專利名稱：混聯沖壓機器人的制作方法
混聯沖壓機器人
技術領域：
本發(fā)明涉及一種沖壓機器人，尤其涉及一種具有五自由度的混聯沖壓機器人。背景技術：
工業(yè)生產使用的機器人按照拓撲結構分為串聯型、并聯型。串聯型機器人具有適應性強、工作空間大、靈活性和可操作性好、技術成熟優(yōu)點；比較典型和成功的包括PUMA機械手和德國的KUKA機械手；并聯型機器人剛度大、精度高、易于快速操作，典型的包括Stewart機械手和Delta機械手。工業(yè)機器人可應用于沖壓工藝，實現元料的提取、送料加工與取料，其能提高勞動生產率,穩(wěn)定和提高產品質量,改善勞動條件,降低生產成本,縮短生產周期,保證生產均衡性，有顯著的經濟效益。·但是，串聯型機器人剛度比較低、積累誤差大、精度低，不適于快速高精度操作；并聯型機器人工作空間小，易于發(fā)生桿件的干涉和出現奇異位置。因此有必要并克服串聯型、并聯型機器人的缺點，使其滿足沖壓工藝對機器人剛度大、運動精度高、工作空間大、快速完成取料、送料。

發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種滿足沖壓工藝對機器人剛度大、運動精度高、工作空間大的混聯沖壓機器人。為達到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種混聯沖壓機器人，包括具有一轉動組件的轉臺機構，固定在所述轉動組件上的升降機構，設置在所述升降機構上的并聯機構，與所述并聯機構連接的驅動機構，所述驅動機構用于驅動所述并聯機構；其中，所述并聯機構包括在第一平面轉動的兩RRU支鏈、在垂直于所述第一平面的第二平面轉動的一 RUU支鏈、一可轉動的末端執(zhí)行器，所述兩RRU支鏈的第一端、RUU支鏈的第一端設置在所述升降機構上，所述兩RRU支鏈的第二端、RUU支鏈的第二端設置在所述末端執(zhí)行器上。優(yōu)選地，所述RRU支鏈包括第一主動臂、第一從動臂、連接模塊，第一主動臂的第一端設置在所述升降機構上，第一從動臂的第二端設置在所述末端執(zhí)行器上，連接模塊分別與所述第一主動臂的第二端和所述第一從動臂的第一端連接；所述RUU支鏈包括驅動模塊、第二主動臂、第二從動臂，驅動模塊固定在升降機構上，第二主動臂的第一端設置在驅動模塊上，第二從動臂的第一端與第二主動臂的第二端連接，第二從動臂的第二端設置在末端執(zhí)行器上。優(yōu)選地，所述第一主動臂包括第一主動桿、與第一主動桿平行的至少一第一主隨動桿，第一主動桿與第一主隨動桿的一端轉動連接在升降機構上，第一主動桿與第一主隨動桿的另一端轉動連接在連接模塊上；所述第一從動臂包括第一從動桿、與第一從動桿平行的至少一從隨動桿，第一從動桿與從隨動桿的一端轉動連接在連接模塊上，第一從動桿與從隨動桿另一端轉動連接在所述末端執(zhí)行器上。
優(yōu)選地，所述RUU支鏈還包括第一平衡桿；所述第二主動臂包括第二主動桿，所述第二主動桿的一端轉動連接在驅動模塊上，另一端轉動連接在第一平衡桿上；所述第二從動臂包括至少兩相互平行的從動桿，所述從動桿一端轉動連接在所述第一平衡桿上、另一端轉動連接在所述末端執(zhí)行器上。優(yōu)選地，所述RUU支鏈還包括第二平衡桿，所述第二平衡桿轉動連接在末端執(zhí)行器上，且所述從動桿的另一端轉動連接在所述第二平衡桿上。優(yōu)選地，所述末端執(zhí)行器包括與RRU支鏈、RUU支鏈連接的動平臺，設置在動平臺的下端面、可轉動的末端支架，固定在動平臺上與末端支架連接的驅動電機，所述驅動電機用于驅動所述末端支架轉動。優(yōu)選地，所述升降機構包括設置在轉動組件上的立柱，套設在所述立柱上并沿所述立柱升降的升降臺，與所述立柱連接、經所述立柱驅動所述升降臺的驅動模塊；所述升降臺上設置所述并聯機構?！?yōu)選地，所述驅動機構包括設置在轉動組件上的兩花鍵軸，及與所述花鍵軸連接驅動花鍵軸的驅動模塊，所述花鍵軸與RRU支鏈連接。優(yōu)選地，所述驅動模塊進一步還包括驅動電機，及連接花鍵軸和驅動電機的四桿機構，其中，所述四桿機構由三根首尾轉動連接的連桿組成。優(yōu)選地，所述轉臺機構包括基座，固定在基座底部的支撐件，設置在支撐件上的轉動組件，及設置在支撐件上與轉動組件連接驅動所述轉動組件的驅動模塊；其中，所述轉動組件包括設置在支撐件上的轉臺連接件，設置在轉臺連接件上并相對轉臺連接件轉動的轉臺，所述轉臺與驅動模塊連接。本發(fā)明的混聯沖壓機器人，通過轉臺機構、升降機構使機器人旋轉和升降，擴大機器人的工作空間范圍；設置在升降機構上的并聯機構采用RRU、RUU支鏈結構，使機器人末端執(zhí)行器運動靈活，RRU、RUU支鏈結構為并聯型結構，使機器人的剛度增強，分別控制上述支鏈結構可提高控制精度且可快速調整支鏈結構末端位置，從而可快速完成取料、送料工作。

圖I示出本發(fā)明的混聯沖壓機器人的結構示意圖。圖2示出本發(fā)明的混聯沖壓機器人的并聯機構的結構示意圖。圖3示出本發(fā)明的混聯沖壓機器人的升降機構的結構示意圖。圖4示出本發(fā)明的混聯沖壓機器人的轉臺機構的結構示意圖。圖5示出本發(fā)明的混聯沖壓機器人的RRU支鏈的剖面圖。圖6示出本發(fā)明的混聯沖壓機器人的RUU支鏈的剖面圖。圖7示出本發(fā)明的混聯沖壓機器人的升降機構的剖面圖。圖8示出本發(fā)明的混聯沖壓機器人的轉臺機構的剖面圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖I所示，本發(fā)明提供一種用于沖壓工藝的混聯沖壓機器人，使其完成對工件的取料、送料工作，包括轉臺機構I，上述轉臺機構I具有一可旋轉的轉動組件10 ;升降機構2，上述升降機構2固定在轉動組件10上；并聯機構3，上述并聯機構3設置在升降機構2上；驅動機構4，上述驅動機構4與并聯機構3連接，用于驅動并聯機構3。其中，上述并聯機構3包括在第一平面轉動的兩RRU支鏈31、在垂直于上述第一平面的第二平面轉動的一 RUU支鏈32、一可轉動的末端執(zhí)行器33，上述第一平面為大致與轉臺機構I所在的平面平行；上述兩RRU支鏈31的第一端、RUU支鏈32的第一端分別設置在升降機構2上，上述兩RRU支鏈31的第二端、RUU支鏈32的第二端分別設置在末端執(zhí)行器33上；上述末端執(zhí)行器33用于完成工件的取料、放料。本發(fā)明的混聯沖壓機器人，通過轉臺機構、升降機構使機器人旋轉和升降，擴大機器人的工作空間范圍；設置在升降機構上的并聯機構采用RRU、RUU支鏈結構，使機器人末端執(zhí)行器運動靈活，RRU、RUU支鏈結構為并聯型結構，使機器人的剛度增強，分別控制上述支鏈結構可提高控制精度且可快速調整支鏈結構末端位置，從而可快速完成取料、送料工·作。參考圖2所示，為本發(fā)明的并聯機構的結構示意圖。上述并聯機構包括兩RRU支鏈和一 RUU支鏈，兩RRU支鏈具有相同的結構，為簡便描述僅以其中一 RRU支鏈、RUU支鏈進行詳細說明。上述RRU支鏈31包括第一主動臂311，第一從動臂312，連接模塊313 ;第一主動臂311的第一端轉動連接在升降機構2上、且與上述驅動機構4連接，第一主動臂311的第二端轉動連接在連接模塊313上；第一從動臂312的第一端轉動連接在連接模塊313上，第一從動臂312的第二端設置在末端執(zhí)行器33上。其中，上述第一主動臂311的第二端與第一從動臂312的第一端連接在連接模塊313的不同位置。上述兩RRU支鏈31在驅動機構4的不同驅動作用下，可實現末端執(zhí)行器33在平行于第一平面的水平運動平面上進行前、后、左、右運動。上述RUU支鏈32包括驅動模塊321，第二主動臂322，第二從動臂323 ;上述驅動模塊321固定在升降機構2上，第二主動臂322的第一端與驅動模塊321轉動連接，第二從動臂323的第一端與第二主動臂322的第二端轉動連接，第二從動臂323的第二端與末端執(zhí)行器33轉動連接。上述RUU支鏈32在驅動模塊321的驅動作用下，可實現末端執(zhí)行器33的微調節(jié)的俯仰，且俯仰的控制精度顯著提高。上述水平運動平面非一固定高度的平面，其在升降機構2對并聯機構3的驅動作用下，帶動末端執(zhí)行器33在一定高度范圍內浮動的平面。進一步地，本發(fā)明的混聯沖壓機器人，如圖2所示，RRU支鏈的第一主動臂、第一從動臂采用如下改進結構。上述第一主動臂311包括第一主動桿3111、與第一主動桿3111平行的至少一第一主隨動桿3112,本發(fā)明中米用一第一主隨動桿3112,上述第一主動桿3111與第一主隨動桿3112的一端分別轉動連接在升降機構2上，上述第一主動桿3111與第一主隨動桿3112的另一端分別轉動連接在連接模塊313上。本發(fā)明的第一主動臂311采用平行機構可穩(wěn)定的實現力的傳遞，為加強第一主動臂311的剛性，可采用兩個或兩個以上的第一主隨動桿3112。上述第一從動臂312包括第一從動桿3121、與第一從動桿3121平行的至少一從隨動桿3122，上述第一從動桿3121與從隨動桿3122的一端轉動連接在連接模塊313上，上述第一從動桿3121與從隨動桿3122的另一端轉動連接在所述末端執(zhí)行器33上。本發(fā)明中采用兩個從隨動桿3122，加強第一從動臂312的剛性，亦可采用兩個以上的從隨動桿3122。第一從動桿3121與從隨動桿3122彼此間采用平行機構可穩(wěn)定的實現力的傳遞。進一步，第一從動臂312還包括平衡桿3123，上述第一從動桿3121與從隨動桿3122的另一端轉動連接在平衡桿3123上，平衡桿3123轉動連接在末端執(zhí)行器33上。上述連接模塊313為呈“匕”型的二叉連接件，上述第一主動臂311、第一從動臂312分別轉動連接在上述二叉連接件的兩支叉上。本發(fā)明的兩RRU支鏈31由大致呈平行結構的第一主動臂311、第一從動臂312及設置在第一主動臂311、第一從動臂312之間的二叉連接件依次轉動連接，在驅動機構4分別對兩RRU支鏈31的第一主動臂311的一端驅動經二叉連接件、第一從動臂312傳遞最終驅動末端執(zhí)行器33在平行于第一平面的水平運動平面上進行前、后、左、右運動。
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進一步地，本發(fā)明的混聯沖壓機器人，如圖2所示，RUU支鏈的第二主動臂、第二從動臂采用如下改進結構。上述RUU支鏈32還包括第一平衡桿324，上述第二主動臂322包括至少一第二主動桿，本發(fā)明實施例采用一第二主動桿，上述第二主動桿的一端轉動連接在驅動模塊321上，第二主動桿的另一端轉動連接在第一平衡桿324上；第二從動臂323包括至少兩相互平行的從動桿3231，上述從動桿3231的一端轉動連接在第一平衡桿324上、從動桿3231的另一端轉動連接在末端執(zhí)彳了器33上。本發(fā)明的一實施例中采用4個相互平行的從動桿3231，上述從動桿3231的一端分別轉動連接在第一平衡桿324上。上述RUU支鏈32由第二主動臂322、大致呈平行結構的第二從動臂323及設置在第二主動臂322、第二從動臂323之間的第一平衡桿324依次連接，在驅動模塊321分別對第二主動臂322的一端驅動經第一平衡桿324、第二從動臂323傳遞最終驅動末端執(zhí)行器33的微調節(jié)的俯仰。進一步地，上述RUU支鏈32還包括第二平衡桿325，第二平衡桿325轉動連接在末端執(zhí)行器33上，且上述從動桿3231的另一端轉動連接(根據這里的修改將權利要求5也進行了適應性修改)在第二平衡桿325上。上述RUU支鏈32將4個相互平行的從動桿3231連接在第一平衡桿324、第二平衡桿325之間，可提高第二從動臂325的剛性，最終體現為提高機器人的剛性。本發(fā)明另一實施例的混聯沖壓機器人，末端執(zhí)行器33包括與RRU支鏈31、RUU支鏈32連接的動平臺331 ;設置在動平臺331的下端面、可轉動的末端支架332，末端支架332固定手抓或者吸盤用以夾持工件，實現取料和放料；固定在動平臺331上與末端支架332連接的驅動電機333。上述驅動電機333用于驅動末端支架332轉動從而使末端支架332經手抓或者吸盤的工件在平行于第一平面的水平運動平面上轉動，用以精確調整工件的角度。進一步地，如圖3所示，上述升降機構2包括設置在轉動組件10上的立柱21，套設在立柱21上并沿立柱21升降的升降臺22，與立柱21連接、經立柱21驅動上述升降臺22的驅動模塊23 ;上述并聯機構3設置在升降臺22上，并隨升降臺22升降運動，實現并聯機構3在大行程范圍內的升降調節(jié)。具體為，上述兩RRU支鏈31的第一主動臂311的第一端轉動連接在升降臺22上，RUU支鏈32的驅動模塊321固定在升降臺22上。
升降機構2還進一步包括固定在轉動組件10上的至少一平臺連接桿24，上述平臺連接桿24與立柱21平行，在平臺連接桿24與立柱21的上端面還連接有上固定平臺25 ；本發(fā)明優(yōu)選4個平臺連接桿24，實現均衡穩(wěn)固的支撐上固定平臺25進而使立柱21在驅使升降臺22升降過程中不致傾斜和保持剛度。升降機構2的驅動模塊23也可固定在上固定平臺25上，為平衡機器人的重量，本發(fā)明優(yōu)選設置在轉動組件10上。上述立柱21可為液壓方式驅動的立柱，即在立柱外設置采用液壓方式驅動的升降桿從而使升降臺22升降；上述立柱21可為滾珠絲桿，滾珠絲桿轉動連接在轉動組件上，上述滾珠絲桿與升降臺22由螺母(圖中未示出)連接，在滾珠絲桿轉動下驅使升降臺22上下進行升降運動。上述驅動模塊23經同步帶、齒輪或直接與滾珠絲桿連接，從而驅動滾珠絲桿，本發(fā)明優(yōu)選同步帶231使驅動模塊與滾珠絲桿連接。上述驅動機構4包括設置在轉動組件10上的兩花鍵軸41，及與花鍵軸41連接、用于驅動花鍵軸的驅動模塊42，上述兩花鍵軸41分別與兩RRU支鏈31連接；上述花鍵軸41·通過花鍵套43與升降臺22滑動連接，且花鍵軸41轉動連接在上述轉動組件10和上固定平臺25之間。通過驅使花鍵軸41轉動進而帶動與其連接的RRU支鏈31轉動。上述驅動模塊42進一步還包括驅動電機421，及連接花鍵軸41和驅動電機421的四桿機構422，其中，上述四桿機構422由三根首尾轉動連接的連桿組成。同樣，花鍵軸41和驅動電機421亦可采用同步帶、齒輪或直接連接，使驅動電機實現對花鍵軸的驅動作用。本發(fā)明的升降機構、驅動機構控制方式驅動模塊23是升降臺22上下移動的動力源，輸出力矩和轉速，經過同步帶231帶動滾珠絲杠轉動，滾珠絲杠的轉動通過螺母帶動升降臺22沿花鍵軸41上下移動；兩花鍵軸41的驅動電機421分別上述兩RRU支鏈31的動力源，輸出力矩和轉速，分別經過兩四桿機構422傳動給兩花鍵軸41，兩花鍵軸41的轉動可分別帶動兩RRU支鏈31的轉動。本發(fā)明另一實施例的混聯沖壓機器人，如圖4所示，上述轉臺機構I包括基座11，固定在基座11底部的支撐件12，設置在支撐件12上的轉動組件10，及設置在支撐件12上與轉動組件10連接驅動上述轉動組件10的驅動模塊13 ;其中，轉動組件10包括設置在支撐件12上的轉臺連接件101，設置在轉臺連接件101上并相對轉臺連接件101轉動的轉臺102，所述轉臺102與驅動模塊13連接。上述立柱21、花鍵軸41轉動連接在轉臺102和上固定平臺25之間，平臺連接桿24固定在轉臺102和上固定平臺25之間。驅動模塊13固定連接在支撐件12上，驅動模塊13輸出軸經減速器14減速后與轉臺102固定連接，轉臺連接件101外側與轉臺102固定連接，轉臺連接件101內側通過軸承15和支撐件12轉動連接。驅動模塊13是轉臺102的動力源，輸出力矩和轉速，帶動轉臺102轉動。本發(fā)明的混聯沖壓機器人，通過轉臺機構上轉臺可使設置在其上的并聯機構經升降機構傳動實現旋轉、以及在升降機構使并聯機構完成升降，擴大機器人的工作空間范圍；設置在升降機構上的并聯機構采用RRU、RUU支鏈結構，在花鍵軸的驅使作用下實現支鏈結構的高控制精度且使機器人末端執(zhí)行器運動靈活，RRU、RUU支鏈結構為并聯型結構，從而使機器人的剛度增強，且可快速調整支鏈結構末端位置，從而可快速完成取料、送料工作。以上所述本發(fā)明的具體實施方式
，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何根據本發(fā)明的技術構思所作出的各種其他相應的改變與變形，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍內。
權利要求
1.一種混聯沖壓機器人，其特征在于，包括具有一轉動組件的轉臺機構，固定在所述轉動組件上的升降機構，設置在所述升降機構上的并聯機構，與所述并聯機構連接的驅動機構，所述驅動機構用于驅動所述并聯機構；其中，所述并聯機構包括在第一平面轉動的兩RRU支鏈、在垂直于所述第一平面的第二平面轉動的一 RUU支鏈、一可轉動的末端執(zhí)行器，所述兩RRU支鏈的第一端、RUU支鏈的第一端設置在所述升降機構上，所述兩RRU支鏈的第二端、RUU支鏈的第二端設置在所述末端執(zhí)行器上。
2.根據權利要求I所述的混聯沖壓機器人，其特征在于，所述RRU支鏈包括第一主動臂、第一從動臂、連接模塊，第一主動臂的第一端設置在所述升降機構上，第一從動臂的第二端設置在所述末端執(zhí)行器上，連接模塊分別與所述第一主動臂的第二端和所述第一從動臂的第一端連接；所述RUU支鏈包括驅動模塊、第二主動臂、第二從動臂，驅動模塊固定在升降機構上，第二主動臂的第一端設置在驅動模塊上，第二從動臂的第一端與第二主動臂的第二端連接，第二從動臂的第二端設置在末端執(zhí)行器上。
3.根據權利要求2所述的混聯沖壓機器人，其特征在于，所述第一主動臂包括第一主動桿、與第一主動桿平行的至少一第一主隨動桿，第一主動桿與第一主隨動桿的一端轉動連接在升降機構上，第一主動桿與第一主隨動桿的另一端轉動連接在連接模塊上；所述第一從動臂包括第一從動桿、與第一從動桿平行的至少一從隨動桿，第一從動桿與從隨動桿的一端轉動連接在連接模塊上，第一從動桿與從隨動桿另一端轉動連接在所述末端執(zhí)行器上。
4.根據權利要求2所述的混聯沖壓機器人，其特征在于，所述RUU支鏈還包括第一平衡桿；所述第二主動臂包括第二主動桿，所述第二主動桿的一端轉動連接在驅動模塊上，另一端轉動連接在第一平衡桿上；所述第二從動臂包括至少兩相互平行的從動桿，所述從動桿一端轉動連接在所述第一平衡桿上、另一端轉動連接在所述末端執(zhí)行器上。
5.根據權利要求4所述的混聯沖壓機器人，其特征在于，所述RUU支鏈還包括第二平衡桿，所述第二平衡桿轉動連接在末端執(zhí)行器上，且所述從動桿的另一端轉動連接在所述第二平衡桿上。
6.根據權利要求I所述的混聯沖壓機器人，其特征在于，所述末端執(zhí)行器包括與RRU支鏈、RUU支鏈連接的動平臺，設置在動平臺的下端面、可轉動的末端支架，固定在動平臺上與末端支架連接的驅動電機，所述驅動電機用于驅動所述末端支架轉動。
7.根據權利要求I所述的混聯沖壓機器人，其特征在于，所述升降機構包括設置在轉動組件上的立柱，套設在所述立柱上并沿所述立柱升降的升降臺，與所述立柱連接、經所述立柱驅動所述升降臺的驅動模塊；所述升降臺上設置所述并聯機構。
8.根據權利要求7所述的混聯沖壓機器人，其特征在于，所述驅動機構包括設置在轉動組件上的兩花鍵軸，及與所述花鍵軸連接驅動花鍵軸的驅動模塊，所述花鍵軸與RRU支鏈連接。
9.根據權利要求8所述的混聯沖壓機器人，其特征在于，所述驅動模塊進一步還包括驅動電機，及連接花鍵軸和驅動電機的四桿機構，其中，所述四桿機構由三根首尾轉動連接的連桿組成。
10.根據權利要求I所述的混聯沖壓機器人，其特征在于，所述轉臺機構包括基座，固定在基座底部的支撐件，設置在支撐件上的轉動組件，及設置在支撐件上與轉動組件連接驅動所述轉動 組件的驅動模塊；其中，所述轉動組件包括設置在支撐件上的轉臺連接件，設置在轉臺連接件上并相對轉臺連接件轉動的轉臺，所述轉臺與驅動模塊連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混聯沖壓機器人，包括具有一轉動組件的轉臺機構，固定在所述轉動組件上的升降機構，設置在所述升降機構上的并聯機構，與所述并聯機構連接的驅動機構，所述驅動機構用于驅動所述并聯機構。本發(fā)明的混聯沖壓機器人，通過轉臺機構、升降機構使機器人旋轉和升降，擴大機器人的工作空間范圍；設置在升降機構上的并聯機構采用RRU、RUU支鏈結構，使機器人末端執(zhí)行器運動靈活，RRU、RUU支鏈結構為并聯型結構，使機器人的剛度增強，分別控制上述支鏈結構可提高控制精度且可快速調整支鏈結構末端位置，從而可快速完成取料、送料工作。
文檔編號B21D22/00GK102785240SQ201210298820
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月21日 優(yōu)先權日2012年8月21日
發(fā)明者侯超, 張建偉, 張朋, 李兵, 林偉陽, 胡穎 申請人:深圳先進技術研究院