一种管件作业机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种管件作业机器人。
【背景技术】
[0002]随着自动化装备与机器人技术的发展，各种坐标式机床、加工中心以及关节型工业机器人相继问世，并逐渐形成了坐标式和关节式两类通用运动平台，在这两类运动平台末端连接不同作业头，可完成各种各样的作业任务。
[0003]但是，对于工件类作业对象，这两类通用运动平台存在以下缺点:其一，实现整周作业的运动复杂，需要三个以上自由度联动完成；其二，这两类运动平台采用空间坐标数据驱动作业头作业，因而需要预先知道工件轮廓的精确尺寸；其三，由于作业头需要达到精确的空间位置，就要求这两类运动平台的每个自由度都具有高的精度，因而造价高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种管件作业机器人，不仅能够对板件和曲面作业，还能够很好地适用于各类工件作业任务，包括中心线为空间形状或封闭形状的复杂工件，应用于工件作业时，具有造价低、作业前只需明确工件中心线位置和轮廓形状而无需知道工件轮廓精确位置、具有结构紧凑、路径规划简单、对各自由度精度要求低、无控制耦合等优点。
[0005]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种管件作业机器人，包括具有XYZ轴自由度的运动平台；所述运动平台上设有L形杆、连接座、旋转驱动模块、伸缩机构、伸缩臂基座、工作臂和工作头，所述工作头固定在所述工作臂；
[0007]所述L形杆的上端通过所述旋转驱动模块设置在所述运动平台，L形杆的下端通过所述旋转驱动模块与所述连接座的一端连接，所述连接座的另一端与所述伸缩臂基座通过旋转驱动模块连接；所述伸缩机构和工作臂设置在所述伸缩臂基座，所述工作臂在所述伸缩机构带动下可伸缩。
[0008]进一步的:所述旋转驱动模块包括旋转电机和减速器。
[0009]进一步的:所述L形杆为中空结构。
[0010]进一步的:中空的所述L形杆由L形凹槽和L形盖板两者通过螺钉固定而成。
[0011]进一步的，所述伸缩机构包括上侧导轨、下侧导轨、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、螺母、丝杆和丝杆动力机构；所述上侧导轨和下侧导轨安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别沿所述上侧导轨和下侧导轨滑动，所述工作头基座同时固定安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述螺母固定安装于所述工作头基座并与所述丝杆螺纹配合，所述丝杆动力机构安装于所述伸缩臂基座并驱动所述丝杆转动，所述工作臂安装于所述工作头基座。
[0012]进一步的，所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、连接块、伸缩皮带、伸缩皮带动力机构和伸缩皮带轮；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述工作头基座通过所述连接块与所述伸缩皮带固定连接，所述伸缩皮带套在所述伸缩皮带轮，并在所述伸缩皮带动力机构的驱动下带动所述工作头基座；
[0013]或者:所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、连接块、伸缩链条、伸缩链条动力机构和伸缩链轮；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述工作头基座通过所述连接块与所述伸缩链条固定连接，所述伸缩链条套在所述伸缩链轮，并在所述伸缩链条动力机构的驱动下带动所述工作头基座。
[0014]进一步的，所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、伸缩齿条、伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构安装于所述伸缩臂基座，所述伸缩齿条固定安装于所述工作头基座，所述伸缩齿轮与所述伸缩齿条啮合；
[0015]或者:所述伸缩机构包括上侧轨道、下侧轨道、上侧滑块、下侧滑块、工作头基座、伸缩齿条、伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构；所述上侧轨道和下侧轨道安装于所述伸缩臂基座，所述上侧滑块和下侧滑块分别滑动于所述上侧轨道和下侧轨道，所述工作头基座同时安装于所述上侧滑块和下侧滑块，所述伸缩齿轮和伸缩齿轮动力机构安装于所述工作头基座，所述伸缩齿条固定安装于所述伸缩臂基座，所述伸缩齿轮与所述伸缩齿条啮合。
[0016]进一步的，所述伸缩机构包括一条伸缩滑轨、一个伸缩滑块、工作头基座、伸缩丝杆和伸缩丝杆动力机构；
[0017]所述伸缩滑轨安装于所述伸缩臂基座，所述伸缩滑块滑动于所述伸缩滑轨，所述伸缩丝杆安装于所述伸缩臂基座并啮合于所述工作头基座设置的螺母，所述伸缩丝杆在所述伸缩丝杆动力机构的驱动下带动所述工作头基座移动。
[0018]本发明的有益效果:L形机构的设计使得结构紧凑，同时减小了工件在工作台上的安装高度；L形机构的设计使得一次性完成整管加工路径规划更简单；其他自由度精度要求低，通过最末端的高精度工作臂补偿即可；作业头要与工件保持恒定力或距离控制时，以及力或距离采用其他特定控制规律时，只需对工作臂的伸缩实施自动控制即可，其他自由度只是按照既定速度和坐标运动，并不参与自动控制，即控制目标的实现与其他自由度无耦合，使得控制简单、可靠；
[0019]工作头可适应性装夹成用于磨削、抛光、焊接、喷涂、钻孔、铆接等作业的加工工具，作业前只需明确管件中心线位置和轮廓的形状而无需知道管件轮廓精确位置，具有实现绕管件整周作业运动所需自由度少、造价低、便于使用维护等优点。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的一个实施例的立体图；
[0021]图2是本发明中伸缩机构的实施例1的结构示意图；
[0022]图3是本发明中伸缩机构的实施例2的结构示意图；
[0023]图4是本发明中伸缩机构的实施例3的结构示意图；
[0024]图5是本发明中伸缩机构的实施例4的结构示意图；
[0025]图6是本发明的工作原理示意图。
[0026]其中:L形杆1，连接座2，旋转驱动模块3，伸缩臂基座4 ；
[0027]上侧导轨401，下侧导轨402，上侧滑块403，下侧滑块404，工作头基座405，螺母406，丝杆407，丝杆动力机构408 ;上侧轨道411，下侧轨道412，上侧滑块413，下侧滑块414，连接块416，伸缩皮带417，伸缩皮带动力机构418，伸缩皮带轮419，伸缩齿条426，伸缩齿轮427，伸缩齿轮动力机构428 ;伸缩滑轨431，伸缩滑块432，伸缩丝杆433，伸缩丝杆动力机构434 ；
[0028]工作臂5，工作头6，工件7。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0030]如图1所示，一种管件作业机器人，包括具有XYZ轴自由度的运动平台；所述运动平台上设有L形杆1、连接座2、旋转驱动模块3、伸缩机构、伸缩臂基座4、工作臂5和工作头6，所述工作头6固定在所述工作臂5 ；
[0031]所述L形杆I的上端通过所述旋转驱动模块3设置在所述运动平台，L形杆的下端通过所述旋转驱动模块3与所述连接座2的一端连接，所述连接座2的另一端与所述伸缩臂基座4通过旋转驱动模块连接；所述伸缩机构和工作臂5设置在所述伸缩臂基座4，所述工作臂5在所述伸缩机构带动下可伸缩。
[0032]本技术方案的工作原理:如图6所示，B转轴代表L形杆I，B转轴通过旋转驱动模块设置在具有XYZ三自由度的运动平台上，通过A、C两个自由度的旋转，使B转轴轴线与工件7轮廓目标作业点沿轴向的法线平行，通过XYZ三自由度运动使B自由度转轴中心沿工件轮廓等距放大形状运行，通过B自由度旋转，使工作臂5保持与轮廓表面垂直进行作业；通过工作臂5的微量伸缩，可以控制工作头6与工件7轮廓表面的距离或者接触力保持恒定。
[0033]L形机构的设计使得结构紧凑，同时减小了工件在工作台上的安装高度；L形机构的设计使得一次性完成整管加工路径规划更简单；其他自由度精度要求低，通过最末端的高精度工作臂补偿即可；作业头6要与工件保持恒定力或距离控制时，以及力或距离采用其他特定控制规律时，只需对工作臂的伸缩实施自动控制即可，其他自由度只是按照既定速度和坐标运动，并不参与自动控制，即控制目标的实现与其他自由度无耦合，使得控制简单、可靠。
[0034]所述旋转驱动模块3包括旋转电机和减速器。
[0035]所述L形杆I为中空结构；L形杆的中空腔体内可布电线及其它电子元器件；内部走线，有效保护了重要且脆弱的电线及电子元器件等，也避免了电线或其它电子元器件对抛光过程的干扰；另外，中空构造在保证足够的结构强度前提下，大大减轻了 L形杆的自重，拥有更尚的载荷比。
[0036]中空的所述L形杆I由L形凹槽和L形盖板两者通过螺钉固定而成；安装和拆卸方便，便于内部布线。
[0037]实施例1
[0038]如图2所示，所述伸缩机构包括上侧导轨401、下侧导轨402、上侧滑块403、下侧滑块404、工作头基座405、螺母406、丝杆407