基于六自由度并联机器人的智能扩孔装置的制作方法

本发明属于机械设备技术领域，具体涉及一种基于六自由度并联机器人的智能扩孔装置。

背景技术：

扩孔是一种常见的加工方法，用于增加管子、杯状物或壳体等带孔工件的内径。对于数量较多的工件，按照传统扩孔方法，需要人工划线确定每个孔的位置，然后在加工过程中需要不断的装夹、定位、拆卸，工序多，工作量大，效率低下，而且人工定位的精度往往依赖于操作者的技术和经验，定位精度差，不能满足日益高效精密的扩孔需求。因此，开发一种能够自动识别孔位、自动定位的智能扩孔装置对于提高扩孔精度和加工效率都有着非常积极的现实作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种基于六自由度并联机器人的智能扩孔装置，解决现有技术存在的人工定位精度差和效率低的问题；可以实时采集并调整待加工孔的角度和位置，保证孔和轴线和扩孔钻头轴线重合。

为实现上述目的，本发明的基于六自由度并联机器人的智能扩孔装置包括：

基座；

下端和所述基座固定连接的立柱；

一端套在立柱上的摇臂，所述摇臂通过竖直运动驱动机构驱动相对立柱上下滑动；

和所述摇臂左右相对运动的主轴箱；

从主轴箱下端伸出和主轴箱内主轴连接并可以做旋转运动和进给运动的扩孔钻头；

设置在主轴箱下端的孔位置采集装置，所述孔位置采集装置包括设置在主轴箱上的光源和固定在主轴箱下端面的摄像头，通过摄像头实时采集工件待加工孔的位置信息；

固定在所述基座上和所述钻头位置相对应的六自由度并联机器人，工件设置在六自由度并联机器人的动平台上；

以及设置在所述主轴箱内的控制器，所述控制器分别与所述六自由度并联机器人和摄像头电连接。

所述竖直运动驱动机构包括设置在立柱顶端的减速器和升降电机以及与所述立柱平行设置的滚珠丝杠；所述升降电机输出端通过减速器和滚珠丝杠的一端连接，所述滚珠丝杠的另一端和所述摇臂形成丝杠螺母副，所述升降电机和所述驱动器电连接。

所述六自由度并联机器人包括：

定平台；

与所述定平台同轴平行设置的动平台；

设置在定平台和动平台之间的六个支腿，每个支腿由固定支腿和活动支腿组成，每个固定支腿通过下端铰链和定平台上端面铰接，每个活动支腿通过上端铰链和动平台下端面铰接。

所述主轴箱和所述摇臂左右相对运动具体为：所述摇臂上设置有摇臂导轨，所述摇臂导轨下端设置有齿条，所述摇臂导轨上的齿条和一个平移齿轮啮合，所述平移齿轮的旋转轴和设置在主轴箱外的平移把手固定连接，所述平移齿轮的旋转轴通过轴承和所述主轴箱外壁配合。

所述的扩孔钻头可以做旋转运动具体为：所述主轴箱上端设置有主轴电机，所述主轴电机输出轴和所述主轴的端部通过联轴器连接；

所述的扩孔钻头可以做进给运动具体为：所述主轴位于主轴箱内的侧壁位置设置有竖直方向的齿条，所述主轴上的齿条和一个进给齿轮啮合，所述进给齿轮的旋转轴和设置在主轴箱外的进给把手固定连接。

所述主轴轴线和所述摄像头轴线之间的垂直距离不大于10mm。

所述摄像头选择ccd型或cmos型。

本发明的有益效果为：本发明的基于六自由度并联机器人的智能扩孔装置中的立柱通过螺栓连接在基座上，立柱的中部作为导向柱，摇臂套在立柱上，可以进行升降。立柱上端设置有升降电机和减速器，减速器输出端连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠将升降电机的旋转运动转化为摇臂的升降运动。主轴箱与摇臂的导轨相连接，其上端设置有主轴电机，用以带动主轴旋转。另外，主轴箱上设置有平移把手和进给把手，用以移动扩孔钻头的位置。在主轴的附近设置有摄像头，主轴箱靠近主轴的地方设置有光源，光源照亮工件的加工面。工件放置在六自由度并联机器人上，六自由度并联机器人放置在基座上，可以进行六维位姿调整。这样，光源，摄像头，控制中心，六自由度并联机器人便组成了一个闭环系统。摄像头正对工件的加工面，可以识别从工件加工面反射回来的光线，通过图像识别的方法可以获取工件加工面的信息，这些信息主要包括面的位置、角度、孔的位置及大小等。这些信息可以实时传输给控制器，控制器将控制指令发送给六自由度并联机器人使得工件上的孔自动定位到扩孔钻头的下端而且保证加工过程中孔的轴线始终和扩孔钻头的轴线一致。

本发明所述的基于六自由度并联机器人的智能扩孔装置可以大大减少装夹工序，提高工作效率，节省人力成本，降低对操作人员的技能和经验的依赖，大大提高加工精度。本发明特别适合用在对加工精度和效率都有很高要求的扩孔场合下。

附图说明

图1为本发明的基于六自由度并联机器人的智能扩孔装置整体结构示意图；

图2为本发明的基于六自由度并联机器人的智能扩孔装置中六自由度并联机器人的结构示意图；

图3为本发明的基于六自由度并联机器人的智能扩孔装置中主轴箱平移原理示意图；

图4为本发明的基于六自由度并联机器人的智能扩孔装置中主轴进给原理示意图；

其中：1、基座，2、立柱，3、摇臂，3-1、摇臂导轨，4、减速器，5、升降电机，6、滚珠丝杠，7、主轴电机，8、主轴箱，8-1，主轴，9、控制器，10、平移把手，11、进给把手，12、光源，13、摄像头，14、扩孔钻头，15、六自由度并联机器人，15-1、定平台，15-2、下端铰链，15-3、固定支腿，15-4、活动支腿，15-5、上端铰链，15-6、动平台，16、平移齿轮，17、进给齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1，本发明的基于六自由度并联机器人的智能扩孔装置包括：

基座1；

下端和所述基座1固定连接的立柱2；

一端套在立柱2上的摇臂3，所述摇臂3通过竖直运动驱动机构驱动相对立柱2上下滑动；

和所述摇臂3左右相对运动的主轴箱8；

从主轴箱8下端伸出和主轴箱8内主轴8-1连接并可以做旋转运动和进给运动的扩孔钻头14；

设置在主轴箱8下端的孔位置采集装置，所述孔位置采集装置包括设置在主轴箱8上的光源12和固定在主轴箱8下端面的摄像头13，通过摄像头13实时采集工件待加工孔的位置信息；

固定在所述基座1上和所述钻头位置相对应的六自由度并联机器人15，工件设置在六自由度并联机器人15的动平台15-6上；

以及设置在所述主轴箱8内的控制器9，所述控制器9分别与所述六自由度并联机器人15和摄像头13电连接。

所述竖直运动驱动机构包括设置在立柱2顶端的减速器4和升降电机5以及与所述立柱2平行设置的滚珠丝杠6；所述升降电机5输出端通过减速器4和滚珠丝杠6的一端连接，所述滚珠丝杠6的另一端和所述摇臂3形成丝杠螺母副，所述升降电机5和所述驱动器电连接。

参见附图2，所述六自由度并联机器人15为ups构型，包括：

定平台15-1；

与所述定平台15-1同轴平行设置的动平台15-6；

设置在定平台15-1和动平台15-6之间的六个支腿，每个支腿由固定支腿15-3和活动支腿15-4组成，每个固定支腿15-3通过下端铰链15-2和定平台15-1上端面铰接，每个活动支腿15-4通过上端铰链15-5和动平台15-6下端面铰接。

工作时，通过控制器9控制六个支腿中的活动支腿15-4的伸缩量，便可以完成六维精度的调整。

参见附图3，所述主轴箱8和所述摇臂3左右相对运动具体为：所述摇臂3上设置有摇臂导轨3-1，所述摇臂导轨3-1下端设置有齿条，所述摇臂导轨3-1上的齿条和一个平移齿轮16啮合，所述平移齿轮16的旋转轴和设置在主轴箱8外的平移把手10固定连接，所述平移齿轮16的旋转轴通过轴承和所述主轴箱8外壁配合。

所述的扩孔钻头14可以做旋转运动具体为：所述主轴箱8上端设置有主轴电机7，所述主轴电机7输出轴和所述主轴8-1的端部通过联轴器连接；

参见附图4，所述的扩孔钻头14可以做进给运动具体为：所述主轴8-1位于主轴箱8内的侧壁位置设置有竖直方向的齿条，所述主轴8-1上的齿条和一个进给齿轮17啮合，所述进给齿轮17的旋转轴和设置在主轴箱8外的进给把手11固定连接。

所述主轴8-1轴线和所述摄像头13轴线之间的垂直距离不大于10mm。实际应用时，根据不同的主轴8-1的尺寸以及摄像头13的尺寸不同距离适当调整，目的是想实现在保证主轴8-1可以正常转动和进给运动的前提下，两者的距离尽量小。

所述摄像头13选择ccd型或cmos型。

本发明摄像头13正对工件的加工面，可以识别从工件加工面反射回来的光线，通过图像识别的方法可以获取工件加工面的图像信息，并实时传输给控制器9内的图像处理单元，获得加工面的位置、角度、孔的位置及大小信息，控制器9根据获得的相应信息将控制指令发送给六自由度并联机器人15使得工件上的孔自动定位到扩孔钻头14的下端而且保证加工过程中孔的轴线始终和扩孔钻头14的轴线一致。