一種機(jī)器人化螺旋制孔系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種螺旋制孔系統(tǒng)，尤其是一種機(jī)器人化的螺旋制孔系統(tǒng)，屬于工控領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人化自動制孔系統(tǒng)以其自動化、柔性化、高精度、造價(jià)低等優(yōu)勢，成為了航空、航天、造船、汽車等大型裝配領(lǐng)域發(fā)展智能制孔設(shè)備的首先。由于鉆削制孔是一種定尺寸制孔方法，對于高精度連接孔它需要采取鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等組合工序，大量換刀環(huán)節(jié)將嚴(yán)重影響制孔效率。尤其隨著鈦合金、鋁合金、碳纖維復(fù)合材料等難加工材料的應(yīng)用越來越廣，傳統(tǒng)鉆孔因其過大制孔軸向力，極易導(dǎo)致此類材料工件的制孔缺陷。因此，如何提升機(jī)器人化自動制孔系統(tǒng)的加工效率和制孔質(zhì)量，已成為機(jī)器人化自動制孔系統(tǒng)在上述大型裝配領(lǐng)域應(yīng)用推廣中必須首要解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的機(jī)器人化鉆孔系統(tǒng)存在制孔軸向力大、制孔孔徑小以及加工效率低等問題。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種機(jī)器人化螺旋制孔系統(tǒng)，包括四自由度串聯(lián)機(jī)器人、終端制孔單元以及系統(tǒng)控制器；
[0005]四自由度串聯(lián)機(jī)器人包括矩形框底座、托板、立柱、大臂以及小臂；矩形框底座的兩條長度邊框的相對內(nèi)側(cè)均設(shè)有縱向齒條，兩條長度邊框的上側(cè)面均設(shè)有縱向?qū)к?；托板的底面設(shè)有兩條底面滑槽，兩條底面滑槽分別嵌于兩條縱向?qū)к壣?，并可沿兩條縱向?qū)к墎砘鼗瑒?；托板的四個(gè)頂角處分別設(shè)有一個(gè)縱向驅(qū)動電機(jī)，縱向驅(qū)動電機(jī)的輸出軸上設(shè)有驅(qū)動齒輪，驅(qū)動齒輪與對應(yīng)位置處的縱向齒條相嚙合；立柱豎直安裝在托板的頂部，立柱的頂部豎直設(shè)有一個(gè)水平轉(zhuǎn)動電機(jī)，水平轉(zhuǎn)動電機(jī)的輸出軸上設(shè)有水平轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)；水平轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的頂部水平設(shè)有一個(gè)大臂驅(qū)動電機(jī)，大臂的一端垂直安裝在大臂驅(qū)動電機(jī)的輸出軸上，大臂驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動大臂在豎直面內(nèi)擺動；大臂的另一端設(shè)有小臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)，小臂的連接端通過擺動軸擺動式安裝在大臂的另一端上，小臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動小臂繞擺動軸在豎直面內(nèi)擺動；
[0006]終端制孔單元包括三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)、螺旋制孔機(jī)構(gòu)和法矢檢測機(jī)構(gòu)；
[0007]三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括動平臺、定平臺、第一電動伸縮桿、第二電動伸縮桿以及第三電動伸縮桿；定平臺的后側(cè)面固定安裝在小臂的對接安裝端上；第一電動伸縮桿、第二電動伸縮桿以及第三電動伸縮桿的底端均通過虎克鉸鏈等弧度安裝在定平臺前側(cè)面的圓周邊緣上；第一電動伸縮桿上裝有驅(qū)動其活動桿伸縮運(yùn)動的第一驅(qū)動電機(jī)；第二電動伸縮桿上裝有驅(qū)動其活動伸縮桿運(yùn)動的第二驅(qū)動電動；第三電動伸縮桿上裝有驅(qū)動其活動伸縮桿運(yùn)動的第三驅(qū)動電機(jī)；第一電動伸縮桿、第二電動伸縮桿以及第三電動伸縮桿的三根活動桿頂端均通過球形鉸鏈安裝在動平臺后側(cè)面的圓周邊緣上；
[0008]螺旋制孔機(jī)構(gòu)包括公轉(zhuǎn)電機(jī)、圓筒形的公轉(zhuǎn)殼體、圓柱形的自轉(zhuǎn)電機(jī)、公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)電機(jī)、蝸桿以及蝸輪；公轉(zhuǎn)電機(jī)上設(shè)有公轉(zhuǎn)減速裝置，公轉(zhuǎn)減速裝置的輸出軸上設(shè)有公轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪；公轉(zhuǎn)殼體垂直穿過動平臺的中心孔，并轉(zhuǎn)動式安裝在動平臺上；公轉(zhuǎn)殼體的外圓周上設(shè)有一圈公轉(zhuǎn)齒圈，公轉(zhuǎn)齒圈與公轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪相嚙合；自轉(zhuǎn)電機(jī)的頂端對接有圓柱形的自轉(zhuǎn)減速裝置，且自轉(zhuǎn)電機(jī)的軸心線與自轉(zhuǎn)減速裝置的軸心線位于同一軸線上；自轉(zhuǎn)電機(jī)和自轉(zhuǎn)減速裝置通過兩個(gè)內(nèi)軸承轉(zhuǎn)動式安裝在公轉(zhuǎn)殼體內(nèi)；自轉(zhuǎn)減速裝置的輸出軸向前伸出公轉(zhuǎn)殼體外，且自轉(zhuǎn)減速裝置的輸出軸偏離其軸心線；自轉(zhuǎn)減速裝置的輸出軸上設(shè)有刀桿，刀桿上裝有刀具；自轉(zhuǎn)電機(jī)的尾端設(shè)有向后伸出公轉(zhuǎn)殼體后端蓋的公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)軸，公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)軸上設(shè)有蝸輪；公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)電機(jī)安裝在公轉(zhuǎn)殼體的后端蓋上，蝸桿分別通過前支撐座和后支撐座安裝在公轉(zhuǎn)殼體的后端蓋上；蝸桿與公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出軸同軸傳動；蝸桿與蝸輪相嗤合；
[0009]法矢檢測機(jī)構(gòu)包括垂直安裝在動平臺前側(cè)面上的第一光距傳感器、第二光距傳感器以及第三光距傳感器；第一光距傳感器、第二光距傳感器以及第三光距傳感器位于同一圓周上，且相鄰兩個(gè)之間的弧度相等；
[0010]系統(tǒng)控制器分別與縱向驅(qū)動電機(jī)、水平轉(zhuǎn)動電機(jī)、大臂驅(qū)動電機(jī)、小臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第一驅(qū)動電機(jī)、第二驅(qū)動電動、第三驅(qū)動電機(jī)、公轉(zhuǎn)電機(jī)、自轉(zhuǎn)電機(jī)、公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)電機(jī)、第一光距傳感器、第二光距傳感器以及第三光距傳感器相連。
[0011]采用四自由度串聯(lián)機(jī)器人帶動終端制孔單元進(jìn)行制孔姿勢調(diào)節(jié)，能夠有效提高制孔姿態(tài)的靈活性和制孔精度；采用三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)帶動螺旋制孔機(jī)構(gòu)進(jìn)行制孔姿勢微調(diào)節(jié)，能夠進(jìn)一步提高制孔姿態(tài)的靈活性和制孔精度；采用公轉(zhuǎn)電機(jī)帶動公轉(zhuǎn)殼體進(jìn)行整體轉(zhuǎn)動，在自轉(zhuǎn)減速裝置的輸出軸偏離其軸心線的情況下，能夠有效改變制孔時(shí)的孔徑調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了一把刀可加工一系列孔徑，有效避免了機(jī)器人化鉆孔系統(tǒng)制孔時(shí)換刀環(huán)節(jié)，可大大提高制孔的加工效率，尤其適合于工件的孔系加工；采用三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)與螺旋制孔機(jī)構(gòu)的協(xié)同工作，能夠有效簡化螺旋制孔機(jī)構(gòu)組成，降低了螺旋制孔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度與制造成本；采用蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)能夠有效防止在公轉(zhuǎn)電機(jī)帶動公轉(zhuǎn)殼體進(jìn)行整體轉(zhuǎn)動時(shí)不會出現(xiàn)自轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，提高了制孔的精度；采用法矢檢測能夠?qū)崟r(shí)檢測待制孔點(diǎn)的法矢誤差，并將該誤差送至控制器，控制三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)修正終端制孔單元的制孔位姿，有效提高制孔精度。
[0012]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步限定方案，大臂的另一端設(shè)有驅(qū)動空腔，小臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝在驅(qū)動空腔內(nèi)；小臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括小臂驅(qū)動電機(jī)、齒輪傳動軸以及端蓋；小臂驅(qū)動電機(jī)的輸出軸上設(shè)有主錐形齒輪；齒輪傳動軸的一端轉(zhuǎn)動式安裝在驅(qū)動空腔的腔壁上，另一端轉(zhuǎn)動式安裝在端蓋上，端蓋封蓋在驅(qū)動空腔的側(cè)面開口上；齒輪傳動軸上固定設(shè)有一個(gè)從錐形齒輪和兩個(gè)傳動齒輪；從錐形齒輪與主錐形齒輪相嚙合，并與兩個(gè)傳動齒輪同軸傳動；小臂的連接端通過擺動軸擺動式安裝在大臂的另一端上，并在連接端上設(shè)有兩個(gè)從動齒輪；傳動齒輪與從動齒輪相嚙合，并驅(qū)動小臂繞擺動軸在豎直面內(nèi)擺動；小臂驅(qū)動電機(jī)與系統(tǒng)控制器相連。采用傳動齒輪與從動齒輪相嚙合從而帶動小臂上下擺動，能夠提高小臂的擺動精度控制；采用端蓋能夠方便拆卸或維修小臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
[0013]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)方案，動平臺的前側(cè)面上設(shè)有支撐殼體，支撐殼體套設(shè)在公轉(zhuǎn)殼體上，且公轉(zhuǎn)殼體可相對支撐殼體轉(zhuǎn)動。采用支撐殼體能夠有效防止公轉(zhuǎn)殼體在旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)生晃動，進(jìn)一步提高了制孔的精度。
[0014]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)方案，公轉(zhuǎn)殼體的前端設(shè)有封蓋在公轉(zhuǎn)殼體上的軸承端蓋，自轉(zhuǎn)減速裝置的輸出軸穿過軸承端蓋。采用軸承端蓋能夠防止制孔過程中鋼肩飛濺到內(nèi)軸承上，避免內(nèi)軸承在工作過程中受損。
[0015]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步限定方案，公轉(zhuǎn)殼體的軸心線與自轉(zhuǎn)減速裝置的軸心線相偏離。采用將公轉(zhuǎn)殼體的軸心線設(shè)計(jì)成與自轉(zhuǎn)減速裝置的軸心線相偏離，能夠進(jìn)一步擴(kuò)大孔徑的擴(kuò)展范圍。
[0016]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步限定方案，公轉(zhuǎn)殼體的軸心線與自轉(zhuǎn)減速裝置的軸心線相偏離的公轉(zhuǎn)偏心量等于自轉(zhuǎn)減速裝置的輸出軸偏離其軸心線的自轉(zhuǎn)偏心量，且公轉(zhuǎn)偏心量的偏離方向與自轉(zhuǎn)偏心量的偏離方向相反。該設(shè)計(jì)能夠?qū)⒅瓶椎陌霃椒秶鷶U(kuò)展到:刀具直徑?刀具直徑加兩倍偏心量。
[0017]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)方案，大臂的側(cè)面設(shè)有大臂支撐軸；小臂的側(cè)面設(shè)有小臂支撐軸，大臂支撐軸和小臂支撐軸之間安裝有支撐油缸；系統(tǒng)控制器與支撐油缸的液壓系統(tǒng)相連。采用支撐油缸能夠有效提高制孔時(shí)大臂與小臂之間的支撐剛性，防止小臂在制孔過程中發(fā)生晃動。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果在于:(I)采用四自由度串聯(lián)機(jī)器人帶動終端制孔單元進(jìn)行制孔姿勢調(diào)節(jié)，能夠有效提高制孔姿態(tài)的靈活性和制孔精度；(2)采用三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)帶動螺旋制孔機(jī)構(gòu)進(jìn)彳丁制孔姿勢微調(diào)節(jié)，能夠進(jìn)一步提尚制孔姿態(tài)的靈活性和制孔精度；(3)采用公轉(zhuǎn)電機(jī)帶動公轉(zhuǎn)殼體進(jìn)行整體轉(zhuǎn)動，在自轉(zhuǎn)減速裝置的輸出軸偏離其軸心線的情況下，能夠有效改變制孔時(shí)的孔徑調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了一把刀可加工一系列孔徑，有效避免了機(jī)器人化鉆孔系統(tǒng)制孔時(shí)換刀環(huán)節(jié)，可大大提高制孔的加工效率，尤其適合于工件的孔系加工；
(4)采用三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)與螺旋制孔機(jī)構(gòu)的協(xié)同工作，能夠有效簡化螺旋制孔機(jī)構(gòu)組成，降低了螺旋制孔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度與制造成本；(5)采用蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)能夠有效防止在公轉(zhuǎn)電機(jī)帶動公轉(zhuǎn)殼體進(jìn)行整體轉(zhuǎn)動時(shí)不會出現(xiàn)自轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，提高了制孔的精度；(6)采用法矢檢測能夠?qū)崟r(shí)檢測待制孔點(diǎn)的法矢誤差，并將該誤差送至控制器，控制三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)修正終端制孔單7Π的制孔位姿，有效提尚制孔精度。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型的四自由度串聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本實(shí)用新型的水平轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為本實(shí)用新型的大臂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為本實(shí)用新型的小臂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本實(shí)用新型的終端制孔單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7為本實(shí)用新型的三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意