专利名称：混联冲压机器人的制作方法
混联冲压机器人
技术领域：
本发明涉及一种冲压机器人，尤其涉及一种具有五自由度的混联冲压机器人。背景技术：
工业生产使用的机器人按照拓扑结构分为串联型、并联型。串联型机器人具有适应性强、工作空间大、灵活性和可操作性好、技术成熟优点；比较典型和成功的包括PUMA机械手和德国的KUKA机械手；并联型机器人刚度大、精度高、易于快速操作，典型的包括Stewart机械手和Delta机械手。工业机器人可应用于冲压工艺，实现元料的提取、送料加工与取料，其能提高劳动生产率,稳定和提高产品质量,改善劳动条件,降低生产成本,缩短生产周期,保证生产均衡性，有显著的经济效益。·但是，串联型机器人刚度比较低、积累误差大、精度低，不适于快速高精度操作；并联型机器人工作空间小，易于发生杆件的干涉和出现奇异位置。因此有必要并克服串联型、并联型机器人的缺点，使其满足冲压工艺对机器人刚度大、运动精度高、工作空间大、快速完成取料、送料。
发明内容本发明要解决的技术问题在于提供一种满足冲压工艺对机器人刚度大、运动精度高、工作空间大的混联冲压机器人。为达到本发明的目的，本发明提供一种混联冲压机器人，包括具有一转动组件的转台机构，固定在所述转动组件上的升降机构，设置在所述升降机构上的并联机构，与所述并联机构连接的驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述并联机构；其中，所述并联机构包括在第一平面转动的两RRU支链、在垂直于所述第一平面的第二平面转动的一 RUU支链、一可转动的末端执行器，所述两RRU支链的第一端、RUU支链的第一端设置在所述升降机构上，所述两RRU支链的第二端、RUU支链的第二端设置在所述末端执行器上。优选地，所述RRU支链包括第一主动臂、第一从动臂、连接模块，第一主动臂的第一端设置在所述升降机构上，第一从动臂的第二端设置在所述末端执行器上，连接模块分别与所述第一主动臂的第二端和所述第一从动臂的第一端连接；所述RUU支链包括驱动模块、第二主动臂、第二从动臂，驱动模块固定在升降机构上，第二主动臂的第一端设置在驱动模块上，第二从动臂的第一端与第二主动臂的第二端连接，第二从动臂的第二端设置在末端执行器上。优选地，所述第一主动臂包括第一主动杆、与第一主动杆平行的至少一第一主随动杆，第一主动杆与第一主随动杆的一端转动连接在升降机构上，第一主动杆与第一主随动杆的另一端转动连接在连接模块上；所述第一从动臂包括第一从动杆、与第一从动杆平行的至少一从随动杆，第一从动杆与从随动杆的一端转动连接在连接模块上，第一从动杆与从随动杆另一端转动连接在所述末端执行器上。
优选地，所述RUU支链还包括第一平衡杆；所述第二主动臂包括第二主动杆，所述第二主动杆的一端转动连接在驱动模块上，另一端转动连接在第一平衡杆上；所述第二从动臂包括至少两相互平行的从动杆，所述从动杆一端转动连接在所述第一平衡杆上、另一端转动连接在所述末端执行器上。优选地，所述RUU支链还包括第二平衡杆，所述第二平衡杆转动连接在末端执行器上，且所述从动杆的另一端转动连接在所述第二平衡杆上。优选地，所述末端执行器包括与RRU支链、RUU支链连接的动平台，设置在动平台的下端面、可转动的末端支架，固定在动平台上与末端支架连接的驱动电机，所述驱动电机用于驱动所述末端支架转动。优选地，所述升降机构包括设置在转动组件上的立柱，套设在所述立柱上并沿所述立柱升降的升降台，与所述立柱连接、经所述立柱驱动所述升降台的驱动模块；所述升降台上设置所述并联机构。·优选地，所述驱动机构包括设置在转动组件上的两花键轴，及与所述花键轴连接驱动花键轴的驱动模块，所述花键轴与RRU支链连接。优选地，所述驱动模块进一步还包括驱动电机，及连接花键轴和驱动电机的四杆机构，其中，所述四杆机构由三根首尾转动连接的连杆组成。优选地，所述转台机构包括基座，固定在基座底部的支撑件，设置在支撑件上的转动组件，及设置在支撑件上与转动组件连接驱动所述转动组件的驱动模块；其中，所述转动组件包括设置在支撑件上的转台连接件，设置在转台连接件上并相对转台连接件转动的转台，所述转台与驱动模块连接。本发明的混联冲压机器人，通过转台机构、升降机构使机器人旋转和升降，扩大机器人的工作空间范围；设置在升降机构上的并联机构采用RRU、RUU支链结构，使机器人末端执行器运动灵活，RRU、RUU支链结构为并联型结构，使机器人的刚度增强，分别控制上述支链结构可提高控制精度且可快速调整支链结构末端位置，从而可快速完成取料、送料工作。
图I示出本发明的混联冲压机器人的结构示意图。图2示出本发明的混联冲压机器人的并联机构的结构示意图。图3示出本发明的混联冲压机器人的升降机构的结构示意图。图4示出本发明的混联冲压机器人的转台机构的结构示意图。图5示出本发明的混联冲压机器人的RRU支链的剖面图。图6示出本发明的混联冲压机器人的RUU支链的剖面图。图7示出本发明的混联冲压机器人的升降机构的剖面图。图8示出本发明的混联冲压机器人的转台机构的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。如图I所示，本发明提供一种用于冲压工艺的混联冲压机器人，使其完成对工件的取料、送料工作，包括转台机构I，上述转台机构I具有一可旋转的转动组件10 ;升降机构2，上述升降机构2固定在转动组件10上；并联机构3，上述并联机构3设置在升降机构2上；驱动机构4，上述驱动机构4与并联机构3连接，用于驱动并联机构3。其中，上述并联机构3包括在第一平面转动的两RRU支链31、在垂直于上述第一平面的第二平面转动的一 RUU支链32、一可转动的末端执行器33，上述第一平面为大致与转台机构I所在的平面平行；上述两RRU支链31的第一端、RUU支链32的第一端分别设置在升降机构2上，上述两RRU支链31的第二端、RUU支链32的第二端分别设置在末端执行器33上；上述末端执行器33用于完成工件的取料、放料。本发明的混联冲压机器人，通过转台机构、升降机构使机器人旋转和升降，扩大机器人的工作空间范围；设置在升降机构上的并联机构采用RRU、RUU支链结构，使机器人末端执行器运动灵活，RRU、RUU支链结构为并联型结构，使机器人的刚度增强，分别控制上述支链结构可提高控制精度且可快速调整支链结构末端位置，从而可快速完成取料、送料工·作。参考图2所示，为本发明的并联机构的结构示意图。上述并联机构包括两RRU支链和一 RUU支链，两RRU支链具有相同的结构，为简便描述仅以其中一 RRU支链、RUU支链进行详细说明。上述RRU支链31包括第一主动臂311，第一从动臂312，连接模块313 ;第一主动臂311的第一端转动连接在升降机构2上、且与上述驱动机构4连接，第一主动臂311的第二端转动连接在连接模块313上；第一从动臂312的第一端转动连接在连接模块313上，第一从动臂312的第二端设置在末端执行器33上。其中，上述第一主动臂311的第二端与第一从动臂312的第一端连接在连接模块313的不同位置。上述两RRU支链31在驱动机构4的不同驱动作用下，可实现末端执行器33在平行于第一平面的水平运动平面上进行前、后、左、右运动。上述RUU支链32包括驱动模块321，第二主动臂322，第二从动臂323 ;上述驱动模块321固定在升降机构2上，第二主动臂322的第一端与驱动模块321转动连接，第二从动臂323的第一端与第二主动臂322的第二端转动连接，第二从动臂323的第二端与末端执行器33转动连接。上述RUU支链32在驱动模块321的驱动作用下，可实现末端执行器33的微调节的俯仰，且俯仰的控制精度显著提高。上述水平运动平面非一固定高度的平面，其在升降机构2对并联机构3的驱动作用下，带动末端执行器33在一定高度范围内浮动的平面。进一步地，本发明的混联冲压机器人，如图2所示，RRU支链的第一主动臂、第一从动臂采用如下改进结构。上述第一主动臂311包括第一主动杆3111、与第一主动杆3111平行的至少一第一主随动杆3112,本发明中米用一第一主随动杆3112,上述第一主动杆3111与第一主随动杆3112的一端分别转动连接在升降机构2上，上述第一主动杆3111与第一主随动杆3112的另一端分别转动连接在连接模块313上。本发明的第一主动臂311采用平行机构可稳定的实现力的传递，为加强第一主动臂311的刚性，可采用两个或两个以上的第一主随动杆3112。上述第一从动臂312包括第一从动杆3121、与第一从动杆3121平行的至少一从随动杆3122，上述第一从动杆3121与从随动杆3122的一端转动连接在连接模块313上，上述第一从动杆3121与从随动杆3122的另一端转动连接在所述末端执行器33上。本发明中采用两个从随动杆3122，加强第一从动臂312的刚性，亦可采用两个以上的从随动杆3122。第一从动杆3121与从随动杆3122彼此间采用平行机构可稳定的实现力的传递。进一步，第一从动臂312还包括平衡杆3123，上述第一从动杆3121与从随动杆3122的另一端转动连接在平衡杆3123上，平衡杆3123转动连接在末端执行器33上。上述连接模块313为呈“匕”型的二叉连接件，上述第一主动臂311、第一从动臂312分别转动连接在上述二叉连接件的两支叉上。本发明的两RRU支链31由大致呈平行结构的第一主动臂311、第一从动臂312及设置在第一主动臂311、第一从动臂312之间的二叉连接件依次转动连接，在驱动机构4分别对两RRU支链31的第一主动臂311的一端驱动经二叉连接件、第一从动臂312传递最终驱动末端执行器33在平行于第一平面的水平运动平面上进行前、后、左、右运动。
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进一步地，本发明的混联冲压机器人，如图2所示，RUU支链的第二主动臂、第二从动臂采用如下改进结构。上述RUU支链32还包括第一平衡杆324，上述第二主动臂322包括至少一第二主动杆，本发明实施例采用一第二主动杆，上述第二主动杆的一端转动连接在驱动模块321上，第二主动杆的另一端转动连接在第一平衡杆324上；第二从动臂323包括至少两相互平行的从动杆3231，上述从动杆3231的一端转动连接在第一平衡杆324上、从动杆3231的另一端转动连接在末端执彳了器33上。本发明的一实施例中采用4个相互平行的从动杆3231，上述从动杆3231的一端分别转动连接在第一平衡杆324上。上述RUU支链32由第二主动臂322、大致呈平行结构的第二从动臂323及设置在第二主动臂322、第二从动臂323之间的第一平衡杆324依次连接，在驱动模块321分别对第二主动臂322的一端驱动经第一平衡杆324、第二从动臂323传递最终驱动末端执行器33的微调节的俯仰。进一步地，上述RUU支链32还包括第二平衡杆325，第二平衡杆325转动连接在末端执行器33上，且上述从动杆3231的另一端转动连接(根据这里的修改将权利要求5也进行了适应性修改)在第二平衡杆325上。上述RUU支链32将4个相互平行的从动杆3231连接在第一平衡杆324、第二平衡杆325之间，可提高第二从动臂325的刚性，最终体现为提高机器人的刚性。本发明另一实施例的混联冲压机器人，末端执行器33包括与RRU支链31、RUU支链32连接的动平台331 ;设置在动平台331的下端面、可转动的末端支架332，末端支架332固定手抓或者吸盘用以夹持工件，实现取料和放料；固定在动平台331上与末端支架332连接的驱动电机333。上述驱动电机333用于驱动末端支架332转动从而使末端支架332经手抓或者吸盘的工件在平行于第一平面的水平运动平面上转动，用以精确调整工件的角度。进一步地，如图3所示，上述升降机构2包括设置在转动组件10上的立柱21，套设在立柱21上并沿立柱21升降的升降台22，与立柱21连接、经立柱21驱动上述升降台22的驱动模块23 ;上述并联机构3设置在升降台22上，并随升降台22升降运动，实现并联机构3在大行程范围内的升降调节。具体为，上述两RRU支链31的第一主动臂311的第一端转动连接在升降台22上，RUU支链32的驱动模块321固定在升降台22上。
升降机构2还进一步包括固定在转动组件10上的至少一平台连接杆24，上述平台连接杆24与立柱21平行，在平台连接杆24与立柱21的上端面还连接有上固定平台25 ；本发明优选4个平台连接杆24，实现均衡稳固的支撑上固定平台25进而使立柱21在驱使升降台22升降过程中不致倾斜和保持刚度。升降机构2的驱动模块23也可固定在上固定平台25上，为平衡机器人的重量，本发明优选设置在转动组件10上。上述立柱21可为液压方式驱动的立柱，即在立柱外设置采用液压方式驱动的升降杆从而使升降台22升降；上述立柱21可为滚珠丝杆，滚珠丝杆转动连接在转动组件上，上述滚珠丝杆与升降台22由螺母(图中未示出)连接，在滚珠丝杆转动下驱使升降台22上下进行升降运动。上述驱动模块23经同步带、齿轮或直接与滚珠丝杆连接，从而驱动滚珠丝杆，本发明优选同步带231使驱动模块与滚珠丝杆连接。上述驱动机构4包括设置在转动组件10上的两花键轴41，及与花键轴41连接、用于驱动花键轴的驱动模块42，上述两花键轴41分别与两RRU支链31连接；上述花键轴41·通过花键套43与升降台22滑动连接，且花键轴41转动连接在上述转动组件10和上固定平台25之间。通过驱使花键轴41转动进而带动与其连接的RRU支链31转动。上述驱动模块42进一步还包括驱动电机421，及连接花键轴41和驱动电机421的四杆机构422，其中，上述四杆机构422由三根首尾转动连接的连杆组成。同样，花键轴41和驱动电机421亦可采用同步带、齿轮或直接连接，使驱动电机实现对花键轴的驱动作用。本发明的升降机构、驱动机构控制方式驱动模块23是升降台22上下移动的动力源，输出力矩和转速，经过同步带231带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠的转动通过螺母带动升降台22沿花键轴41上下移动；两花键轴41的驱动电机421分别上述两RRU支链31的动力源，输出力矩和转速，分别经过两四杆机构422传动给两花键轴41，两花键轴41的转动可分别带动两RRU支链31的转动。本发明另一实施例的混联冲压机器人，如图4所示，上述转台机构I包括基座11，固定在基座11底部的支撑件12，设置在支撑件12上的转动组件10，及设置在支撑件12上与转动组件10连接驱动上述转动组件10的驱动模块13 ;其中，转动组件10包括设置在支撑件12上的转台连接件101，设置在转台连接件101上并相对转台连接件101转动的转台102，所述转台102与驱动模块13连接。上述立柱21、花键轴41转动连接在转台102和上固定平台25之间，平台连接杆24固定在转台102和上固定平台25之间。驱动模块13固定连接在支撑件12上，驱动模块13输出轴经减速器14减速后与转台102固定连接，转台连接件101外侧与转台102固定连接，转台连接件101内侧通过轴承15和支撑件12转动连接。驱动模块13是转台102的动力源，输出力矩和转速，带动转台102转动。本发明的混联冲压机器人，通过转台机构上转台可使设置在其上的并联机构经升降机构传动实现旋转、以及在升降机构使并联机构完成升降，扩大机器人的工作空间范围；设置在升降机构上的并联机构采用RRU、RUU支链结构，在花键轴的驱使作用下实现支链结构的高控制精度且使机器人末端执行器运动灵活，RRU、RUU支链结构为并联型结构，从而使机器人的刚度增强，且可快速调整支链结构末端位置，从而可快速完成取料、送料工作。以上所述本发明的具体实施方式
，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种混联冲压机器人，其特征在于，包括具有一转动组件的转台机构，固定在所述转动组件上的升降机构，设置在所述升降机构上的并联机构，与所述并联机构连接的驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述并联机构；其中，所述并联机构包括在第一平面转动的两RRU支链、在垂直于所述第一平面的第二平面转动的一 RUU支链、一可转动的末端执行器，所述两RRU支链的第一端、RUU支链的第一端设置在所述升降机构上，所述两RRU支链的第二端、RUU支链的第二端设置在所述末端执行器上。
2.根据权利要求I所述的混联冲压机器人，其特征在于，所述RRU支链包括第一主动臂、第一从动臂、连接模块，第一主动臂的第一端设置在所述升降机构上，第一从动臂的第二端设置在所述末端执行器上，连接模块分别与所述第一主动臂的第二端和所述第一从动臂的第一端连接；所述RUU支链包括驱动模块、第二主动臂、第二从动臂，驱动模块固定在升降机构上，第二主动臂的第一端设置在驱动模块上，第二从动臂的第一端与第二主动臂的第二端连接，第二从动臂的第二端设置在末端执行器上。
3.根据权利要求2所述的混联冲压机器人，其特征在于，所述第一主动臂包括第一主动杆、与第一主动杆平行的至少一第一主随动杆，第一主动杆与第一主随动杆的一端转动连接在升降机构上，第一主动杆与第一主随动杆的另一端转动连接在连接模块上；所述第一从动臂包括第一从动杆、与第一从动杆平行的至少一从随动杆，第一从动杆与从随动杆的一端转动连接在连接模块上，第一从动杆与从随动杆另一端转动连接在所述末端执行器上。
4.根据权利要求2所述的混联冲压机器人，其特征在于，所述RUU支链还包括第一平衡杆；所述第二主动臂包括第二主动杆，所述第二主动杆的一端转动连接在驱动模块上，另一端转动连接在第一平衡杆上；所述第二从动臂包括至少两相互平行的从动杆，所述从动杆一端转动连接在所述第一平衡杆上、另一端转动连接在所述末端执行器上。
5.根据权利要求4所述的混联冲压机器人，其特征在于，所述RUU支链还包括第二平衡杆，所述第二平衡杆转动连接在末端执行器上，且所述从动杆的另一端转动连接在所述第二平衡杆上。
6.根据权利要求I所述的混联冲压机器人，其特征在于，所述末端执行器包括与RRU支链、RUU支链连接的动平台，设置在动平台的下端面、可转动的末端支架，固定在动平台上与末端支架连接的驱动电机，所述驱动电机用于驱动所述末端支架转动。
7.根据权利要求I所述的混联冲压机器人，其特征在于，所述升降机构包括设置在转动组件上的立柱，套设在所述立柱上并沿所述立柱升降的升降台，与所述立柱连接、经所述立柱驱动所述升降台的驱动模块；所述升降台上设置所述并联机构。
8.根据权利要求7所述的混联冲压机器人，其特征在于，所述驱动机构包括设置在转动组件上的两花键轴，及与所述花键轴连接驱动花键轴的驱动模块，所述花键轴与RRU支链连接。
9.根据权利要求8所述的混联冲压机器人，其特征在于，所述驱动模块进一步还包括驱动电机，及连接花键轴和驱动电机的四杆机构，其中，所述四杆机构由三根首尾转动连接的连杆组成。
10.根据权利要求I所述的混联冲压机器人，其特征在于，所述转台机构包括基座，固定在基座底部的支撑件，设置在支撑件上的转动组件，及设置在支撑件上与转动组件连接驱动所述转动 组件的驱动模块；其中，所述转动组件包括设置在支撑件上的转台连接件，设置在转台连接件上并相对转台连接件转动的转台，所述转台与驱动模块连接。
全文摘要
本发明涉及一种混联冲压机器人，包括具有一转动组件的转台机构，固定在所述转动组件上的升降机构，设置在所述升降机构上的并联机构，与所述并联机构连接的驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述并联机构。本发明的混联冲压机器人，通过转台机构、升降机构使机器人旋转和升降，扩大机器人的工作空间范围；设置在升降机构上的并联机构采用RRU、RUU支链结构，使机器人末端执行器运动灵活，RRU、RUU支链结构为并联型结构，使机器人的刚度增强，分别控制上述支链结构可提高控制精度且可快速调整支链结构末端位置，从而可快速完成取料、送料工作。
文档编号B21D22/00GK102785240SQ201210298820
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者侯超, 张建伟, 张朋, 李兵, 林伟阳, 胡颖 申请人:深圳先进技术研究院