一种木板打孔机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种木板打孔机器人。

背景技术：

在家具行业生产过程中，板材钻孔及铆接一直是制约其生产精度与生产速度的瓶颈环节，人工操作精度低，速度慢，品质不稳定，不良率较高，因此装配过程柔性化的需求应运而生。利用机器人搭载柔性钻孔功能与铆接功能，可以大幅度提高产品的生产效率和质量，减少制造成本和劳动力成本。

目前，现有机器人钻孔系统通常由6轴机器人搭载偏心电动主轴组成，如图1所示，第六轴通过转接支架固定连接一个用于钻孔的电动主轴。由于电动主轴与j6轴存在一定的偏心距，导致工具坐标系设置繁琐，编程复杂；同时，系统刚性差，定位误差大，钻孔精度低。此外，由于该系统缺少集尘装置，工作环境差，机器人钻孔过程中产生的大量木屑粉尘对操作人员的身体健康和周边其它部件的使用寿命也有较大的影响。另外，对于机器人钻孔系统，其j6轴在整个工作过程中几乎不参与运动，使用通用6轴机器人也带来项目成本高的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种木板打孔机器人。

本发明采用的技术方案是：

一种木板打孔机器人，包括绕j1轴转动的底座，枢接在底座绕j2轴转动的大臂组件，枢接在大臂组件绕j3轴及j4轴转动的小臂组件，及枢接在小臂组件绕j5轴转动的手腕组件；手腕组件包括手腕体，手腕体的下端固定连接有电动主轴，电动主轴用于安装钻头，以钻头端部建立工具坐标系，使电动主轴的轴线处于木板钻孔位置的法线方向。

进一步地，电动主轴套装在密封套筒内且与所述密封套筒之间设有轴向贯通的空腔，密封套筒固定连接在手腕体的底部；手腕体内设有吸尘管，吸尘管的上端嵌套有排尘管，排尘管的另一端连接吸尘装置，吸尘管的下端与空腔相通。

进一步地，密封套筒的下端套装有柔性伸缩罩，柔性伸缩罩用于收集打孔时产生的木屑及粉尘。

进一步地，柔性伸缩罩为透明柔性波纹管。

进一步地，手腕体为有底的空心结构，其上端由上盖板封闭；手腕体底部固定连接有末端法兰，末端法兰的下侧面固定连接有转接法兰，转接法兰的下侧面固定连接密封套筒，吸尘管下端依次穿过上盖板、手腕体底壁、末端法兰、转接法兰延伸至密封套筒内与空腔相通。

进一步地，吸尘装置为吸尘器或设有集尘器的抽风机。

本发明的有益效果：

1、本发明可以电动主轴的钻头端部建立工具坐标系，然后调整各轴角度，使电动主轴的轴线处于木板钻孔位置的法线方向，沿法线方向进给钻削；工具坐标系设置在钻头端部，在示教打孔点位后，只需通过一个简单指令设置进刀距离和回刀距离即可，无需进行工具坐标系和机器人坐标系之间复杂的坐标转换，编程调试更加方便快捷，降低了客户使用难度。

2、本发明的电动主轴与手腕体末端法兰同轴设置，没有偏心距，钻孔过程中产生的沿钻头的轴向力直接作用在j5轴的中心，不产生附加扭矩，改善j5轴的工作状态，提高系统刚性，提高了钻孔精度。

3、本发明在钻孔过程中通过吸尘组件将钻孔产生的木屑和粉尘抽吸至吸尘装置中，大大减少工作环境中的木屑粉尘，有利于操作人员的身心健康和其它设备的正常运转。

4、本发明的机器人相对于现有打孔机器人减少了j6轴的设计，结构简单，制造成本低，可靠性高。

附图说明

图1是现有6轴机器人钻孔系统的结构示意图。

图2是本发明5轴机器人的结构示意图。

图3是图2中a部分的结构放大图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施方式1

参阅图2及图3，本实施例提供一种打孔机器人，所述打孔机器人包括绕j1轴1转动的底座，枢接在底座上端绕j2轴2转动的大臂组件，枢接在大臂下端绕j3轴3及本体轴线j4轴4转动的小臂组件，及枢接在小臂前端绕j5轴5转动的手腕组件。

手腕组件包括手腕体8，手腕体8设置为有底的空心结构，其上端由上盖板13封闭。上盖板13及手腕体底壁开设有与吸尘管7适配的通孔。手腕体8底壁通孔处设有凹止口，末端法兰9的上侧面设有与手腕体8凹止口适配的凸止口，末端法兰9通过螺钉固定在手腕体8底部的定位止口内，末端法兰9的下侧面通过螺钉固定有转接法兰10。

电动主轴组件包括电动主轴11及套装在电动主轴11外侧的密封套筒14，电动主轴11通过螺钉与密封套筒14连接，密封套筒通过螺钉固定在转接法兰10的下侧面。主轴本体11与密封套筒之间设有轴向贯通的空腔101。电动主轴11为现有技术，用于安装钻头，所述钻头伸出密封套筒。电动主轴11的结构和工作原理这里不再赘述。密封套筒14可以设置为铝合金组件结构，以减轻机器人手腕负载，例如，为了方便密封套筒与转接法兰10及电动主轴11的连接，设计为上端为厚壁套筒，下端为薄壁套筒，薄壁套筒套装在厚壁套筒的下端，且其底部设计为锥形结构，锥形结构的底部设有钻头通过的通孔。厚壁套筒设有轴向及径向螺纹孔，用于螺栓连接转接法兰10及电动主轴11。

密封套筒的下端套装有柔性伸缩罩12，在打孔操作时，柔性伸缩罩12的下端部始终与木板接触，用于将打孔产生的木屑粉尘阻挡在罩体中。在本实施例中，优选柔性伸缩罩12为透明波纹塑料软管，方便观察钻孔情况及随钻头下移时伸缩罩的逐渐压缩缩短。

吸尘组件包括排尘管6及吸尘管7，吸尘管7套装固定在末端法兰9内，吸尘管7自上而下依次贯穿上盖板13、手腕体8、末端法兰9及转接法兰10，其下端延伸至空腔101内与空腔101相通，其上端嵌套排尘管6，排尘管6的另一端连接吸尘装置(图中未示出)。吸尘装置为现有技术，例如可以为吸尘器或设有集尘器的抽风机。

本技术：
的工作原理是：

工作时，首先在电动主轴11的钻头端部建立工具坐标系，然后调整各轴角度，使电动主轴11的轴线处于木板钻孔位置的法线方向，沿法线方向进给钻削；

钻孔时，柔性伸缩罩12紧贴木板，钻孔产生的木屑粉尘除少量通过孔洞散落外，其余大部分木屑粉尘依次经过柔性伸缩罩12、电动主轴11的空腔101、吸尘管7和排尘管6进入吸尘装置，收集在吸尘装置中。

本申请极大改善了现场工作环境，有利于操作人员的身心健康，同时也保证了周边其它部件的使用寿命。

本申请的电动主轴11与末端法兰9同轴设置，没有偏心距，钻孔过程中产生的沿钻头的轴向力直接作用在j5轴的中心，不产生附加扭矩，改善j5轴的工作状态，提高系统刚性，提高了钻孔精度；且有效解决了现有6轴机器人，由于电动主轴与j6轴中心偏心距的存在，j5轴始终受到附加扭矩的影响，增加关节负担的问题；以及通过转接支架连接电动主轴，转接支架的设计增加机器人手腕负载，其受力变形也会影响钻孔精度的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种木板打孔机器人，其特征在于，包括绕j1轴转动的底座，枢接在底座绕j2轴转动的大臂组件，枢接在大臂组件绕j3轴及j4轴转动的小臂组件，及枢接在小臂组件绕j5轴转动的手腕组件；手腕组件包括手腕体，手腕体的下端固定连接有电动主轴，电动主轴用于安装钻头，以钻头端部建立工具坐标系，使电动主轴的轴线处于木板钻孔位置的法线方向。

2.根据权利要求1所述的木板打孔机器人，其特征在于，电动主轴套装在密封套筒内且与所述密封套筒之间设有轴向贯通的空腔，密封套筒固定连接在手腕体的底部；手腕体内设有吸尘管，吸尘管的上端嵌套有排尘管，排尘管的另一端连接吸尘装置，吸尘管的下端与空腔相通。

3.根据权利要求2所述的木板打孔机器人，其特征在于，密封套筒的下端套装有柔性伸缩罩，柔性伸缩罩用于收集打孔时产生的木屑及粉尘。

4.根据权利要求3所述的木板打孔机器人，其特征在于，柔性伸缩罩为透明柔性波纹管。

5.根据权利要求2所述的木板打孔机器人，其特征在于，手腕体为有底的空心结构，其上端由上盖板封闭；手腕体底部固定连接有末端法兰，末端法兰的下侧面固定连接有转接法兰，转接法兰的下侧面固定连接密封套筒，吸尘管下端依次穿过上盖板、手腕体底壁、末端法兰、转接法兰延伸至密封套筒内与空腔相通。

6.根据权利要求2所述的木板打孔机器人，其特征在于，吸尘装置为吸尘器或设有集尘器的抽风机。

技术总结
本发明公开了一种木板打孔机器人，包括绕J1轴转动的底座，绕J2轴转动的大臂组件，绕J3轴及J4轴转动的小臂组件，及绕J5轴转动的手腕组件；手腕组件包括手腕体，手腕体的下端固定连接有电动主轴，电动主轴用于安装钻头，以钻头端部建立工具坐标系，使电动主轴的轴线处于木板钻孔位置的法线方向。本发明的机器人相对于现有打孔机器人减少了J6轴的设计，结构简单，制造成本低，可靠性高；且通过电动主轴的钻头端部建立工具坐标系，使编程调试更加简便，降低客户使用难度。

技术研发人员：刘加磊;吕健;耿羚彪;王杰高
受保护的技术使用者：南京埃斯顿机器人工程有限公司
技术研发日：2020.06.30
技术公布日：2020.10.09