阅读说明：本技术 一种管件打磨机器人 (Pipe fitting polishing robot ) 是由 刘华军 程东东 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种管件打磨机器人,包括控制器、固定设置在地面上的水平X伺服滑台,水平X伺服滑台上通过滑动配装的第一安装板固定连接有竖直向上竖臂,竖臂的顶端固定设置有水平Y伺服滑台,水平Y伺服滑台的侧面通过第二安装板固定设置有竖向的竖直Z伺服滑台,竖直Z伺服滑台上通过第三安装板设置有回转关节,回转关节上设置有朝向外侧进行打磨作业的弹性打磨装置,被打磨工件通过伺服回转台设置在弹性打磨装置的下方。本发明既能够进行灵活方便的操作,又具有较大的空间可达性,适用于工件内孔、外圆的打磨工艺需要,不仅大大提高了打磨精度和打磨效率,而且还具有应用直观性强、方便操作以及较高的耐用性和适用性。(The invention discloses a pipe fitting polishing robot which comprises a controller and a horizontal X servo sliding table fixedly arranged on the ground, wherein a vertical upward vertical arm is fixedly connected to the horizontal X servo sliding table through a first mounting plate assembled in a sliding mode, a horizontal Y servo sliding table is fixedly arranged at the top end of the vertical arm, a vertical Z servo sliding table is fixedly arranged on the side surface of the horizontal Y servo sliding table through a second mounting plate, a rotary joint is arranged on the vertical Z servo sliding table through a third mounting plate, an elastic polishing device for polishing towards the outer side is arranged on the rotary joint, and a polished workpiece is arranged below the elastic polishing device through a servo rotary table. The invention can be flexibly and conveniently operated, has larger space accessibility, is suitable for the requirements of the polishing process of the inner hole and the outer circle of the workpiece, not only greatly improves the polishing precision and the polishing efficiency, but also has strong application intuition, convenient operation, higher durability and applicability.)

一种管件打磨机器人

技术领域

本发明涉及大中型特种工业机器人设备技术领域，具体涉及一种管件打磨用机器人。

背景技术

工业机器人能够替代人力完成各种复杂工况条件和高危有害环境下的长时间、高强度重复劳动，进行高度自动化工作，实现智能化、多功能化、柔性的自动化生产，已成为现代工业生产的主要应用方式。

金属管件制品主要包括弯头、三通、异径管等，在能源、化工、船舶等工业生产领域有着广泛的应用。管件生产大多采用加热推制方法生产，表面氧化皮及微量金属烧损严重，尤其是合金钢管件，必须经过内外打磨后才能出厂，打磨工件量巨大。传统对金属管件进行打磨的方式仍采用人工打磨方式，工人在恶劣环境下长期从事繁重的劳动，打磨过程中产生的火花、粉尘、噪音及有害气体等都严重影响着作业人员的身心健康。另外，人工打磨工件不仅工效低，而且很难保证一致性，工人无法长时间集中精力从事重复的劳动。基于此，打磨机器人便有了较广泛的市场。

中国专利CN109015202B公开了一种全自动管件打磨机器人，通过承料驱动部件驱动间隙移料部件在加工台内移动，实现对承料架的移动作业，将若干待加工的管件依次向前传送，再通过限位承载部件在加工台上的位置发生改变，再通过旋转摩擦部件实现对待加工的管件进行端部打磨作业，通过自动化的移料和打磨作业，节省了作业时间。但受其结构的限制，该技术仅能够实现对管件的端部进行打磨，而金属管件制品形状为封闭环形曲面，工件尺寸从几百毫米到一米以上，需要对工件的内部和外部都进行打磨处理，显然对比文件无法实现。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种管件打磨机器人，以满足弯头、三通、异径管等管件内孔、外圆的曲面打磨需要，提高打磨精度以及打磨效率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种管件打磨机器人，包括固定设置在地面上的水平X伺服滑台，水平X伺服滑台上通过滑动配装的第一安装板固定连接有竖直向上竖臂，竖臂(2)的顶端固定设置有水平Y伺服滑台，水平Y伺服滑台的侧面通过第二安装板固定设置有竖向的竖直Z伺服滑台，竖直Z伺服滑台上通过第三安装板设置有回转关节，回转关节上设置有朝向外侧进行打磨作业的弹性打磨装置，被打磨工件通过伺服回转台设置在弹性打磨装置的下方；

所述水平X伺服滑台、水平Y伺服滑台、竖直Z伺服滑台、回转关节弹性打磨装置以及伺服回转台的受控端分别与固定设置在竖臂上的控制器输出端连接，其中，控制器内预置有被打磨工件的结构特征，水平X伺服滑台、水平Y伺服滑台和竖直Z伺服滑台在控制器指令下带动弹性打磨装置在直角坐标系内运动定位，回转关节和伺服回转台在控制器指令下调整弹性打磨装置(6)和被打磨工件的运动姿态来达到合适的打磨状态。

上述一种管件打磨机器人，所述水平X伺服滑台与水平Y伺服滑台和竖直Z伺服滑台主体结构相同均为箱型柱结构，包括底座，底座上通过固定设置在底座两端的前轴承座组件和后轴承座组件设置一平行于底座的滚珠丝杠，滚珠丝杠伸出前轴承座组件的一端与固定设置在底座上的伺服电机输出轴连接；位于滚珠丝杠两侧的底座上方架设有两根位于同一平面平行于滚珠丝杠的直线导轨，直线导轨上配装有滑块；所述滚珠丝杠上配装与滑块固定连接的滑座，两块滑块的顶端面上固定连接第一安装板、第二安装板或第三安装板。

上述一种管件打磨机器人，所述水平X伺服滑台的底座上设置有扣装在底座上方并能够沿底座滑动的机床护罩，所述机床护罩包括两组自端部向中间截面面积逐次增大且能够上下嵌套的多节扣盒；所述第一安装板配装在两组扣盒之间的直线导轨滑块上；当第一安装板向两端移动时，靠近第一安装板的扣盒逐步向两端移动，当第一安装板移动到端部时，该组扣盒叠摞在一起。

所述底座设置有一层空腔，空腔内填充有制振填料。

上述一种管件打磨机器人，所述回转关节驱动弹性打磨装置在竖直平面内旋转，回转关节包括固定安装在第三安装板上的固定支座，固定支座上固定设置有轴连接的关节伺服电机和RV减速装置，RV减速装置的输出轴上固定连接有垂直于输出轴的输出端板，输出端板的外端通过转动支承部件连接安装弹性打磨装置的摆座。

上述一种管件打磨机器人，所述输出端板上设置有对摆座进行限位的限位板。

上述一种管件打磨机器人，所述弹性打磨装置包括打磨轴承座、主轴、支承套以及打磨工具，所述打磨轴承座通过第一弹性支承部件与回转关节的摆座连接，打磨轴承座还通过第二弹性支承部件与回转关节的限位板连接；

所述打磨轴承座的后端设置有打磨伺服电机，打磨轴承座的前端内腔中固设有安装支承套的打磨后轴承，所述主轴的一端依次穿过打磨后轴承和支承套后伸出固设在支承套前端的前轴承支承部件，主轴的另一端伸入打磨轴承座内与打磨伺服电机的输出轴连接；

所述打磨工具安装在主轴伸出前轴承支承部件的一端。

上述一种管件打磨机器人，所述伺服回转台包括固定在地面上的回转台底座，回转台底座上方设置有安装被打磨工件的转台，所述转台与回转台底座之间设置有回转支承部件、减速装置以及回转伺服电机，回转伺服电机经减速装置连接有输出端齿轮，输出端齿轮与回转支承部件相啮合。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明在运动控制上通过管件打磨的曲面路径规划、打磨运动中力矩前反馈控制以及弹性补偿，并结合关节运动为非紧密串联耦合传动以及末端工具的三维空间任意姿态可达特点，从而实现了产品结构的优化，具有很高的系统刚度和精度稳定性，能够实现强力重负载打磨工况需要。解决了长期困扰管件工业生产的封闭环形曲面，实现了工件尺寸从几百毫米到一米以上金属管件内部和外部的打磨应用。

本发明在管件打磨过程中，既能够进行灵活方便的操作，又具有较大的空间可达性，适用于工件内孔、外圆的打磨工艺需要，可满足各种规格、品种和材质的管件打磨生产应用，不仅大大提高了打磨精度和打磨效率，而且还具有应用直观性强、方便操作以及较高的耐用性和适用性。

附图说明

图1为本发明的立体结构图；

图2为本发明所述水平X伺服滑台的立体结构图；

图3为本发明所述水平Y伺服滑台的立体结构图；

图4为本发明所述竖直Z伺服滑台的立体结构图；

图5为本发明所述回转关节的结构剖示图；

图6为本发明所述弹性打磨装置的俯视图；

图7为本发明所述弹性打磨装置的仰视图；

图8为本发明所述伺服回转台的结构剖示图。

其中：

1.水平X伺服滑台，101.X底座，102.X后轴承座组件，103.X滚珠丝杠，104.X直线导轨，105.X滑块，106.X滑座，107.X母座，108.X螺母，109.X前轴承座组件，110.X伺服电机，111.X机床护罩，112.X制震填料；

2.竖臂，201.控制器，

3.水平Y伺服滑台，301.Y滑架体，302.Y后轴承座组件，303.Y滚珠丝杠，304.Y直线导轨，305.Y滑块，306.Y滑座，307.Y螺母座，308.Y螺母，309.Y前轴承座组件，310.Y伺服电机，312.Y制震填料；

4.竖直Z伺服滑台，401.Z滑架体，402.Z后轴承座组件，403.Z滚珠丝杠，404.Z直线导轨，405.Z滑块，406.Z滑座，407.Z螺母座，408.Z螺母，409.Z前轴承座组件，410.Z伺服电机，412.Z制震填料；

5.回转关节，501.固定支座，502.RV减速装置，503.关节伺服电机，504.输出端板，505.限位板，506.转动支承部件，507.摆座；

6.弹性打磨装置，601.打磨伺服电机，603.打磨轴承座，604.主轴，605.打磨后轴承，606.支承套，607.前轴承支承，608.打磨工具，609.第一弹性支承部件，610.第二弹性支承部件；

7.伺服回转台，701.回转台底座，702.转台，703.回转支承部件，704.减速装置，705.输出端齿轮，706.回转伺服电机；

8.被打磨工件。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种定制化的六自由度工业机器人系统，其整体结构如图1所示，包括底部水平X伺服滑台1、竖臂2、水平Y伺服滑台3、竖直Z伺服滑台4、回转关节5、弹性打磨装置6、伺服回转台7以及控制器201；水平X伺服滑台1固定设置在地面上，伺服回转台7设置在水平X伺服滑台1旁侧的地面上；竖臂2固定连接在水平X伺服滑台1上，水平Y伺服滑台3安装在竖臂2上，竖直Z伺服滑台4安装在水平Y伺服滑台3上，回转关节5安装在竖直Z伺服滑台4下部，弹性打磨装置6安装在回转关节5的输出端，被打磨工件8卡装在伺服回转台7上，控制器201安装在竖臂2上。

上述水平X伺服滑台1、水平Y伺服滑台3、竖直Z伺服滑台4、回转关节5、弹性打磨装置6以及伺服回转台7的受控端分别与控制器201的输出端连接，其中，控制器内预置有被打磨工件的结构特征，水平X伺服滑台1、水平Y伺服滑台3、竖直Z伺服滑台4构成机器人直角坐标运动的位置环节，在控制器指令下带动弹性打磨装置6在直角坐标系内运动定位；回转关节5和伺服回转台7用于构造打磨工具与被打磨工件的运动姿态；在控制器指令下调整弹性打磨装置6和被打磨工件8的运动姿态来达到合适的打磨状态，从而实现六自由度的打磨操作。

本发明中，水平X伺服滑台与水平Y伺服滑台和竖直Z伺服滑台主体结构相同均为箱型柱结构，包括底座，底座上设置一平行于底座的滚珠丝杠，滚珠丝杠通过固定设置在底座两端的前轴承座组件和后轴承座组件固定；底座的一端固定设置有伺服电机，滚珠丝杠伸出前轴承座组件的一端与伺服电机输出轴连接；位于滚珠丝杠两侧的底座上方架设有两根位于同一平面平行于滚珠丝杠的直线导轨，直线导轨的两端通过分别通过支架固定在底座上，直线导轨上配装有滑块；滚珠丝杠上配装有与滑块固定连接的滑座，两块滑块的顶端面上固定连接第一安装板、第二安装板或第三安装板。

本实施例中，水平X伺服滑台1的结构如图2所示，包括X底座101、X后轴承座组件102、X滚珠丝杠103、X直线导轨104、X滑块105、X滑座106、X母座107、X螺母108、X前轴承座组件109、以及X伺服电机110。X伺服电机110、X前轴承座组件109、X后轴承座组件102、X滚珠丝杠103整体安装在X底座101上；X底座101的导轨联接面安装有两组X直线导轨104及X滑块105；X螺母座107、X螺母108与X滚珠丝杠103配合与X滑块105一起安装在X滑座106对应的联接面上，第一安装板固定设置在两块X滑块105上，用于安装竖臂，从而形成沿X直线导轨104移动的水平X方向移动轴副。

本发明的水平X伺服滑台1的底座上设置有扣装在底座上方并能够沿底座滑动的机床护罩，如图2所示。机床护罩包括两组自端部向中间截面面积逐次增大且能够上下嵌套的多节扣盒；第一安装板配装在两组扣盒之间的直线导轨滑块上，第一安装板的两端分别与相邻的两个扣盒连接在一起；当第一安装板向两端移动时，靠近第一安装板的扣盒逐步向两端移动，当第一安装板移动到端部时，该组扣盒叠摞在一起。采用此种结构，扣盒可以随第一安装板的移动而改变状态，从而保证内部期间的封闭。

水平X伺服滑台1的X底座101内设置有一层空腔，空腔内填充有X制震填料112，用于改进运动性能。

水平Y伺服滑台3的结构如图3所示，包括底座、Y后轴承座组件302、Y滚珠丝杠303、Y直线导轨304、Y滑块305、Y滑座306、Y螺母座307、Y螺母308、Y前轴承座组件309和Y伺服电机310；其中底座为Y滑架体301，第二安装板固定设置在两块Y滑块305上，用于安装竖直Z伺服滑台4。水平Y伺服滑台3形成沿直线导轨304移动的水平Y方向移动轴副。

滑架体301内设置有一层空腔，空腔内填充有制震填料312，用于改进运动性能。

竖直Z伺服滑台4的结构如图4所示，包括底座、Z后轴承座组件402、Z滚珠丝杠403、Z直线导轨404、Z滑块405、Z滑座406、Z螺母座407、Z螺母408、Z前轴承座组件409和Z伺服电机410；其中底座为Z滑架体401，第三安装板固定设置在两块Z滑块405上，用于安装回转关节5。竖直Z伺服滑台4形成沿直线导轨404移动的竖直Z方向移动轴副。

滑架体401内设置有一层空腔，空腔内填充有制震填料412，用于改进运动性能。

回转关节5的结构如图5所示，主体部分包括固定支座501、RV减速装置502、关节伺服电机503、输出端板504、限位板505、转动支承部件506摆座507。

RV减速装置502和关节伺服电机503安装在固定支座501上，RV减速装置502输入端伺服电机503，输出轴上固定连接有垂直于输出轴的输出端板504，关节伺服电机503、RV减速装置502以及输出端板504形成弹性打磨装置6的竖起回转轴。

输出端板504的外端通过转动支承部件506连接安装摆座507，弹性打磨装置6安装在摆座507上；限位板505安装在输出端板504上，用于对摆座507进行限位。

弹性打磨装置6的结构如图6和图7所示，包括主要由打磨轴承座603、主轴604、支承套606、打磨工具608以及打磨伺服电机601构成的打磨主轴系统。

打磨轴承座603通过第一弹性支承部件609与回转关节的摆座507连接，打磨轴承座603还通过第二弹性支承部件610与回转关节的限位板505连接，用于实现打磨轴承座603在摆座507上的微幅摆动以及摆座507在输出端板上的微幅摆动，最终实现打磨主轴系统的弹性圆摆动误差补偿。

打磨轴承座603的后端安装有打磨伺服电机601，打磨轴承座603前端内腔中固设有安装支承套606的打磨后轴承605，主轴604的一端依次穿过打磨后轴承605和支承套606后伸出固设在支承套前端的前轴承支承部件607，主轴的另一端伸入打磨轴承座内与打磨伺服电机601的输出轴连接；打磨工具608安装在主轴604前端。

伺服回转台7的结构如图8所示，包括回转台底座701、转台702、回转支承部件703、减速装置704、输出端齿轮705和回转伺服电机706。

转台702用于安装被打磨工件8，设置在回转台底座上方，回转支承部件703设置在转台702与回转台底座701之间，回转台底座701、转台702和回转支承部件703构成转台主体系统。减速装置704安装在底座701上，减速装置704输出端齿轮705与回转支承部件703啮合传动，减速装置704输入端安装伺服电机706。

本发明用于打磨工件时，首先通过扫描将工件的结构特征保存在控制器中，控制器根据工件的结构特征规划机器人的曲面打磨路径，根据曲面打磨路径控制X伺服滑台1、水平Y伺服滑台3、竖直Z伺服滑台4、回转关节5、弹性打磨装置6以及伺服回转台7协调作业，完成工件的打磨。

工件在打磨过程中，弹性打磨装置6上设置的弹性支撑部件，能够使弹性打磨装置6打磨过程中根据力度进行微幅摆动，避免出现打磨不均匀、损伤工件的问题发生。

本发明所述结构并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。