專利名稱：具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及的是一種機器人包邊系統(tǒng)，特別是一種具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，用于汽車制造領域。
背景技術(shù)：
包邊是指把經(jīng)過翻邊的工件折疊到180°，是一種薄板零件內(nèi)、外板間的聯(lián)接技術(shù)。包邊方法主要有四種手工包邊、液壓專用包邊機包邊、模壓包邊和機器人包邊。手工包邊的生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品外觀質(zhì)量差。液壓專用包邊機包邊由于其結(jié)構(gòu)的限制，包邊動作需分步實現(xiàn)，車門容易出現(xiàn)壓痕，整體包邊質(zhì)量不高。模壓包邊一次成形，其優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，包邊質(zhì)量和外觀好，但是需要模具，投資大，成本高。機器人包邊是一種包邊新技術(shù)，針對不同形狀的零件，只需進行相應的路徑規(guī)劃，不需要專門制造模具，因此對不同形狀的零件具有柔性，可以大大降低成本。汽車中的車門、發(fā)動機蓋、行李箱蓋等許多部件都需要包邊，但是它們形狀各異，液壓專用機包邊和模壓包邊針對不同部件都需要相應的模具，由于機器人包邊對不同形狀的零件具有很好的柔性，因此機器人包邊在汽車制造等行業(yè)具有很好的應用價值。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，德溫特專利號為2002-754571[82]，名稱為滾壓包邊機(原文名稱Roll hemming method for joining panels，involvesperforming primary bending of outer panel flange，using primary roller havingouter diameter larger than outer diameter of secondary roller)，該專利技術(shù)自述為裝于機器人手臂的主滾子(其外徑比次滾子大)完成外板的翻邊，翻邊的角度由主滾子的斜面角度決定，然后由次滾子完成包邊，此專利技術(shù)的優(yōu)點是工作臺固定，結(jié)構(gòu)簡單，但是仍需要下模，且采用串聯(lián)式機器人，剛度低。該方案機器人抓取和移動工件對機器人的力學、動力學性能要求過高，隨著車門等零件普遍采用高強鋼，所需包邊力成倍增加，包邊質(zhì)量難以保證。上述專利的主要不足在于仍然需要模具，在一定程度上影響了系統(tǒng)的柔性；機器人為剛度小的串聯(lián)式機器人，剛度低是進一步提高包邊質(zhì)量的瓶頸，當工件為高強鋼時，串聯(lián)式機器人的缺陷將表現(xiàn)更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，使其采用并聯(lián)式機器人克服了串聯(lián)式機器人剛度小的缺點；滾壓機構(gòu)是以滾子為支承的結(jié)構(gòu)，故不需要模具，克服了液壓專用包邊機包邊和模壓包邊需要下模的不足；采用可回轉(zhuǎn)的工作臺，解決了并聯(lián)式機器人的工作空間較小的問題。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括滾壓機構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺以及底座組成，其特征在于，還包括六自由度并聯(lián)式機器人，六自由度并聯(lián)式機器人是六自由度的平臺機構(gòu)，六自由度并聯(lián)式機器人由6根獨立地自由伸縮桿，六自由度并聯(lián)式機器人通過機器人的固定平臺置于底座上并且機器人的活動平臺通過法蘭盤與滾壓機構(gòu)相連，回轉(zhuǎn)工作臺放置于底座上，底座置于整個裝置的最下面，在底座上面的兩端安放六自由度并聯(lián)式機器人和回轉(zhuǎn)工作臺，在六自由度并聯(lián)式機器人的活動平臺一側(cè)設置滾壓機構(gòu)。六自由度并聯(lián)式機器人通過法蘭盤聯(lián)接并驅(qū)動滾壓機構(gòu)使?jié)L子沿包邊方向移動，回轉(zhuǎn)工作臺上放置工件，回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動使工件另一邊成為待包邊。
六自由度并聯(lián)式機器人是六自由度的平臺機構(gòu)，該機構(gòu)由6根可以獨立地自由伸縮的桿與關節(jié)聯(lián)接固定平臺與活動平臺而形成的，通過桿長的協(xié)調(diào)運動實現(xiàn)活動平臺的位置和姿態(tài)的改變，活動平臺有6個自由度，固定平臺上的關節(jié)為虎克鉸即萬向鉸，它的受拉性能好且關節(jié)間的間隙可調(diào)，可以提高平臺的機械精度，活動平臺上的關節(jié)為球鉸。六根伸縮桿繞球鉸和虎克鉸的轉(zhuǎn)動以及驅(qū)動液壓缸和6個伺服缸并聯(lián)協(xié)調(diào)地共同驅(qū)動活動平臺，保持機器人運動平穩(wěn)。機器人末端法蘭盤的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)預包邊機構(gòu)和包邊機構(gòu)的轉(zhuǎn)換。
滾壓機構(gòu)具有預包邊機構(gòu)和包邊機構(gòu)兩套滾子機構(gòu)，每套滾子都由一圓柱滾子作為工件的支承滾子，兩支承滾子對稱地設置在滾壓機構(gòu)箱體上，預包邊機構(gòu)有一個圓錐角45度的滾子為預包邊滾子，包邊機構(gòu)有一個圓柱形滾子為包邊滾子，預包邊滾子和包邊滾子對稱地布置在兩個滑塊上，每個滑塊分別用液壓缸與滾壓機構(gòu)箱體聯(lián)接，滑塊能沿箱體上的槽光滑地平動。滾壓機構(gòu)的箱體通過法蘭盤與機器人手臂聯(lián)接，通過機器人手臂轉(zhuǎn)動實現(xiàn)預包邊機構(gòu)與包邊機構(gòu)的互換。零件放置于回轉(zhuǎn)工作臺上并用一組夾具夾持，回轉(zhuǎn)工作臺能繞自身軸線回轉(zhuǎn)。
本發(fā)明工作時，并聯(lián)式機器人的六根伸縮桿有六個液壓缸驅(qū)動并控制滾壓機構(gòu)的運動軌跡，在預包邊階段，由并聯(lián)式機器人活動平臺上的法蘭盤轉(zhuǎn)動一定角度，使預包邊機構(gòu)的支承滾子和預包邊滾子轉(zhuǎn)到箱體的下方成為工作滾子，同時工作臺轉(zhuǎn)一定角度，使工件的一邊成為待預包邊，由機器人控制滾子的運動軌跡使其沿待預包邊運動并實現(xiàn)工件一邊的預包邊，預包邊機構(gòu)完成一條預包邊后，工作臺回轉(zhuǎn)一定角度使工件的另一邊為待包邊，完成此邊的預包邊，以此類推，直至完成整個工件的預包邊；進入包邊階段，滾壓機構(gòu)的兩套滾子轉(zhuǎn)動180度，使包邊機構(gòu)的支承滾子和包邊滾子轉(zhuǎn)到箱體的下方成為工作滾子，同時工作臺轉(zhuǎn)一定角度，使工件的一邊成為待包邊，由機器人控制滾子的運動軌跡使其沿待包邊運動并實現(xiàn)工件一邊的包邊，包邊機構(gòu)完成一條包邊后，工作臺回轉(zhuǎn)一定角度使工件的另一邊為待包邊，完成此邊的包邊，以此類推，直至完成整個工件的包邊。
本發(fā)明為保證車門包邊成形后周邊平滑，無皺褶，包邊設備必須滿足一定的剛度，所以采用剛度較大的并聯(lián)式機器人來實現(xiàn)。與串聯(lián)式機器人比較，并聯(lián)式機器人的高剛性和低慣性能很好地降低靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差；并聯(lián)式機器人具有6個自由度，能很好地適應諸如車門和行李蓋等板件的3D復雜曲面；并聯(lián)式機器人的幾何誤差小且不會累積和放大，具有高精度的優(yōu)點；采用并聯(lián)式機器人的機床適合模塊化生產(chǎn)，對于不同的加工范圍，無須進行機件的調(diào)整，只需將新的參數(shù)輸入。以上并聯(lián)式機器人的優(yōu)越性直接保證了包邊成形質(zhì)量好，精度高。在滾壓機構(gòu)中，采用對稱布置的預包邊和包邊兩套滾子機構(gòu)，預包邊和包邊的工藝動作轉(zhuǎn)換簡單，可以方便機器人的路徑規(guī)劃同時保證包邊質(zhì)量；兩套滾子機構(gòu)都有一個圓柱滾子作為工件的支承，所以不需要模具。本發(fā)明采用可回轉(zhuǎn)的工作臺，而且回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動角度是可控制的，工作臺的可控性使得工作臺對形狀各異的工件具有更大的靈活性；工作臺的可回轉(zhuǎn)解決了并聯(lián)式機器人工作空間問題，并聯(lián)式機器人包完一邊后，回轉(zhuǎn)臺繞自身軸線轉(zhuǎn)動，使另一邊成為待包邊，使車門等工件的多條邊一次裝夾即完成包邊，不須反復裝夾工件，避免了多次裝夾引入的設置誤差，縮短加工時間，從而提高包邊效率和包邊質(zhì)量。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明六自由度并聯(lián)式機器人結(jié)構(gòu)示意3本發(fā)明滾壓機構(gòu)剖視4本發(fā)明滾壓機構(gòu)側(cè)視圖具體實施方式
如圖1～4所示，本發(fā)明包括六自由度并聯(lián)式機器人1、滾壓機構(gòu)2、回轉(zhuǎn)工作臺3以及底座4組成。六自由度并聯(lián)式機器人1固定在底座4上并通過法蘭盤與滾壓機構(gòu)2相連，回轉(zhuǎn)工作臺3放置于底座4上方。
六自由度并聯(lián)式機器人1是六自由度的平臺機構(gòu)，六自由度并聯(lián)式機器人由6根獨立地自由伸縮桿，六自由度并聯(lián)式機器人1通過機器人的固定平臺置于底座4上并且機器人的活動平臺通過法蘭盤與滾壓機構(gòu)2相連，回轉(zhuǎn)工作臺3放置于底座4上，底座4置于整個裝置的最下面，在底座4上面的兩端安放六自由度并聯(lián)式機器人1和回轉(zhuǎn)工作臺3，在六自由度并聯(lián)式機器人1的活動平臺一側(cè)設置滾壓機構(gòu)2。
滾壓機構(gòu)2由預包邊滾子機構(gòu)12、包邊滾子機構(gòu)13和箱體37構(gòu)成。預包邊滾子機構(gòu)12由支承滾子14、支承滾子軸15、預包邊滾子16、預包邊滾子軸17、預包邊滾子滾針軸承18、預包邊滑塊19、支承滾子滾針軸承20、支承滾子軸套筒21、預包邊滾子軸套筒22、支承滾子軸螺母23和預包邊滾子軸螺母24和預包邊液壓缸38組成，箱體37上下對稱位置分別設置包邊滾子機構(gòu)13和預包邊滾子機構(gòu)12。
在預包邊滾子機構(gòu)12中，預包邊液壓缸38連接箱體37和預包邊滑塊19，預包邊滑塊19上設置預包邊滾子軸17，預包邊滾子軸17上設置預包邊滾子16。在箱體37的右下方的箱體37的側(cè)翼上裝支承滾子軸15，在支承滾子軸15靠回轉(zhuǎn)工作臺3一側(cè)裝支承滾子14。預包邊液壓缸38在箱體37下半部分的最上面，預包邊液壓缸38下面為預包邊滑塊19，預包邊滑塊19的下端水平放置預包邊滾子軸17，預包邊滾子軸17靠回轉(zhuǎn)工作臺3一側(cè)為預包邊滾子16。
包邊滾子機構(gòu)13由包邊滾子軸套筒25、包邊滾子26、包邊滾子軸27、包邊滾子滾針軸承28、支承滾子軸29、支承滾子滾針軸承30、支承滾子31、支承滾子軸套筒32、支承滾子軸螺母33、包邊滾子軸螺母34、包邊滑塊35和包邊液壓缸39組成。在包邊滾子機構(gòu)13中，包邊液壓缸39連接箱體37和包邊滑塊35，包邊滑塊35上設置包邊滾子軸27，包邊滾子軸27上設置包邊滾子26。在箱體37的右上方的箱體37的側(cè)翼上裝支承滾子軸29，在支承滾子軸29靠回轉(zhuǎn)工作臺3一側(cè)裝支承滾子31。包邊液壓缸39在箱體37上半部分的最下面，包邊液壓缸39上面為包邊滑塊35，包邊滑塊35的上端水平放置包邊滾子軸27，包邊滾子軸27靠回轉(zhuǎn)工作臺3一側(cè)為包邊滾子26。
箱體37通過其法蘭盤36與活動平臺7上的機器人末端法蘭盤8聯(lián)接并且能繞法蘭盤8的軸線旋轉(zhuǎn)，整個滾壓機構(gòu)2設置于箱體37上。在機器人末端法蘭盤8靠回轉(zhuǎn)工作臺3一側(cè)依次為滾壓機構(gòu)法蘭盤36和箱體37。
回轉(zhuǎn)工作臺3包括臺板40、一對圓錐齒輪41與42及伺服電機43，臺板40通過一對圓錐齒輪41、42由伺服電機43驅(qū)動和控制。臺板40下面為圓錐齒輪41，圓錐齒輪41的一側(cè)為圓錐齒輪42，圓錐齒輪42與伺服電機43相連，伺服電機43放在底座4上。
權(quán)利要求
1.一種具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，包括滾壓機構(gòu)(2)、回轉(zhuǎn)工作臺(3)以及底座(4)組成，其特征在于，還包括六自由度并聯(lián)式機器人(1)，六自由度并聯(lián)式機器人(1)是六自由度的平臺機構(gòu)，六自由度并聯(lián)式機器人由6根獨立地自由伸縮桿，六自由度并聯(lián)式機器人(1)通過機器人的固定平臺置于底座(4)上并且機器人的活動平臺通過法蘭盤與滾壓機構(gòu)(2)相連，回轉(zhuǎn)工作臺(3)放置于底座(4)上，底座(4)置于整個裝置的最下面，在底座(4)上面的兩端安放六自由度并聯(lián)式機器人(1)和回轉(zhuǎn)工作臺(3)，在六自由度并聯(lián)式機器人(1)的活動平臺一側(cè)設置滾壓機構(gòu)(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，其特征是，所述的六自由度并聯(lián)式機器人(1)包括驅(qū)動液壓缸(5)、球鉸(6)、活動平臺(7)、機器人末端法蘭盤(8)、固定平臺(9)、虎克鉸(10)和伸縮桿(11)，虎克鉸(10)安裝在固定平臺(9)的靠活動平臺一側(cè)，球鉸(6)固定在活動平臺(7)的靠固定平臺一側(cè)，機器人末端法蘭盤(8)設在活動平臺(7)的另一側(cè)，通過機器人末端法蘭盤(8)與滾壓機構(gòu)(2)聯(lián)接，伸縮桿(11)通過驅(qū)動液壓缸(5)相連，伸縮桿(11)通過虎克鉸(10)與球鉸(6)連接固定平臺(9)和活動平臺(7)，伸縮桿(11)的伸縮帶動活動平臺(7)運動，伸縮桿(11)由驅(qū)動液壓缸(5)驅(qū)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，其特征是，所述的活動平臺有6個自由度，六根伸縮桿由分別與6個驅(qū)動液壓缸(5)和伺服缸(44)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，其特征是，所述的底座(4)置于整個裝置的最下面，在底座(4)上面的兩端安放六自由度并聯(lián)式機器人(1)和回轉(zhuǎn)工作臺(3)，在六自由度并聯(lián)式機器人(1)的活動平臺一側(cè)設置滾壓機構(gòu)(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，其特征是，所述的滾壓機構(gòu)(2)由預包邊滾子機構(gòu)(12)、包邊滾子機構(gòu)(13)和箱體(37)構(gòu)成，預包邊滾子機構(gòu)(12)由支承滾子(14)、支承滾子軸(15)、預包邊滾子(16)、預包邊滾子軸(17)、預包邊滾子滾針軸承(18)、預包邊滑塊(19)、支承滾子滾針軸承(20)、支承滾子軸套筒(21)、預包邊滾子軸套筒(22)、支承滾子軸螺母(23)和預包邊滾子軸螺母(24)和預包邊液壓缸(38)組成，箱體(37)上下對稱位置分別設置包邊滾子機構(gòu)(13)和預包邊滾子機構(gòu)(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，其特征是，在所述的預包邊滾子機構(gòu)(12)中，預包邊液壓缸(38)連接箱體(37)和預包邊滑塊(19)，預包邊滑塊(19)上設置預包邊滾子軸(17)，預包邊滾子軸(17)上設置預包邊滾子(16)，在箱體(37)的右下方的箱體(37)的側(cè)翼上裝支承滾子軸(15)，在支承滾子軸(15)靠回轉(zhuǎn)工作臺(3)一側(cè)裝支承滾子(14)，預包邊液壓缸(38)在箱體(37)下半部分的最上面，預包邊液壓缸(38)下面為預包邊滑塊(19)，預包邊滑塊(19)的下端水平放置預包邊滾子軸(17)，預包邊滾子軸(17)靠回轉(zhuǎn)工作臺(3)一側(cè)為預包邊滾子(16)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，其特征是，所述的包邊滾子機構(gòu)(13)，由包邊滾子軸套筒(25)、包邊滾子(26)、包邊滾子軸(27)、包邊滾子滾針軸承(28)、支承滾子軸(29)、支承滾子滾針軸承(30)、支承滾子(31)、支承滾子軸套筒(32)、支承滾子軸螺母(33)、包邊滾子軸螺母(34)、包邊滑塊(35)和包邊液壓缸(39)組成，在包邊滾子機構(gòu)(13)中，包邊液壓缸(39)連接箱體(37)和包邊滑塊(35)，包邊滑塊(35)上設置包邊滾子軸(27)，包邊滾子軸(27)上設置包邊滾子(26)，在箱體(37)的右上方的箱體(37)的側(cè)翼上裝支承滾子軸(29)，在支承滾子軸(29)靠回轉(zhuǎn)工作臺(3)一側(cè)裝支承滾子(31)，包邊液壓缸(39)在箱體(37)上半部分的最下面，包邊液壓缸(39)上面為包邊滑塊(35)，包邊滑塊(35)的上端水平放置包邊滾子軸(27)，包邊滾子軸(27)靠回轉(zhuǎn)工作臺(3)一側(cè)為包邊滾子(26)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或者7所述的具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，其特征是，箱體(37)通過其法蘭盤(36)與活動平臺(7)上的機器人末端法蘭盤(8)聯(lián)接并且能繞機器人末端法蘭盤(8)的軸線旋轉(zhuǎn)，整個滾壓機構(gòu)(2)設置于箱體(37)上，在機器人末端法蘭盤(8)靠回轉(zhuǎn)工作臺(3)一側(cè)依次為滾壓機構(gòu)法蘭盤(36)和箱體(37)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，其特征是，所述的回轉(zhuǎn)工作臺(3)包括臺板(40)、一對圓錐齒輪(41、42)及伺服電機(43)，臺板(40)下面為圓錐齒輪(41)，圓錐齒輪(41)的一側(cè)為另一圓錐齒輪(42)，圓錐齒輪(42)與伺服電機(43)相連，伺服電機(43)設置底座(4)上。
全文摘要
一種具有回轉(zhuǎn)工作臺的并聯(lián)式機器人包邊系統(tǒng)，包括六自由度并聯(lián)式機器人、滾壓機構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺。其連接關系為六自由度并聯(lián)式機器人通過法蘭盤聯(lián)接并驅(qū)動滾壓機構(gòu)使?jié)L子沿包邊方向移動，回轉(zhuǎn)工作臺上放置工件，回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動使工件另一邊成為待包邊。本發(fā)明具有高精度的優(yōu)點；直接保證了包邊成形質(zhì)量好，精度高，工作臺的可控性使得工作臺對形狀各異的工件具有更大的靈活性；避免了多次裝夾引入的設置誤差，縮短加工時間，從而提高包邊效率和包邊質(zhì)量。
文檔編號B21D19/00GK1669694SQ20051002479
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者林忠欽, 陳關龍, 王皓, 來新民, 趙亦希 申請人:上海交通大學