多轴桁架机器人及工业智能化生产线的制作方法

1.本实用新型涉及工业智能制造技术领域，具体涉及多轴桁架机器人及工业智能化生产线。


背景技术：

2.随着工业智能制造快速发展，各个行业都在向工业4.0发展。其中智能机器人发展迅猛，除标准工业六轴机器人外，坐标型桁架机器人也在进行多元化发展。其中重载xyz三轴桁架较多，将机械手设置在xyz三轴桁架上就可实现机械手在xyz三轴桁架上进行x向、y向和z向的往复移动，实现机械手抓取定位的需求。
3.但上述设置，在实际使用中机械手仅能沿三向往复移动，无法根据工件角度或者摆放姿态进行多方向调整，导致整个桁架机器人自由度调节有限、柔性低。


技术实现要素：

4.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的多轴桁架机器人自由度调节有限、柔性低的缺陷，从而提供一种柔性高的多轴桁架机器人及工业智能化生产线。
5.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种多轴桁架机器人，包括：机架；第一移动部，设置于所述机架上，所述第一移动部适于沿x轴、y轴和z轴移动；旋转机构，与所述第一移动部连接；翻转机构，与所述旋转机构连接，所述旋转机构可驱动所述翻转机构绕自身中心转动；机械抓手，与所述翻转机构铰接，且所述翻转机构可驱动所述机械抓手绕铰接点翻转。
6.可选的，所述翻转机构包括：固定座，与所述旋转机构传动连接，且所述固定座与所述机械抓手铰接；翻转驱动部，设置于所述固定座上，且所述翻转驱动部与所述机械抓手传动连接，以驱动所述机械抓手绕所述固定座与所述机械抓手的铰接点翻转。
7.可选的，所述翻转机构还包括翻转座，所述翻转座与所述固定座铰接，且所述机械抓手与所述翻转座连接，所述翻转驱动部与所述翻转座传动连接。
8.可选的，所述翻转驱动部包括：伺服电机；翻转电缸，铰接于所述固定座上，所述翻转电缸与所述伺服电机电连接，所述翻转座与所述翻转电缸的伸缩杆铰接。
9.可选的，所述多轴桁架机器人还包括快换盘，所述机械抓手通过所述快换盘与所述翻转座连接。
10.可选的，所述机械抓手为磁吸抓手或电永磁磁吸抓手。
11.可选的，所述多轴桁架机器人还包括六轴工业机器人，所述六轴工业机器人倒挂设置于所述机架。
12.可选的，所述多轴桁架机器人还包括连接于所述机架上的第二移动部，且所述第二移动部与所述六轴工业机器人传动连接，以驱动所述六轴工业机器人沿所述x轴、所述y轴和所述z轴移动。
13.可选的，所述多轴桁架机器人还包括控制中心，所述控制中心与所述第一移动部、
所述旋转机构、所述翻转机构、所述机械抓手、所述六轴工业机器人和所述第二移动部均信号连接。
14.本实用新型还提供了一种工业智能化生产线，其包括如上文所述的多轴桁架机器人。
15.本实用新型具有以下优点：
16.1、本实用新型的多轴桁架机器人，机械抓手可随第一移动部沿x轴、y轴和z轴移动，且翻转机构可驱动机械抓手绕铰接点实现翻转，旋转机构可驱动翻转机构及其上的机械抓手一同绕自身中心转动，因此，本实用新型的多轴桁架机器人在保留桁架重载特性下，其机械抓手可实现五个自由度的运动，即沿x轴、y轴和z轴的移动、以及绕自身中心转动和沿铰接点翻转，提高了多轴桁架机器人整体柔性，灵活性、自由度高。
17.2、本实用新型的多轴桁架机器人，翻转机构包括固定座和翻转驱动部，固定座与旋转机构传动连接，且固定座与机械抓手铰接，翻转驱动部设置于固定座上，且翻转驱动部与机械抓手传动连接，以驱动机械抓手绕固定座与机械抓手的铰接点翻转。将固定座与机械抓手铰接，通过翻转驱动部驱动机械抓手绕铰接点翻转，以此形成杠杆原理实现机械抓手的翻转运动，安全系数较高、可靠性好。
18.3、本实用新型的多轴桁架机器人，翻转机构还包括翻转座，翻转座与固定座铰接，且机械抓手与翻转座连接，翻转驱动部与翻转座传动连接。机械抓手通过翻转座与固定座铰接，且翻转驱动部驱动翻转座及其上的机械抓手一同绕铰接点转动，实现翻转运动，整体控制可靠。
19.4、本实用新型的多轴桁架机器人，翻转驱动部包括伺服电机和翻转电缸，翻转电缸铰接于固定座上，翻转电缸与伺服电机电连接，翻转座与翻转电缸的伸缩杆铰接。伺服电机控制翻转电缸运动，从而控制翻转座及其上的机械抓手一同翻转，翻转电缸可随机械抓手的翻转相对固定座适应性倾斜，伺服电机可实现精确控制翻转角度，可控性好、精度高。
20.5、本实用新型的多轴桁架机器人，还包括快换盘，机械抓手通过快换盘与翻转座连接，以实现机械抓手的快速高精度切换，安装方便。
21.6、本实用新型的多轴桁架机器人，机械抓手为磁吸抓手或电永磁磁吸抓手。突然断电时，磁吸抓手或电永磁磁吸抓手可以保证工件不脱落，安全系数较高，且磁吸固定工件的方式，保证抓取组对过程中，工件不晃动，从而保证组对后加工后产品总体精度。
22.7、本实用新型的多轴桁架机器人，还包括六轴工业机器人，六轴工业机器人倒挂设置于机架。将六轴工业机器人集中设置于机架上，以实现焊接等作业，提高该多轴桁架机器人的功能性，使其搬运及焊接作业一体化，结构紧凑、作业效率高。
23.8、本实用新型的多轴桁架机器人，还包括连接于机架上的第二移动部，且第二移动部与六轴工业机器人传动连接，以驱动六轴工业机器人沿x轴、y轴和z轴移动。第二移动部可驱动六轴工业机器人沿x轴、y轴和z轴移动，提高六轴工业机器人的作业灵活度，适应不同作业场景。
24.9、本实用新型的多轴桁架机器人，还包括控制中心，控制中心与第一移动部、旋转机构、翻转机构、机械抓手、六轴工业机器人和第二移动部均信号连接。通过同一控制中心控制上述结构的启动及运行，可实现整体作业区统一设定，保证机械抓手和六轴工业机器人同时作业时不碰撞干涉，各轴组件可相互协同配合工作，避免出现机器人与plc信号交互
等待的情况，大大提高了工作效率。
25.10、本实用新型的工业智能化生产线，包括本实用新型的多轴桁架机器人。可实现五个自由度的运动，提高了多轴桁架机器人整体柔性，灵活性、自由度高。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1示出了本实用新型实施例的多轴桁架机器人的正视结构示意图；
28.图2示出了本实用新型实施例的多轴桁架机器人的俯视结构示意图；
29.图3示出了本实用新型实施例的多轴桁架机器人的侧视结构示意图；
30.图4示出了本实用新型实施例的多轴桁架机器人的部分结构示意图；
31.图5示出了本实用新型实施例的多轴桁架机器人的局部放大结构示意图；
32.图6示出了本实用新型实施例的多轴桁架机器人的机械抓手绕铰接点翻转的角度计算示意图。
33.附图标记说明：
34.1、机架；2、第一移动部；3、旋转机构；4、翻转机构；41、固定座；42、翻转驱动部；421、伺服电机；422、翻转电缸；4221、伸缩杆；43、翻转座；5、机械抓手；51、电永磁；52、电永磁控制箱；6、快换盘；7、六轴工业机器人；8、第二移动部。
具体实施方式
35.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
38.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
39.如图1-图5所示，本实施例公开了一种多轴桁架机器人，包括机架1、第一移动部2、
旋转机构3和翻转机构4，其中，第一移动部2设置于机架1上，第一移动部2适于沿x轴、y轴和z轴移动，旋转机构3与第一移动部2连接，翻转机构4与旋转机构3连接，旋转机构3可驱动翻转机构4绕自身中心转动，机械抓手5与翻转机构4铰接，且翻转机构4可驱动机械抓手5绕铰接点翻转。
40.因此，本实施例的多轴桁架机器人，其机械抓手5可随第一移动部2沿x轴、y轴和z轴移动，且翻转机构4可驱动机械抓手5绕铰接点实现翻转，旋转机构3可驱动翻转机构4及其上的机械抓手5一同绕自身中心转动，因此，本实用新型的多轴桁架机器人在保留桁架重载特性下，其机械抓手5可实现五个自由度的运动，即沿x轴、y轴和z轴的移动、以及绕自身中心转动和沿铰接点翻转，提高了多轴桁架机器人整体柔性，灵活性、自由度高。
41.需要说明的是，此处的x轴、y轴和z轴方向为图1-图4中的x箭头、y箭头和z箭头所示的方向，x轴、y轴和z轴之间相互垂直。
42.下面结合说明书附图，对该多轴桁架机器人的结构进行详细介绍。
43.机架1对第一移动部2及其上的结构起到支撑作用。具体的，机架1包括支撑框架和设置于支撑框架底部的多个沿支撑框架横向和纵向间隔布置的支撑腿，以起到良好的稳定支撑作用。
44.第一移动部2可在机架1上沿x轴、y轴和z轴移动。本实施例中，第一移动部2包括x向直线驱动机构、y向直线驱动机构和z向直线驱动机构(图中未示出)，其中，z向直线驱动机构与机械夹爪传动连接以驱动机械夹爪沿z向移动，y向直线驱动机构和z向直线驱动机构传动连接以驱动z向直线驱动机构沿y向移动，x向直线驱动机构和y向直线驱动机构传动连接，以驱动y向直线驱动机构沿x向移动，从而实现驱动机械夹爪沿x轴、y轴和z轴的移动。
45.具体的，x向直线驱动机构、y向直线驱动机构和z向直线驱动机构可设为直线气缸或电机和丝杠组合驱动形式，具体可根据需要设置，本实施例不再展开赘述。
46.本实施例中，旋转机构3与第一移动部2中的z向直线驱动机构连接，因此，旋转机构3可被z向直线驱动机构驱动沿z轴移动以及随z向直线驱动机构沿x轴及y轴移动。具体的，旋转机构3可以是旋转气缸或者旋转电机与转轴配合的形式等。
47.翻转机构4包括固定座41和翻转驱动部42，其中，固定座41与旋转机构3传动连接，且固定座41与机械抓手5铰接，翻转驱动部42设置于固定座41上，且翻转驱动部42与机械抓手5传动连接，以驱动机械抓手5绕固定座41与机械抓手5的铰接点翻转。
48.上述设置，将固定座41与机械抓手5铰接，通过翻转驱动部42驱动机械抓手5绕铰接点翻转，以此形成杠杆原理实现机械抓手5的翻转运动，安全系数较高、可靠性好。
49.具体的，固定座41为固定板，其可通过螺栓或螺丝等零部件与旋转机构3连接，便于拆装。
50.进一步的，翻转机构4还包括翻转座43，翻转座43与固定座41铰接，且机械抓手5与翻转座43连接，翻转驱动部42与翻转座43传动连接。机械抓手5通过翻转座43与固定座41实现铰接，且翻转驱动部42驱动翻转座43及其上的机械抓手5一同绕铰接点转动，实现翻转运动，整体控制可靠。翻转座43为翻转板，其设于固定座41的下方，翻转座43的一端通过销轴与固定座41铰接，
51.翻转驱动部42具体包括伺服电机421和翻转电缸422，其中，翻转电缸422铰接于固定座41上，翻转电缸422与伺服电机421电连接，翻转座43与翻转电缸422的伸缩杆4221铰
接。通过设置的伺服电机421控制翻转电缸422运动，从而控制翻转座43及其上的机械抓手5一同翻转，翻转电缸422可随着机械抓手5的翻转角度的变化相对于固定座41适应性倾斜，确保机械抓手5实现正常翻转以及复位，伺服电机421可实现精确控制翻转角度，可控性好、精度高。
52.具体地，翻转电缸422倒置并铰接于固定座41上，翻转电缸422的伸缩杆4221穿设固定座41与翻转座43的顶部铰接，伺服电机421与翻转电缸422固定连接且可随翻转电缸422倾斜。
53.机械抓手5绕铰接点转动的角度范围为0
°
至95
°
，可实现机械抓手5对不同倾斜角度工件的抓取，以及带动工件进行多角度翻转，例如45
°
翻转或者90
°
翻转直立等操作。
54.机械抓手5的翻转角度大小与翻转电缸422的伸缩杆4221的伸出长度正相关，伸缩杆4221的伸出长度越长、机械抓手5的翻转角度越大，伸缩杆4221的伸出长度越短、机械抓手5的翻转角度越小，因此可通过控制伸缩杆4221的伸出长度来实现对翻转角度的精确控制。
55.具体的，如图5和图6所示，当机械抓手5翻转角度为0
°
时，翻转电缸422的伸缩杆4221的伸出长度为0mm，当机械抓手5翻转角度在0
°‑
95
°
时，翻转电缸422的伸缩杆4221伸出长度与翻转角度之间的关系可通过以下计算公式进行计算：
56.l2＝a2+b
2-2abcscα
57.其中，l为翻转电缸422的伸出长度；a为固定座41和翻转座43的铰接点到翻转电缸422与固定座41的铰链点的长度；b为固定座41和翻转座43的铰接点到伸缩杆4221与翻转座43的铰接点的长度，α为翻转角度大小，即a与b之间的夹角。
58.机械抓手5设为磁吸抓手或电永磁51磁吸抓手。突然断电时，磁吸抓手或电永磁51磁吸抓手可以保证工件不脱落，安全系数较高，且磁吸固定工件的方式，吸合紧密保证抓取组对过程中，工件不晃动，从而保证组对后加工后产品总体精度。本实施例中，机械抓手5设为电永磁51磁吸抓手，其包括均匀分布的多个电永磁51，以提高对工件吸附的稳固性。进一步地，机械抓手5还包括电永磁控制箱52，以对多个电永磁51进行控制。
59.此外，为便于机械抓手5的组装或更换，该多轴桁架机器人还包括快换盘6，机械抓手5通过快换盘6与翻转座43连接，以实现机械抓手5的快速高精度切换，安装方便。具体的，快换盘6具体为机器人领域常用的快速切换盘，其便于抓手更换、拆装，由于该快速切换盘的结构为现有技术，此处不再赘述。
60.本实用新型的多轴桁架机器人还包括六轴工业机器人7，六轴工业机器人7倒挂设置于机架1。将六轴工业机器人7集中设置于机架1上，以实现焊接等作业，提高该多轴桁架机器人的功能性，使其搬运及焊接作业一体化，结构紧凑、作业效率高。
61.进一步的，该多轴桁架机器人还包括连接于机架1上的第二移动部8，且第二移动部8与六轴工业机器人7传动连接，以驱动六轴工业机器人7沿x轴、y轴和z轴移动。第二移动部8可驱动六轴工业机器人7沿x轴、y轴和z轴移动，提高六轴工业机器人7的作业灵活度，适应不同作业场景。
62.此处需要说明的是，由于第二移动部8的具体结构和第一移动部2的结构设置相同，可由三个沿x向、y向和z向的直线驱动机构构成，本实施例不再赘述。
63.因此，本实施例的多轴桁架机器人机械抓手5具有五个自由度，六轴工业机器人7
自身具有六个自由度以及可沿x轴、y轴和z轴移动的三个自由度，使得多轴桁架机器人整体具有十四个自由度，提高了多轴桁架机器人整体柔性，作业灵活、自由度高。
64.本实施例中，该多轴桁架机器人还包括控制中心，控制中心与第一移动部2、旋转机构3、翻转机构4、机械抓手5、六轴工业机器人7和第二移动部8均信号连接。
65.上述设置，通过同一控制中心控制上述结构的启动及运行，可实现整体作业区统一设定，保证机械抓手5和六轴工业机器人7同时作业时不碰撞干涉，各轴组件可相互协同配合工作，避免出现机器人与plc信号交互等待的情况，大大提高了工作效率。
66.本实施例还公开了一种工业智能化生产线，包括本实施例的多轴桁架机器人。该工业智能化生产线可实现十四个自由度的运动，提高了多轴桁架机器人整体柔性，灵活性、自由度高。
67.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。