专利名称：电路板定位孔打孔机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种立体结构、具有三自由度、能够抓取物体的工业机器人，特别是应
用在电路板行业定位孔打孔过程、替代人工打孔作业的电路板定位孔打孔机器人。
背景技术：
目前在电路板行业线路板的定位孔大部分由定位孔打孔机来完成，定位孔打孔机 全都是由人工操作实现，电路板移动到定位孔打孔机下和打孔完毕后移出定位孔打孔机的 操作工位基本上依靠人工移动，靠操作工人手工拿取。人工操作过程是人从进料仓中拿 取一块电路板，让一个定位孔标记放到定位孔打孔机钻头附近，踩动脚踏开关，启动定位孔 打孔机，机器通过照相，计算，自动找准定位孔中心并打孔。再重复上一过程打下一个定位 孔，直到整块板的定位孔打完。 一块板打完后，放到收料仓中，再打下一块板。上述现有技 术的人工作业的操作方式，具有如下不足人工操作过程单调，紧张，劳动强度大，随着社会 发展，人工成本高，效率低下的特点日益突出。现有技术中，没有专用的、灵活的适用于拿取 电路板到定位孔打孔机的工作位置的机械手臂，以代替操作工人的劳动。
发明内容
本发明针对现有技术电路板基本上依靠人工移动、靠操作工人手工拿取移动到定 位孔打孔机的工作位置进行打孔，没有专门的适用于拿取电路板到定位孔打孔机的工作位 置的机器人，存在的人工操作过程单调、紧张、劳动强度大、效率低下、人工成本高等不足， 提供一种应用在电路板行业定位孔打孔过程、替代人工打孔作业的电路板定位孔打孔机器 人。 本发明的技术方案电路板定位孔打孔机器人，包括机器人本体；其特征在于所 述机器人本体包括手腕、小臂、裙座和大臂，手腕与小臂的一端活动连接，手腕能绕着小臂 转动；小臂的另一端与大臂的一端活动连接，小臂能绕着大臂转动；大臂的另一端与裙座 活动连接，大臂能绕着裙座转动。 进一步的特征是所述的小臂与大臂的一端活动连接结构，是在大臂内设置有伺
服电机，伺服电机通过联轴器与锥齿轮连接；锥齿轮与设置在小臂轴上的轴锥齿轮啮合，小
臂轴与小臂的小臂支架连接；伺服电机转动时，带动小臂的小臂支架转动。 所述的手腕与小臂的一端活动连接结构，是在小臂内设置有小臂电机，小臂电机
经减速器减速后，通过联轴器与传动轴连接，带动传动轴转动；在传动轴上设置有小臂滚动
轴承和小臂锥齿轮，小臂锥齿轮与设置在手腕轴上的腕轴锥齿轮啮合，手腕连接在手腕轴上。 所述的大臂的一端与裙座活动连接结构，是在裙座内设置大臂电机，大臂电机通 过联轴器与大臂轴连接，大臂轴通过大臂法兰夹与大臂的大臂支架连接，大臂电机转动时 通过大臂轴带动大臂转动。
在手腕处连接有吸盘手。
本发明的电路板定位孔打孔机器人，具有如下特点 1、本发明的机器人具有平面三自由度，可以使夹持的工件在允许范围内做任意曲
线运动；能够完成从进料仓取电路板，夹持到定位打孔机上，打出数个要求位子的定位孔，
打孔完成后将电路板放回收料仓内，完全代替人工操作，显著提高生产效率。 2、本发明的机器人具有有打孔效率高，占地空间小，运行平稳，成本低，精度高等优点。
图1电路板定位孔打孔机器人工作系统透视图。 图2电路板定位孔打孔机器人透视图。 图3电路板定位孔打孔机器人主视图。 图4电路板定位孔打孔机器人俯视图。 图5电路板定位孔打孔机器人大臂与小臂装配透视图。 图5a电路板定位孔打孔机器人大臂与小臂装配剖视图。 图6电路板定位孔打孔机器人大臂装配透视图。 图6a电路板定位孔打孔机器人大臂装配剖视图。 图7电路板定位孔打孔机器人小臂装配透视图。 图7a电路板定位孔打孔机器人小臂装配剖视图。 图中，1-打孔机，2-收料仓，3-完成定位孔线路板，4-机器人本体，5-待加工定位 孔线路板，6-进料仓，7-手腕，8-小臂，9-裙座，10-大臂，11-压紧螺母，12-连接法兰夹， 13-滚动轴承，14-推力轴承，15-锥齿轮，16-伺服电机，17-联轴器，18-滚动轴承，19-轴 锥齿轮，20-小臂轴，21-压紧螺母，22-大臂支架，23-压紧螺母，24-大臂法兰夹，25-大臂 推力轴承，26-滚动轴承，27-大臂轴，28-滚动轴承，29-联轴器，30-支座盘，31-大臂电机， 32-电机连接盘，33-伺服电机支座，35-伺服电机减速器，32-36-腕轴压紧螺母，37-小臂 支架，38-小臂电机，39-减速器，40-电机支座，42-联轴器，43-传动轴，44-轴承座，45-小 臂滚动轴承，46-轴承端盖，47-小臂锥齿轮，48-平面轴承，49-滚动轴承，50-腕轴锥齿轮， 51-手腕轴，52-滚动轴承，53-吸盘手。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的机器人本体4设置在打孔机1的周围(固定在打孔机1前 设计好的位置上)，通过从进料仓6拿取待加工定位孔线路板5到打孔机1的加工工位进行 打孔加工，成为完成定位孔线路板3，然后将完成定位孔线路板3拿取到收料仓2存放。在 进料仓6中，未打孔电路板的待加工定位孔线路板5的定位端紧靠进料仓6边上的直角挡 块，从而使每一块电路板定位。进料仓6中有升降机构，可以使以直角挡块定位的电路板整 体垂直上下升降，升降机构使在最顶上的那块电路板到达预先设定的固定高度上。然后电 路板定位孔打孔机器人每次在这个固定位置来吸取电路板去打？L。当电路板定位孔打孔机 器人吸取走一块电路板后，进料仓6升降机构又将下一块电路板升到那个预先设定的固定 高度，从此往复直到进料仓中的电路板拿完为止。最后再升降机构下降到最低端，装入线路 板。
打孔机1工作原理是将电路板上的定位孔标记(两个同心圆，大圆直径为4mm左 右，小圆直径在2mm左右)放到打孔机工作台打孔范围(直径为10mm左右)内，在打孔范 围上方有摄像机，打孔机内的视觉处理系统，通过摄像机传回的图像准确的计算出电路板 定位孔标记在打孔范围内的位置。然后移动钻头，移动到电路板定位孔标记中心处，然后启 动打孔开关开始打孔。从此往复直到一块板上孔打完为止。 电路板定位孔打孔机器人本体4工作原理是首先对机器人进行示教。示教过程是 手动将电路板定位孔打孔机器人本体4的手腕7上的吸盘手移动到取料点，记录下位置。然 后抓取电路板将电路板任意一个定位孔放到打孔机打孔范围里，然后打孔，移动电路板自 动打剩下的孔。当电路板上的孔完成后，手动移动电路板定位孔打孔机器人本体4到收料 仓2(放料点)，存储所有的位置点。示教结束，定位孔打孔机器人就可以自动完成取料，打 孔，放料过程。 收料仓2工作原理是与进料仓6结构大致相似，装有升降机构，运动过程与进料仓 相反，每放入一块板，降到那个预先设定的固定高度。 如图2、3、4中，本发明的电路板定位孔打孔机器人，包括机器人本体4，所述机器 人本体4包括手腕7、小臂8、裙座9、大臂10，手腕7与小臂8的一端活动连接，手腕7能绕 着小臂8转动，具体可绕着小臂8的轴心线转动；小臂8的另一端与大臂10的一端活动连 接，小臂8能绕着大臂10转动，具体可绕着大臂10的轴心线转动；大臂10的另一端与裙座 9活动连接，大臂10能绕着裙座9转动，具体绕着裙座9轴心线转动；裙座9通过法兰与地 面或设置在地面上的底座连接而固定。 如图5、5a中，小臂8绕着设置在大臂10内的小臂轴20旋转。本发明的提供一种 小臂8与大臂10活动链接的具体结构小臂8的传动方式是，在大臂10内设置有装有减速 器的伺服电机16，伺服电机16在联轴器17连接下与锥齿轮15连接。锥齿轮15与设置在 小臂轴20上的轴锥齿轮19啮合，轴锥齿轮19与小臂轴20通过键连接，小臂轴20通过连 接法兰夹12、压紧螺母11等将小臂轴20夹紧，小臂轴20同时与小臂8的小臂支架37连 接，图中通过法兰连接。当伺服电机16转动时，通过锥齿轮15、轴锥齿轮19、小臂轴20、小 臂支架37从而驱动小臂8转动。其中大臂10与小臂8之间垫有推力轴承14以及滚动轴 承13，方便小臂8围绕大臂10的小臂轴20转动。压紧螺母21将滚动轴承18、轴锥齿轮19 等部件安装、压紧在小臂轴20上。 如图6、6a中，大臂10与裙座9转轴的连接方式和运动方式与图5中大臂10与小 臂8连接方式类似。本发明提供一种大臂10与裙座9活动连接的具体连接结构装有减 速器的大臂电机31设置在裙座9内，大臂电机31通过联轴器29直接与大臂轴27连接，大 臂轴27通过大臂法兰夹24与大臂10的大臂支架22连接，大臂电机31转动时通过大臂轴 27直接带动大臂10转动。大臂电机31通过电机连接盘32安装在支座盘30上，支座盘30 与裙座9法兰连接。在大臂轴27上设置有滚动轴承26、28和大臂推力轴承25，大臂推力 轴承25垫在大臂10与裙座9之间，方便大臂10转动；大臂压紧螺母23将大臂法兰夹24、 大臂推力轴承25和滚动轴承26等设置在大臂轴27上。大臂电机31转动时，通过联轴器 29、大臂轴27、大臂法兰夹24与大臂支架22，带动大臂10围绕大臂轴27转动。伺服电机 16通过伺服电机支座33安装在大臂10内，通过伺服电机减速器35减速后，再与联轴器17 连接。
如图7、7a中，手腕7与小臂8的连接方式和运动方式与图5中大臂10与小臂8 相类似。本发明提供一种手腕7与小臂8活动连接的具体连接结构在小臂8内设置有小 臂电机38，小臂电机38经减速器39减速后，通过联轴器42与传动轴43连接，带动传动轴 43转动；小臂电机38经电机支座安装在小臂8内。在传动轴43上设置有小臂滚动轴承45 和小臂锥齿轮47，小臂锥齿轮47与设置在手腕轴51上的腕轴锥齿轮50啮合，手腕7连接 在手腕轴51上，手腕轴51上端设置腕轴滚动轴承52，经腕轴压紧螺母36紧固连接，手腕轴 51下端设置腕轴平面轴承48和腕轴滚动轴承49，保证其产生正常旋转运动。在传动轴43 上设置小臂滚动轴承45，小臂滚动轴承45前后端设置有轴承端盖46，小臂滚动轴承45支 撑在轴承座44内。小臂电机38转动时，通过减速器39、联轴器42、传动轴43、小臂锥齿轮 47、腕轴锥齿轮50、手腕轴51，带动手腕7转动，产生正常旋转运动，能够拿取电路板。在手 腕7处连接有吸盘手53，吸盘手53用于吸附抓取电路板。 本发明的大臂10能绕着裙座9转动、小臂8能绕着大臂10转动、手腕7能绕着小 臂8转动，由此构成平面3自由度。平面3自由度可以使夹持的工件在允许范围内做任意 曲线运动。
权利要求
电路板定位孔打孔机器人，包括机器人本体；其特征在于所述机器人本体(4)包括手腕(7)、小臂(8)、裙座(9)和大臂(10)，手腕(7)与小臂(8)的一端活动连接，手腕(7)能绕着小臂(8)转动；小臂(8)的另一端与大臂(10)的一端活动连接，小臂(8)能绕着大臂(10)转动；大臂(10)的另一端与裙座(9)活动连接，大臂(10)能绕着裙座(9)转动。
2. 根据权利要求l所述的电路板定位孔打孔机器人，其特征在于所述的小臂(8)与 大臂(10)的一端活动连接，是在大臂(10)内设置有装有减速器的伺服电机(16)，伺服电机 (16)通过联轴器(17)与锥齿轮(15)连接；锥齿轮(15)与设置在小臂轴(20)上的轴锥齿 轮(19)啮合，小臂轴(20)与小臂(8)的小臂支架(37)连接；伺服电机(16)转动时，带动 小臂支架(37)转动。
3. 根据权利要求1所述的电路板定位孔打孔机器人，其特征在于所述的手腕(7)与 小臂(8)的一端活动连接，是在小臂(8)内设置有小臂电机(38)，小臂电机(38)经减速器 (39)减速后，通过联轴器(42)与传动轴(43)连接，带动传动轴(43)转动；在传动轴(43) 上设置有小臂滚动轴承(45)和小臂锥齿轮(47)，小臂锥齿轮(47)与设置在手腕轴(51)上 的腕轴锥齿轮(50)啮合，手腕(7)连接在手腕轴(51)上。
4. 根据权利要求l所述的电路板定位孔打孔机器人，其特征在于所述的大臂(10)的 一端与裙座(9)活动连接，是在裙座(9)内设置大臂电机(31)，大臂电机(31)通过联轴器 (29)与大臂轴(27)连接，大臂轴(27)通过大臂法兰夹(24)与大臂(10)的大臂支架(22) 连接，大臂电机(31)转动时通过大臂轴(27)带动大臂(10)转动。
5. 根据权利要求3所述的电路板定位孔打孔机器人，其特征在于在手腕(7)处连接 有吸盘手(53)。
全文摘要
本发明公开了电路板定位孔打孔机器人，包括机器人本体；其特征在于所述机器人本体包括手腕、小臂、裙座和大臂，手腕与小臂的一端活动连接，手腕能绕着小臂转动；小臂的另一端与大臂的一端活动连接，小臂能绕着大臂转动；大臂的另一端与裙座活动连接，大臂能绕着裙座转动。本发明的电路板定位孔打孔机器人，具有平面三自由度，可以使夹持的工件在允许范围内做任意曲线运动；能够完成从进料仓取电路板，夹持到定位打孔机上，打出数个要求位子的定位孔，打孔完成后将电路板放回收料仓内，完全代替人工操作，显著提高生产效率；具有有打孔效率高，占地空间小，运行平稳，成本低，精度高等优点。
文档编号B23B41/00GK101733438SQ20091019145
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者丁明亮, 周莉, 廖尉钦, 张华 , 李娟 , 蒋柳, 赵倩, 陈巍 申请人:重庆理工大学