基于球面工件的激光切割机器人与工作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于球面工件的激光切割机器人，包括激光切割机器人，激光切割机器人包括多自由度球关节、伸缩臂和执行单元；伸缩臂随多自由度球关节摆动，执行单元安装在伸缩臂的末端；还包括固定于夹具上球面壁体工件；多自由度球关节的球心与球面壁体工件的球心重合；本发明专利技术的针对球面壁体工件表面的任意部位的激光打孔的机器人进行结构设计，只采用单一关节来完成目标运动要求，降低通用机器机械臂的关节数量。械臂的关节数量。械臂的关节数量。

【技术实现步骤摘要】
基于球面工件的激光切割机器人与工作方法


[0001]本专利技术属于机器人领域。

技术介绍

[0002]工业机器人的机械臂为了满足通用性，一般至少由三个复杂的机械关节的相互协调才能完成执行末端的完整的六自由度运动；实践中，为了完成特定的机械动作，完整的六自由度运动往往是多余的；
[0003]本方案针对球面壁体工件表面的任意部位的激光打孔的机器人进行结构设计，只采用单一关节来完成目标运动要求，降低通用机器机械臂的关节数量。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于球面工件的激光切割机器人与工作方法，只采用单一关节来完成目标运动要求。
[0005]技术方案：为实现上述目的，本专利技术的基于球面工件的激光切割机器人，包括激光切割机器人，激光切割机器人包括多自由度球关节、伸缩臂和执行单元；伸缩臂随多自由度球关节摆动，执行单元安装在伸缩臂的末端；还包括固定于夹具上球面壁体工件；多自由度球关节的球心与球面壁体工件的球心重合。
[0006]进一步的，多自由度球关节包括球体约束环，球体约束环内约束设置有球壳体，球体约束环的内圈面的球面内壁与球壳体的外球面同球心滑动配合；伸缩臂包括a电动伸缩器，执行单元连接在a电动伸缩器的a伸缩杆末端；a电动伸缩器远离a伸缩杆的一端通过连接柱连接球壳体。
[0007]进一步的，球壳体的下端一体化设置有环壁，连接柱的上端外壁通过若干轴承与环壁同轴心转动配合；连接柱的下端固定连接a电动伸缩器。
[0008]进一步的，将连接柱的轴线记为a轴；球壳体的上端镂空有与a轴重合的探出镂空口：球壳体内为球形仓，球形仓内通过固定架固定安装有b电动伸缩器，b电动伸缩器的b伸缩杆朝上且与a轴平行，b伸缩杆的上端固定连接有齿轮支架，所示齿轮支架在探出镂空口围合范围内；
[0009]齿轮支架上固定有齿轮轴，齿轮轴上通过轴承转动安装有行走齿轮，行走齿轮的轴线与a轴垂直；球壳体上方设置外齿圈，外齿圈的内侧沿径向方向固定设置有直线齿条，直线齿条下侧为阵列齿体，行走齿轮与阵列齿体啮合；阵列齿体的两侧沿长度方向设置有齿轮约束侧壁，与阵列齿体啮合的行走齿轮活动夹设在两齿轮约束侧壁之间；直线齿条上侧固定连接有与外齿圈同轴心的中心轴，中心轴通过轴承转动安装在固定设置的轴承座上；将中心轴的轴线记为b轴，b轴始终与铅垂线平行。
[0010]进一步的，定义一个c轴，c轴过球壳体的球心，且同时与a轴和直线齿条长度方向垂直；
[0011]当a轴与b轴重合时，行走齿轮啮合在直线齿条中部，如果外齿圈主动沿自身轴线
旋转，直线齿条带动行走齿轮沿a轴转动，使球壳体和c轴均绕a轴旋转；如果行走齿轮主动沿自身轴线转动的同时b伸缩杆适应性伸出，则使行走齿轮在啮合传动下沿直线齿条长度方向啮合行走，进而使球壳体绕c轴旋转，从而使a轴与b轴之间形成夹角。
[0012]进一步的，结构平台上固定安装有a伺服电机，a伺服电机的输出端驱动连接有a驱动齿轮，a驱动齿轮与外齿圈啮合；齿轮支架上固定安装有b伺服电机，所示b伺服电机驱动连接行走齿轮。
[0013]进一步的，连接柱的上端同轴心固定连接有运动补偿内齿圈，固定架上固定安装有c伺服电机，c伺服电机的输出端驱动连接c输出齿轮，c输出齿轮与运动补偿内齿圈啮合。
[0014]进一步的，执行单元包括固定在a伸缩杆末端的导轨，导轨的长度延伸线与a轴垂直，导轨内的滑块上固定安装有激光切割器，导轨上沿长度方向固定安装有c电动伸缩器，c电动伸缩器的c伸缩杆末端固定连接激光切割器，从而驱动激光切割器沿导轨的长度延伸线方向位移；激光切割器上有激光发射头，激光发射头发射的激光延伸线与a轴平行；激光切割器沿导轨的长度延伸线方向位移会改变激光延伸线与a轴之间的间距。
[0015]进一步的，a轴与b轴重合的情况下，如果需要执行单元保持静止的状态下控制c轴绕a轴旋转，具体的工作方法如下：
[0016]控制外齿圈主动沿自身轴线旋转时的转速为w，与此同时运动补偿内齿圈相对于球壳体的旋转方向与外齿圈主动旋转的方向相反，且补偿内齿圈相对球壳体的转速也为w，使补偿内齿圈的旋转与外齿圈的旋转相互抵消，从而使执行单元保持静止状态，不受外齿圈旋转的影响；c轴仍然绕a轴转动，直至c轴绕a轴转动到预定位置。
[0017]有益效果：本专利技术的针对球面壁体工件表面的任意部位的激光打孔的机器人进行结构设计，只采用单一关节来完成目标运动要求，降低通用机器机械臂的关节数量；同时通过运动补偿的结构和方式解决了执行单元受外齿圈旋转的影响。
附图说明
[0018]附图1为本装置工作时的整体剖开结构示意图；
[0019]附图2为附图1的标记71处的放大示意图；
[0020]附图3为本装置的整体第二剖视图；
[0021]附图4为附图3的标记29处的放大示意图；
[0022]附图5为多自由度球关节内部结构示意图；
[0023]附图6为外齿圈结构示意图；
[0024]附图7为工件结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。
[0026]如附图1至7所示的基于球面工件的激光切割机器人，如图1和3包括激光切割机器人，激光切割机器人包括固定设置的支架50、多自由度球关节29、伸缩臂90和执行单元71；伸缩臂90随多自由度球关节29摆动，执行单元71安装在伸缩臂90的末端；还包括固定于夹具上球面壁体工件42；多自由度球关节29的球心与球面壁体工件42的球心重合，这样伸缩臂90随多自由度球关节29摆动可以使执行单元71对应到球面壁体工件42的任意位置，本装
置的核心结构在于驱动多自由度球关节29的传动机构，具体结构如下：
[0027]多自由度球关节29包括传动系统箱体32，传动系统箱体32固定在支架50上，传动系统箱体32的底壁上设置有球体约束环35，球体约束环35内约束设置有球壳体13，球体约束环35的内圈面的球面内壁36与球壳体13的外球面同球心滑动配合；伸缩臂90包括a电动伸缩器37，执行单元71连接在a电动伸缩器37的a伸缩杆28末端；
[0028]a电动伸缩器37远离a伸缩杆28的一端通过连接柱19连接球壳体13，在球体约束环35的约束下球壳体13绕自身球心转动。
[0029]如图4和5，球壳体13的下端一体化设置有环壁17，连接柱19的上端外壁通过若干轴承16与环壁17同轴心转动配合；连接柱19的下端固定连接a电动伸缩器37；
[0030]将连接柱19的轴线记为a轴20；球壳体13的上端镂空有与a轴20重合的探出镂空口8：球壳体13内为球形仓80，球形仓80内通过固定架24固定安装有b电动伸缩器14，b电动伸缩器14的b伸缩杆11朝上且与a轴20平行，b伸缩杆11的上端固定连接有齿轮支架9，所示齿轮支架9在探出镂空口8围合范围内；齿轮支架9上固定有齿轮轴4，齿轮轴4上通过轴承转动安装有行走齿轮7，行走齿轮7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于球面工件的激光切割机器人，其特征在于：包括激光切割机器人，所述激光切割机器人包括多自由度球关节(29)、伸缩臂(90)和执行单元(71)；所述伸缩臂(90)随多自由度球关节(29)摆动，所述执行单元(71)安装在所述伸缩臂(90)的末端；还包括固定于夹具上球面壁体工件(42)；所述多自由度球关节(29)的球心与所述球面壁体工件(42)的球心重合。2.根据权利要求1所述的基于球面工件的激光切割机器人，其特征在于：所述多自由度球关节(29)包括球体约束环(35)，所述球体约束环(35)内约束设置有球壳体(13)，所述球体约束环(35)的内圈面的球面内壁(36)与所述球壳体(13)的外球面同球心滑动配合；所述伸缩臂(90)包括a电动伸缩器(37)，所述执行单元(71)连接在a电动伸缩器(37)的a伸缩杆(28)末端；所述a电动伸缩器(37)远离a伸缩杆(28)的一端通过连接柱(19)连接所述球壳体(13)。3.根据权利要求2所述的基于球面工件的激光切割机器人，其特征在于：所述球壳体(13)的下端一体化设置有环壁(17)，所述连接柱(19)的上端外壁通过若干轴承(16)与所述环壁(17)同轴心转动配合；所述连接柱(19)的下端固定连接所述a电动伸缩器(37)。4.根据权利要求2所述的基于球面工件的激光切割机器人，其特征在于：将连接柱(19)的轴线记为a轴(20)；所述球壳体(13)的上端镂空有与所述a轴(20)重合的探出镂空口(8)：球壳体(13)内为球形仓(80)，所述球形仓(80)内通过固定架(24)固定安装有b电动伸缩器(14)，所述b电动伸缩器(14)的b伸缩杆(11)朝上且与所述a轴(20)平行，所述b伸缩杆(11)的上端固定连接有齿轮支架(9)，所示齿轮支架(9)在探出镂空口(8)围合范围内；所述齿轮支架(9)上固定有齿轮轴(4)，所述齿轮轴(4)上通过轴承转动安装有行走齿轮(7)，所述行走齿轮(7)的轴线与所述a轴(20)垂直；所述球壳体(13)上方设置外齿圈(5)，所述外齿圈(5)的内侧沿径向方向固定设置有直线齿条(6)，直线齿条(6)下侧为阵列齿体(31)，所述行走齿轮(7)与所述阵列齿体(31)啮合；所述阵列齿体(31)的两侧沿长度方向设置有齿轮约束侧壁(30)，与所述阵列齿体(31)啮合的行走齿轮(7)活动夹设在两所述齿轮约束侧壁(30)之间；所述直线齿条(6)上侧固定连接有与所述外齿圈(5)同轴心的中心轴(2)，所述中心轴(2)通过轴承转动安装在固定设置的轴承座(34)上；将中心轴(2)的轴线记为b轴(100)，所述b轴(100)始终与铅垂线平行。5.根据权利要求4所述的基于球面工件的激光切割机器人，其特征在于：定义一个c轴(12)，所述c轴(12)过球壳体(13)的球心，且同时与a轴(20)和直线齿条(6)长度方...

【专利技术属性】
技术研发人员：江晓明，黄丽，李辉，杨明臻，梅志敏，
申请(专利权)人：武昌工学院，
类型：发明
国别省市：