专利名称：一种石材立体工艺制品雕刻机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于石材立体工艺制品雕刻加工的雕刻机器人，属于石材制品加工设备技术领域。
背景技术：
目前石材立体工艺制品的加工方法仍然以人工为主，主要的加工工具分为以下几种，全手动工具，如雕刻刀、凿锤，半自动工具，如电\气动刀、凿。伴随自动化技术的发展，数控加工中心，数控雕刻机等设备也加入到石材工艺制品的雕刻加工中来。手工雕刻有工 作效率低、劳动强度大以及工作环境恶劣等缺点；数控雕刻机和加工中心可以加工石材立体工艺制品，但加工灵活性低，加工效果与人工雕刻相差较大。
实用新型内容本实用新型针对现有石材立体工艺制品雕刻加工方法中存在的不足，结合工业机器人技术提出了一种生产效率高、加工效果接近人工雕刻的石材立体工艺制品雕刻机器人。本实用新型通过以下技术解决方案实现一种石材立体工艺制品雕刻机器人，包括末端执行器和机器人本体；所述末端执行器与机器人本体末端相连，机器人本体与立柱丝杠副相连。所述末端执行器包含电主轴、连接座、刀柄和金刚石刀具；电主轴、连接座、刀柄和金刚石刀具依次连接；连接座与机器人本体末端相连。所述金刚石刀具通过螺纹幅连接到刀柄上，刀柄安装到电主轴的夹紧机构里。所述雕刻机器人本体包括腕部、小臂、大臂、溜板座以及在关节处的伺服电机和减速机；所述腕部、小臂、大臂、溜板座依次连接，在连接的关节处设置有伺服电机和减速机；所述溜板座与立柱丝杠副相连。所述伺服电机和减速机可以通过同步带装置连接。所述立柱丝杠副包括滚珠丝杠、电机、立柱和配重；滚珠丝杠、电机和配重均设置在立柱上,配重和机器人本体分列于立柱的两侧。腕部起传动作用的同步带轮、同步带以及转向齿轮和立柱上的伺服电机与滚珠丝杠螺母副。在大臂与溜板座连接的肩部和大小臂连接的肘关节部伺服电机与减速机直接相连，减速机驱动臂部转动，末端执行器与小臂连接的腕部则是伺服电机与同步带轮相连，能过同步带和转向齿轮将伺服电机的运动传递到减速机上。大臂通过溜板座与立柱丝杠副相连。末端执行器与腕部的连接部可以360度旋转，腕部、肘部、肩部可以在平面内摆动，溜板座带动机器人本体和末端执行器沿立柱上下运动，这些运动的组合可以使得金刚石到达三维空间坐标的任意位置进行雕刻工作。本石材立体工艺制品雕刻机器人采用了一个滑动副四个转动副的结构形式，属于关节型工业机器人范畴，驱动均采用伺服电机驱动，机器人材料为硬铝合金，强度高质量较轻可以使机器人运行更灵活。电主轴采用的是气动自动换刀式的主轴电机，结构紧凑。本实用新型通过机器人本体对末端执行器位置和位姿进行控制，从而可以进行灵活性高，多方位的雕刻加工。
图I是本实用新型的石材立体工艺制品雕刻机器人的结构示意图。图中，I、金刚石刀具，2、IS040刀柄，3、连接座，4、电主轴，5、第一 RV减速机，6、腕部，7、第二 RV减速机，8、第一伺服电机，9、第三RV减速机，10、第二伺服电机，11、第四RV减速机，12、滚珠丝杠，13、第三伺服电机，14、立柱，15、配重，16、溜板座，17、大臂，18、小臂。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。如图I所示，金刚石刀具I，IS040刀柄2，连接座3和电主轴4组成石材立体工艺制品雕刻机器人的末端执行器，负责材料的切削雕刻工作。连接座3上有通孔，固定并将末端执行器和第一 RV减速机5的输出端连接起来，第一伺服电机8通过同步带及一对转向锥齿轮传动后输入运动到第一 RV减速机5中，经减速后将转动输出到末端执行器上，便完成腕部6的转动运动。第一 RV减速机5连接固定于机器人的腕部6，第一 RV减速机5输出端连接机器末端执行器，其输入端为同步带轮轴，传动形式为小臂18内第一伺服电机8经同步带机构和转向齿轮组传动后输入到第一 RV减速机5，经减速后输出到机器人末端执行器，完成腕部6旋转运动；腕部6连接于第二 RV减速机7，第二 RV减速机7连接于小臂18，其输入端为同步带轮轴，传动形式为小臂18内第二伺服电机10转动经同步带机构传动后输入到第二 RV减速机7，经减速后输出到腕部6，完成腕部6的摆动运动。小臂18末端连接第三RV减速机9的固定端，另一端连接第三RV减速机9的输出端，小臂18内部还放有腕部驱动的第一伺服电机8和第二伺服电机10，以及同步带传动机构和转向齿轮结构。第三RV减速机9的固定端为大臂17,输入端为第一伺服电机8,第一伺服电机8直接与第三RV减速机9相连，直接传递转动，经变速后驱动小臂18绕肘关节转动，便完成小臂18的摆动。大臂17与小臂18相似，大臂17末端连接第三RV减速机9的固定端，另一端连接第四RV减速机11的输出端，第四RV减速机11的固定端为机器人溜板座16，输入端为第二伺服电机10，第二伺服电机10直接与第四RV减速机11相连，直接传递转动，经变速后驱动大臂17转动，便完成大臂17的摆动。溜板座16与立柱14为丝杠螺母副连接，通过第三伺服电机13与滚珠丝杠12传动，使机器人手臂部分沿立柱14上下移动。作业时石材坯料置于工作台上，按照预先设计的工艺准备好加工用的金刚石刀具1，设定电主轴4的加工转速，以及切削液的开关情况。加工进行时按照设计的加工艺生成机器人数控代码，控制机器人的伺服电机协同工作，使机器人末端执行器的位置变换以及金刚石刀具I的位姿变化，从而进行雕刻加工，在加工过程中按需要进行自动换刀，这里控制机器人运动到刀架处，换好金刚石刀具后继续回来工作位置进行加工。加工完成后，将机器人恢复到原始位置以便维护。上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。·
权利要求1.一种石材立体工艺制品雕刻机器人，其特征是，包括末端执行器和机器人本体；所述末端执行器与机器人本体末端相连，机器人本体与立柱丝杠副相连。
2.如权利要求I所述的石材立体工艺制品雕刻机器人，其特征是，所述末端执行器包含电主轴、连接座、刀柄和金刚石刀具；电主轴、连接座、刀柄和金刚石刀具依次连接；连接座与机器人本体末端相连。
3.如权利要求2所述的石材立体工艺制品雕刻机器人，其特征是，所述金刚石刀具通过螺纹幅连接到刀柄上，刀柄安装到电主轴的夹紧机构里。
4.如权利要求I所述的石材立体工艺制品雕刻机器人，其特征是，所述雕刻机器人本体包括腕部、小臂、大臂、溜板座以及在关节处的伺服电机和减速机；所述腕部、小臂、大臂、溜板座依次连接，在连接的关节处设置有伺服电机和减速机；所述溜板座与立柱丝杠副相连。
5.如权利要求4所述的石材立体工艺制品雕刻机器人，其特征是，所述伺服电机和减速机通过同步带装置连接。
6.如权利要求I所述的石材立体工艺制品雕刻机器人，其特征是，所述立柱丝杠副包括滚珠丝杠、电机、立柱和配重；滚珠丝杠、电机和配重均设置在立柱上,配重和机器人本体分列于立柱的两侧。
专利摘要本实用新型公开了一种石材立体工艺制品雕刻机器人，包括末端执行器和机器人本体；所述末端执行器与机器人本体末端相连，机器人本体与立柱丝杠副相连。本实用新型通过机器人本体对末端执行器位置和位姿进行控制，从而可以进行灵活性高，多方位的雕刻加工。
文档编号B44C3/06GK202669352SQ20122030680
公开日2013年1月16日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者张进生, 王志, 张善永, 王经坤 申请人:山东大学