申请/专利权人：南京埃斯顿机器人工程有限公司

申请日：2017-06-29

公开（公告）日：2023-06-09

公开（公告）号：CN107081761B

主分类号：B25J9/16

分类号：B25J9/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.06.09#授权;2018.02.27#著录事项变更;2017.09.15#实质审查的生效;2017.08.22#公开

摘要：本发明公开了一种用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人，为6关节工业机器人。其特征是：小臂部件杆长与手腕部件杆长之和X大臂杆长Y=2～3，折弯机下模刀口高度‑转座J2轴距离地面的距离H=500～600mm，转座J2轴距离J1轴的距离Z=机器人臂展设定钣金最大边长‑小臂部件杆长与手腕部件杆长之和X‑大臂杆长Y。J4轴与J1轴之间偏置设定的距离，J3轴电机设置在大臂外侧。本发明通过合理的杆长配比关系，用于大尺寸钣金折弯，钣金和机体不会相互干渉，规避了通用工业机器人在折弯应用中的诸多弊端，如垫高折弯机、挖地坑、钣金和机器人本体干涉区域大等，不需要对客户车间结构进行大量改造，减小了折弯机在安装过程中的较平调整难度，降低了总项目成本。

主权项：1.一种用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的折弯专用机器人，所述机器人为6关节工业机器人，包括底座、转座、大臂、小臂部件和手腕部件，所述钣金的尺寸为2500mm×1250mm×2mm；其特征是：在折弯工序起始点时需要避免机体干涉，通过图解法构建几何模型： 其中op为钣金的对角线长度的12，GW为小臂部件长度；在折弯起始姿态下，G为J3轴的中心，W为J4轴的中心，G的高度位置低于op，即H+Y·c2＜950mm，其中Y为大臂杆长，H为转座的J2轴距离地面的距离，c2表示costheata2，theata2为J2轴角度；对于空间边界采用雅克比矩阵约束，对于内部奇异位形采用关节轴线共线位置排除法避免，确保折弯结束姿态下J6轴和J4轴不共线；其中，雅克比矩阵约束为其中：s2表示sintheata2其中，关节轴线共线位置排除法为XY＝2～3，X为小臂部件杆长与手腕部件杆长之和；折弯机下模刀口高度-转座的J2轴距离地面的距离H＝500～600mm，从而确保折弯跟随过程中机器人不经过奇异点；转座的J2轴距离J1轴的距离Z＝机器人臂展或钣金最大边长－X－Y；J4轴与J1轴之间设定偏置距离，J3轴电机设置在大臂外侧。

全文数据：一种用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人技术领域[0001]本发明涉及一种机器人，具体说是一种可用于钣金自动折弯的机器人，主要涉及满足钣金折弯要求的机器人杆长配比关系。背景技术[0002]随着钣金自动化行业的迅速发展，钣金自动折弯逐渐代替过去的手工扶持操作，从而大大提高了生产效率，并进一步保障了生产人员的人身安全。[0003]目前，应用最多的是采用6关节通用工业机器人配合折弯机进行联合跟随折弯，随着钣金尺寸的扩大化200mmX200mm42500mmX1250mm，通用工业机器人越来越难以兼顾钣金折弯领域，特别是机器人各轴杆长参数配比不够合理，导致通用工业机器人在折弯应用中出现了诸多弊端，如垫高折弯机、挖地坑、钣金和机器人本体干涉区域大等，不得不对客户的车间进行一定量的改造，使项目总体成本增加较多;此外，还有一种折弯辅助设备采用的是横梁式结构，工厂中使用的也较多，但是该设备占用空间体积大，拆迀不便。[0004]鉴于通用工业机器人在折弯应用中的诸多弊端，只有寻求一种有效规避自动折弯时钣金与机器人本体干涉的杆长配比方法，才能够在满足客户使用需求的同时，不对客户车间进行改造或改造量较小，又能降低项目总成本。[0005]—般情况下，6关节工业机器人包括底座、转座、大臂、小臂部件和手腕部件等基本组成部分，各部分的结构尺寸共同构成了机器人的关节杆长。[0006]在钣金折弯应用中，通用6关节工业机器人最大的弊端是各轴杆长配比不够合理，其小臂部件杆长与手腕部件杆长之和与大臂杆长之比通常介于1〜1.3之间。[0007]以一款50KG负载通用工业机器人折弯2500mmX1250mmX2mm的大尺寸钣金为例，简述该杆长配比在自动化折弯应用中的两种常见弊端：机器人各轴杆长参数如图1所不，其中小臂部件8杆长与手腕部件9杆长之和有效杆长11与大臂7杆长之比为977.4850¾1.15。在折弯大尺寸钣金2500mmX1250mmX2mm2时，如果机器人1和折弯机3都采用地面固定，那么，大尺寸钣金2500mmX1250mmX2mm将很难避免与机器人本体发生干涉，如图2所示，图中标注12为干涉区域。因此，现实工作中应用最多的一种方案是在机器人下面挖地坑，将机器人底座5设置于地坑底部，以降低机器人高度的方式来适应折弯机，如图3所示。该方案的弊端是:①对客户车间改造工程量较大，提高了项目成本;②钣金成品件码垛高度大大降低，托盘周转次数额外增多。另一种常用的方案是垫高折弯机，在折弯机下面设置支座4,以增高折弯机高度的方式来适应机器人，如图4所示。该方案的弊端是:①增加了折弯机3的安装调整工作量，提高了项目成本;②增高了折弯机3的下模刀口高度，不便于人工扶持折弯。发明内容[0008]本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人，通过合理设计其各轴杆长配比关系，达到用于大尺寸钣金折弯时钣金与机体不发生碰撞干涉目的。[0009]本发明的基本思路:为了规避通用工业机器人在折弯应用中的诸多弊端，需要发明一种机器人各轴杆长配比的方法，其中小臂部件杆长与手腕部件杆长之和与大臂杆长之比需要重点考虑。各轴杆长代号设置如图5所示，小臂部件8杆长与手腕部件9杆长之和设为X，大臂7杆长设为Y，转座6的J2轴距离Jl轴的距离设为Z，转座6的J2轴距离地平面的距离设置为H。[0010]杆长配比原则：1、本体结构几何不干涉;2、在折弯应用空间中，避免机器人雅克比矩阵的奇异性，即主要避免空间边界和空间内部的2类奇异位形，同时追求雅克比矩阵条件数的最小化。[0011]通过进一步分析，需要在折弯工序起始点避免本体干涉，通过图解法构建几何模型。折弯工序起始姿态如图6所示：op为板料对角线长度的12，GW为小臂长度，对应约束需为：ii.对应折弯起始姿态下，G的高度位置应低于op，即QUOTEM垮〇:濟爾折弯机未垫高时，下模刀口与地面之间的距离一般介于900〜1000mm之间，取平均值950mm，且此时J2轴对应角度不应贴近负向限位。C2表示costheata2，S2表示sintheata2，theata2为J2轴角度。[0012]对于空间边界和内部奇异位形，分别采用雅克比矩阵约束和关节轴线共线位置排除法避免。结合图5，折弯结束位姿应满足以下约束：i.I，且雅克比矩阵条件数应尽量小；ϋ.,该约束确保折弯结束姿态J6轴和J4轴不共线。[0013]综上所述，通过模拟分析和迭代计算，在折弯跟随过程中，机器人各轴杆长的配比关系如下：I、当小臂部件杆长与手腕部件杆长之和与大臂杆长之比XY〜2〜3时，可以较好的避免大尺寸钣金2500mmX1250mmX2mm2与机器人本体发生干涉；Π、转座J2轴距离地面的距离H由折弯机下模刀口的高度950mm决定，当两者距离差保持在500〜600mm时，可以确保折弯跟随过程中机器人不经过奇异点；ΙΠ、转座J2轴距离Jl轴的距离Z由机器人臂展决定，而机器人臂展又取决于机器人设定的所折钣金的最大边长尺寸（对于2500mmX1250mmX2mm的钣金而言，机器人臂展〜2500mm〇[0014]综上，用于自动折弯时，如实现钣金与机体互不干涉，则机器人各轴杆长配比关系应满足下列条件：XY=2〜3;折弯机下模刀口高度_H=500〜600mm;Z=机器人臂展或设定的钣金最大边长一X—Y。[0015]机器人各轴杆长只有在满足上述配比关系的情况下才能较好的适应折弯机，才能有效规避通用工业机器人在折弯应用中的诸多弊端。[0016]本发明用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人，为6关节工业机器人，包括底座、转座、大臂、小臂部件和手腕部件;其特征是：小臂部件杆长与手腕部件杆长之和X大臂杆长Y=2〜3;折弯机下模刀口高度-转座J2轴距离地面的距离H=500〜600mm;转座J2轴距离Jl轴的距离Z=机器人臂展设定的钣金最大边长一小臂部件杆长与手腕部件杆长之和X—大臂杆长Y。[0017]为了保证在J2轴负向运动时小臂部件和J3轴电机不与Jl轴电机发生干涉，将J4轴与Jl轴采用偏置布置J4轴轴线与Jl轴轴线不共面），偏置距根据结构空间限制（外购伺服电机、减速机的结构尺寸等而定，同时将J3轴电机设置在大臂外侧。[0018]相对于现有技术方案，本发明的主要优点和有益效果如下：本发明通过合理的杆长配比关系，用于大尺寸钣金折弯，钣金和机体不会相互干渉，规避了通用工业机器人在折弯应用中的诸多弊端，如垫高折弯机、挖地坑、钣金和机器人本体干涉区域大等，不需要对客户车间结构进行大量改造，减小了折弯机在安装过程中的较平调整难度，降低了总项目成本。附图说明[0019]图1是现有机器人结构示意图。[0020]图2是现有机器人在大尺寸钣金折弯时，钣金与机体相互干渉示意图。[0021]图3是现有机器人为满足大尺寸钣金折弯而采用的地坑安装方式示意图。[0022]图4是现有机器人为满足大尺寸钣金折弯而采用的垫高折弯机安装方式示意图。[0023]图5是本发明用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人结构简图。[0024]图6是本发明用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人折弯工序起始姿态图。[0025]图7是本发明用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人结构示意图。[0026]图8是图7的俯视图。[0027]图9是本发明用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人运动空间示意图。[0028]图10是图9俯视图。[0029]图11是本发明用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人用于大尺寸钣金折弯工作状态示意图（折弯起始位）。[0030]图12是本发明用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人用于大尺寸钣金折弯工作状态示意图（折弯过程中）。具体实施方式[0031]下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。[0032]6关节工业机器人包括底座5、转座6、大臂7、小臂部件8和手腕部件9等基本组成部分，各部分的结构尺寸共同构成了机器人的关节杆长。各轴杆长代号设置如图5所示，小臂部件8杆长与手腕部件9杆长之和设为X，大臂7杆长设为Y，转座6的J2轴距I^Jl轴的距尚设置为Z，转座6的J2轴距离地平面的距离设置为H。[0033]为了实现发明目的，本发明用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人，各轴杆长配比关系如下：小臂部件杆长与手腕部件杆长之和X大臂杆长Y=2〜3;折弯机下模刀口高度-转座J2轴距离地面的距离H=500〜600mm;转座J2轴距离Jl轴的距离Z=机器人臂展设定钣金最大边长一小臂部件杆长与手腕部件杆长之和X—大臂杆长Y。[0034]对于2500mmX1250mmX2mm的大尺寸饭金，当X=1455mm、Y=610mm、Z=500mm、H=356mm时，可以较好的满足实际使用。[0035]此外，为了保证在J2轴负向运动时小臂部件8和J3轴电机11不与Jl轴电机发生干涉，需要将J4轴与Jl轴采用偏置布置，偏置距根据结构空间限制（外购伺服电机、减速机的结构尺寸等而定，同时将J3轴电机设置在大臂外侧Jl轴所在侧为内侧），最终各轴杆长参数和运动空间分别如图7、图8、图9和图10所示，其中J4轴与Jl轴偏置距为70mm。

权利要求：1.一种用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的折弯专用机器人，为6关节工业机器人，包括底座、转座、大臂、小臂部件和手腕部件;其特征是：小臂部件杆长与手腕部件杆长之和X大臂杆长Y=2〜3;折弯机下模刀口高度-转座J2轴距离地面的距离H=500〜600mm;转座J2轴距离Jl轴的距离Z=机器人臂展或设定的钣金最大边长一X—Y;其中：X为小臂部件杆长与手腕部件杆长之和，Y为大臂杆长。2.根据权利要求1所述用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人，其特征是：J4轴与Jl轴之间设定偏置距离，J3轴电机设置在大臂外侧。

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