范围。
[0016]作为本实用新型的进一步限定方案，公转壳体的轴心线与自转减速装置的轴心线相偏离的公转偏心量等于自转减速装置的输出轴偏离其轴心线的自转偏心量，且公转偏心量的偏离方向与自转偏心量的偏离方向相反。该设计能够将制孔的半径范围扩展到:刀具直径?刀具直径加两倍偏心量。
[0017]作为本实用新型的进一步改进方案，大臂的侧面设有大臂支撑轴；小臂的侧面设有小臂支撑轴，大臂支撑轴和小臂支撑轴之间安装有支撑油缸；系统控制器与支撑油缸的液压系统相连。采用支撑油缸能够有效提高制孔时大臂与小臂之间的支撑刚性，防止小臂在制孔过程中发生晃动。
[0018]本实用新型的有益效果在于:(I)采用四自由度串联机器人带动终端制孔单元进行制孔姿势调节，能够有效提高制孔姿态的灵活性和制孔精度；(2)采用三杆并联机构带动螺旋制孔机构进彳丁制孔姿势微调节，能够进一步提尚制孔姿态的灵活性和制孔精度；(3)采用公转电机带动公转壳体进行整体转动，在自转减速装置的输出轴偏离其轴心线的情况下，能够有效改变制孔时的孔径调节，实现了一把刀可加工一系列孔径，有效避免了机器人化钻孔系统制孔时换刀环节，可大大提高制孔的加工效率，尤其适合于工件的孔系加工；
(4)采用三杆并联机构与螺旋制孔机构的协同工作，能够有效简化螺旋制孔机构组成，降低了螺旋制孔机构的设计难度与制造成本；(5)采用蜗杆与蜗轮的结构能够有效防止在公转电机带动公转壳体进行整体转动时不会出现自转电机转动，提高了制孔的精度；(6)采用法矢检测能够实时检测待制孔点的法矢误差，并将该误差送至控制器，控制三杆并联机构实时修正终端制孔单7Π的制孔位姿，有效提尚制孔精度。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0020]图2为本实用新型的四自由度串联机器人结构示意图；
[0021]图3为本实用新型的水平转动关节结构示意图；
[0022]图4为本实用新型的大臂结构示意图；
[0023]图5为本实用新型的小臂结构示意图；
[0024]图6为本实用新型的终端制孔单元结构示意图；
[0025]图7为本实用新型的三杆并联机构结构示意