專利名稱：一種機(jī)器人化機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種機(jī)床，特別涉及一種可用于機(jī)械加工的三桿并聯(lián)機(jī)器人化機(jī)床。
現(xiàn)有的用于機(jī)械加工的并聯(lián)機(jī)器人化機(jī)床(或稱虛軸機(jī)床)多為六桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)，這種機(jī)床與傳統(tǒng)的機(jī)床相比具有重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著耦合性強(qiáng)，控制難度大，有效作業(yè)空間小等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種無運(yùn)動(dòng)耦合性，控制容易，工作空間及刀具轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大，運(yùn)動(dòng)靈活的機(jī)器人化機(jī)床。
本發(fā)明的特點(diǎn)是采用三桿并聯(lián)平動(dòng)機(jī)構(gòu)和有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的腕關(guān)節(jié)相串接的復(fù)合機(jī)構(gòu)。本發(fā)明由機(jī)械系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。其機(jī)械系統(tǒng)由三桿并聯(lián)平動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)、機(jī)架及工作臺等部分組成；數(shù)控系統(tǒng)由控制計(jì)算機(jī)、軸運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源和控制軟件等部分組成。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步敘述本發(fā)明內(nèi)容。


圖1為本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的三桿并聯(lián)平動(dòng)機(jī)構(gòu)原理示意圖；圖3為本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)原理示意圖；圖4為本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)原理圖；圖5為本發(fā)明的控制軟件編程方框圖。
圖中1機(jī)架，2三桿并聯(lián)平動(dòng)機(jī)構(gòu)，3轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)，4工作臺，5固定平臺，6控制電機(jī)，7虎克鉸，8絲杠付，9伸縮桿，10空間平行機(jī)構(gòu)，11活動(dòng)平臺，12主電機(jī)，13同步齒形帶，14腕部控制電機(jī)，15轉(zhuǎn)動(dòng)套，16諧波減速器，17主軸套筒，18刀具，19傳動(dòng)齒輪組，2O轉(zhuǎn)套控制電機(jī)，21蝸輪蝸桿傳動(dòng)付，22主軸，23傳動(dòng)軸套。
本發(fā)明的機(jī)械系統(tǒng)如圖1圖2圖3所示由機(jī)架1，三桿并聯(lián)平動(dòng)機(jī)構(gòu)2，轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)3和工作臺4構(gòu)成。機(jī)架1是由底座和頂部的固定平臺5及其之間的三根立柱組成的一個(gè)整體，底座的上部裝有工作臺4，三桿并聯(lián)平動(dòng)機(jī)構(gòu)2固定在機(jī)架頂部的固定平臺5和活動(dòng)平臺11之間，活動(dòng)平臺11的底部裝有轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)3，轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)3的主軸22下端裝有刀具18。三個(gè)伸縮桿9的底部與活動(dòng)平臺11用虎克鉸7相聯(lián)，伸縮桿9的上部與固定平臺5也用虎克鉸7相聯(lián)，其頂部各裝有一個(gè)控制電機(jī)6，每個(gè)伸縮桿里面裝有一個(gè)絲杠付8。
其工作原理是三個(gè)控制電機(jī)6驅(qū)動(dòng)三個(gè)絲杠付8，使兩端由虎克鉸7連接的三個(gè)伸縮桿9伸縮。固定在固定平臺5和活動(dòng)平臺11之間的空間平行機(jī)構(gòu)10可以保證活動(dòng)平臺11平動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)三桿機(jī)器人的三自由度移動(dòng)。
構(gòu)成本發(fā)明機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)是由活動(dòng)平臺下面的箱體、轉(zhuǎn)動(dòng)套、腕關(guān)節(jié)和主軸等四部分構(gòu)成?；顒?dòng)平臺下面的箱體內(nèi)裝有蝸輪蝸桿傳動(dòng)付、同步齒形帶。主軸穿過箱體、轉(zhuǎn)動(dòng)套和腕關(guān)節(jié)。轉(zhuǎn)動(dòng)套內(nèi)裝有傳動(dòng)齒輪組和諧波減速器，傳動(dòng)齒輪組與主軸相嚙合，諧波減速器通過一根橫軸與傳動(dòng)齒輪組相連，腕關(guān)節(jié)通過軸承與轉(zhuǎn)動(dòng)套聯(lián)接。主電機(jī)與主軸22相聯(lián)，轉(zhuǎn)套控制電機(jī)20與蝸輪蝸桿相聯(lián)接，腕關(guān)節(jié)電機(jī)14通過同步齒形帶13與主軸22和傳動(dòng)齒輪組19相聯(lián)，刀具18裝在腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)主軸的下端。
其工作原理是固定在活動(dòng)平臺上的轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)3中的主電機(jī)12驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪組19，主軸22和刀具18轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)套控制電機(jī)20驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)付21，使轉(zhuǎn)動(dòng)套15繞軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速無級可調(diào)，轉(zhuǎn)角范圍可連續(xù)回轉(zhuǎn)，腕部控制電機(jī)14通過同步齒形帶13、傳動(dòng)軸套23、傳動(dòng)齒輪組19、諧波減速器16驅(qū)動(dòng)主軸套筒17圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)套的垂直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)角可達(dá)±90°。這樣就使刀具18可以在較大的作業(yè)空間內(nèi)做五自由度的五面加工作業(yè)。
本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)原理如圖4所示電源供電后，由控制計(jì)算機(jī)將命令與程序傳送給多軸運(yùn)動(dòng)控制器，而多軸運(yùn)動(dòng)控制器通過DAC輸出，位置，速度反饋通道和伺服系統(tǒng)相聯(lián)，從而控制伺服電機(jī)做按程序要求的伺服運(yùn)動(dòng)。命令和程序可由鍵盤和控制面板輸入，CRT顯示。本系統(tǒng)基于PC的開放式系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)8軸聯(lián)動(dòng)；編程簡單，與數(shù)控代碼完全兼容，可實(shí)現(xiàn)多種程序輸入方式，包括直接轉(zhuǎn)換代碼，可擴(kuò)展性強(qiáng)，開發(fā)潛力大，維護(hù)方便，中文畫面；伺服系統(tǒng)性能優(yōu)越，功能強(qiáng)大。
本發(fā)明的控制軟件其編程框圖如圖5所示。
本發(fā)明的機(jī)器人化機(jī)床可進(jìn)行三座標(biāo)和五座標(biāo)聯(lián)動(dòng)程序控制。不僅可進(jìn)行銑削，磨削，拋光等傳統(tǒng)切削加工，通過配置其它的刀具、工具還可進(jìn)行其它特殊加工。例如配備割炬或高壓射流系統(tǒng)，可進(jìn)行三維曲面數(shù)控切割加工；配備砂輪或噴丸裝置則可以對大型工件進(jìn)行表面清理、拋磨或表面強(qiáng)化加工等；配備焊接工具則可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化三維曲面焊接等。本發(fā)明還具有無運(yùn)動(dòng)耦合性，控制容易，工作空間及刀具轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大，運(yùn)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例1．一種機(jī)器人化銑床其結(jié)構(gòu)如圖1所示在本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)的主軸下端裝上銑刀，即可成為一種五軸聯(lián)動(dòng)三桿虛軸銑床。
實(shí)施例2．一種機(jī)器人化磨床其結(jié)構(gòu)如圖1所示，將活動(dòng)平臺11下的轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)取下，在活動(dòng)平臺下面裝上一個(gè)磨頭，將砂輪刀具裝在磨頭上，即可成為一種三自由度虛軸磨床。
實(shí)施例3．一種機(jī)器人化切割機(jī)床其結(jié)構(gòu)如圖1所示，將活動(dòng)平臺11下的轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)取下裝上一種割具，諸如火燃割具，激光割具，等離子割具等即可成為一種三自由度的切割機(jī)床。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人化機(jī)床，其特征在于該機(jī)床由機(jī)械系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，機(jī)械系統(tǒng)除機(jī)架和工作臺外還包含有三桿并聯(lián)平動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)，數(shù)控系統(tǒng)由控制計(jì)算機(jī)、軸運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源和控制軟件構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人化機(jī)床，其特征在于該機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)由機(jī)架、三桿并聯(lián)平動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)和工作臺構(gòu)成，機(jī)架是由底座和頂部的平臺及其之間的三根立柱組成的整體，底座的上部裝有工作臺，三桿并聯(lián)平動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架頂部的固定平臺和活動(dòng)平臺之間，活動(dòng)平臺的底部裝有轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)，三個(gè)伸縮桿的底部與活動(dòng)平臺用虎克鉸相聯(lián)，伸縮桿的上部與固定平臺也用虎克鉸相聯(lián)，其頂部各裝有一個(gè)控制電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)器人化機(jī)床，其特征在于所說的機(jī)械系統(tǒng)中活動(dòng)平臺底部裝的轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)是由箱體、轉(zhuǎn)動(dòng)套、腕關(guān)節(jié)和主軸等構(gòu)成，箱體內(nèi)裝有蝸輪蝸桿傳動(dòng)付、同步齒形帶。主軸穿過箱體、轉(zhuǎn)動(dòng)套和腕關(guān)節(jié)，轉(zhuǎn)動(dòng)套內(nèi)裝有傳動(dòng)齒輪組和諧波減速器，傳動(dòng)齒輪組與主軸相嚙合，諧波減速器通過一根橫軸與傳動(dòng)齒輪組相連，腕關(guān)節(jié)通過軸承與轉(zhuǎn)動(dòng)套聯(lián)接，主電機(jī)與主軸相聯(lián)，轉(zhuǎn)動(dòng)套電機(jī)與蝸輪蝸桿相聯(lián)接，腕關(guān)節(jié)電機(jī)通過同步齒形帶與主軸相聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人化機(jī)床，其特征在于當(dāng)該機(jī)床為機(jī)器人化銑床時(shí)，其銑刀刀具裝在轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)的主軸下端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人化機(jī)床，其特征在于當(dāng)該機(jī)床為機(jī)器人化磨床時(shí)，則將該機(jī)床活動(dòng)平臺下的轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)取下，在活動(dòng)平臺下面裝上一個(gè)磨頭，將砂輪刀具裝在磨頭上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人化機(jī)床，其特征在于當(dāng)該機(jī)床為機(jī)器人化切割機(jī)床時(shí)，則將該機(jī)床活動(dòng)平臺下的轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu)取下，裝上一種割具。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)器人化機(jī)床，其特征在于該機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)中的每個(gè)伸縮桿里各裝有一個(gè)絲杠付。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人化機(jī)床，其特征在于該機(jī)床的控制軟件其編程模塊為曲面造型→G代碼生成→G代碼格式變換→插補(bǔ)→坐標(biāo)變換→運(yùn)動(dòng)學(xué)變換→伺服控制。
全文摘要
一種機(jī)器人化機(jī)床,由機(jī)械系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)兩部分構(gòu)成,機(jī)械系統(tǒng)除機(jī)架和工作臺外還包含有三桿并聯(lián)平動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)腕機(jī)構(gòu);數(shù)控系統(tǒng)由控制計(jì)算機(jī),軸運(yùn)動(dòng)控制器,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),電源和控制軟件構(gòu)成,本發(fā)明具有無運(yùn)動(dòng)耦合性,控制容易,工作空間及刀具轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大,運(yùn)動(dòng)靈活,可實(shí)現(xiàn)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B23Q1/25GK1300658SQ9912266
公開日2001年6月27日 申請日期1999年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者蔡光起, 原所先, 郭成, 史家順, 鞏亞東, 胡明 申請人:東北大學(xué)電腦技術(shù)中心