本發(fā)明涉及工業(yè)自動化領域，特別涉及折彎機器人。

背景技術：

鈑金折彎作業(yè)需求量巨大。以電梯為例其門板長約為2200mm，寬度約為500～600mm，門板重量20kg左右，如果由人工來送料、托舉、下料則勞動強度非常大。

目前已經有很多以通用六關節(jié)工業(yè)機器人來代替人工折彎的方案。一般使用負載為50kg的機器人。但本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：由于通用的50kg機器人主要是用于搬運、裝配、打磨等作業(yè)，其連桿參數的設計并不適用于折彎作業(yè)。一方面在某些姿態(tài)容易發(fā)生鈑金件和機器人本體的干涉；另一方面在折彎不同長度的鈑金件時(通常長度范圍為400-2500mm)，需要調整機器人與折彎機之間的位置、距離，這就必須安裝附加行走軸。附加軸的方案增加了系統(tǒng)的復雜度，提高了成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施方式的目的在于提供一種折彎機器人，使得降低用于折彎作業(yè)的機器人的成本，且在沒有輔助設施的情況下更加靈活地完成作業(yè)。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種折彎機器人，與折彎機配合使用，用于折彎待折彎鈑金件，包括：基座、懸臂、大臂、前臂、腕關節(jié)和夾具；所述懸臂利用第一軸和所述基座連接，所述懸臂利用第二軸與所述大臂旋轉連接，所述大臂利用第三軸與所述前臂旋轉連接，所述前臂利用所述腕關節(jié)與所述夾具旋轉連接；所述基座安置于安裝地面上，所述夾具用于固定所述待折彎鈑金件；所述折彎機器人的連桿尺寸需滿足以下條件：

a3<a1；和

和

其中，所述a1為所述第二軸的旋轉中心到所述安裝地面的垂直距離，所述a3為所述大臂的臂長，所述a4為所述前臂臂長，所述a5為所述腕關節(jié)的旋轉中心到待折彎鈑金件平面的垂直距離，所述x02為所述折彎機刀口折彎中心至所述第二軸旋轉中心的水平距離，所述h為所述折彎機刀口折彎中心至所述安裝地面的垂直距離，所述l為所述待折彎鈑金件的長度。

本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術而言，主要區(qū)別及其效果在于：設計可以實現(xiàn)折彎作業(yè)的五軸機器人，折彎機器人在作業(yè)時無需改變其與折彎機之間的位置，所以無需使用輔助行走軸，使得作業(yè)更為靈活。另外，由于無需使用六軸機器人，在機器人的硬件成本上有了大幅的下降，而且在尺寸設計時可以和鈑金件的長度相關，有利于為專有長度的鈑金件設計專用機器人。可見，本發(fā)明實施方式使得降低用于折彎作業(yè)的機器人的成本，且在沒有輔助設施的情況下更加靈活地完成作業(yè)。

作為進一步改進，所述第一軸中心至所述第二軸中心的距離a2滿足：0<a2<a1。由于a2的尺寸雖然越小越好，但是限定的范圍可以更好保證機器人關節(jié)間的組裝。

作為進一步改進，所述大臂和所述前臂呈對勾型。對勾型的設計，使得折彎機器人在作業(yè)時，只需回收和舒展對勾型的大臂和前臂即可，進一步保證作業(yè)的靈活。

作為進一步改進，所述夾具為吸盤夾具。利用吸盤夾具可以更好地固定待折彎的鈑金件。

附圖說明

圖1是根據本發(fā)明第一實施方式中的折彎機器人的結構示意圖；

圖2a和圖2b是根據本發(fā)明第一實施方式中的折彎機器人進行鈑金件的長邊折彎的起始點示意圖和終止點示意圖；

圖3a和圖3b是根據本發(fā)明第一實施方式中的折彎機器人進行鈑金件的短邊折彎的起始點示意圖和終止點示意圖；

圖4是根據本發(fā)明第一實施方式中的折彎機器人的參數推導的幾何關系示意圖。

附圖中：

a1為折彎機器人J2軸旋轉中心到安裝地面距離；

a2為折彎機器人J2軸旋轉中心到J1軸旋轉中心距離；

a3為折彎機器人大臂臂長；

a4為折彎機器人前臂臂長；

a5為折彎機器人腕關節(jié)旋轉中心到折彎鈑金件平面的垂直距離；

h為折彎機刀口折彎中心至安裝地面的垂直距離；

d01為折彎機刀口折彎中心至折彎機器人J1軸旋轉中心的水平距離；

l為鈑金件折彎后長度；

d25min為折彎機器人腕關節(jié)旋轉中心與折彎機器人J2軸旋轉中心能達到的最小距離；

d02為折彎機器人J2軸旋轉中心到折彎機刀口折彎中心的距離；

R為折彎機器人腕關節(jié)旋轉中心到折彎機刀口折彎中心的距離，即折彎時腕關節(jié)跟隨軌跡的半徑；

d`25為折彎動作結束時腕關節(jié)旋轉中心至折彎機器人J2軸旋轉中心的距離；

d25為折彎動作開始時腕關節(jié)旋轉中心至折彎機器人J2軸旋轉中心的距離；

x02為折彎機刀口折彎中心至J2軸旋轉中心的水平距離；

z02為折彎機刀口折彎中心至J2軸旋轉中心的垂直距離。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節(jié)。但是，即使沒有這些技術細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請所要求保護的技術方案。

本發(fā)明的第一實施方式涉及一種折彎機器人。該折彎機器人與折彎機9(折彎刀91)配合使用，用于折彎待折彎鈑金件8，其結構如圖1所示，具體包括：基座1、懸臂2、大臂3、前臂4、腕關節(jié)5和夾具6。

其中，懸臂2利用第一軸和基座1連接，懸臂2利用第二軸與大臂3旋轉連接，大臂3利用第三軸與前臂4旋轉連接，前臂4利用腕關節(jié)5與夾具6旋轉連接；基座1安置于安裝地面7上，夾具6用于固定待折彎鈑金件8；

折彎機器人的連桿尺寸需滿足以下條件：

a3<a1；(1)

上述式(1)至(3)中，所述a1為所述第二軸(即J2關節(jié)，或稱為J2軸)的旋轉中心到所述安裝地面7的垂直距離，所述a3為所述大臂3的臂長，所述a4為所述前臂4臂長，所述a5為所述腕關節(jié)5的旋轉中心到待折彎鈑金件8平面的垂直距離，所述x02為所述折彎機9的刀口92折彎中心至所述第二軸旋轉中心的水平距離，所述h為所述折彎機9的刀口92折彎中心至所述安裝地面7的垂直距離，所述l為所述待折彎鈑金件8在折彎后的長度。

需要說明的是，本實施方式中的大臂3和所述前臂4呈對勾型，夾具6可以是吸盤夾具6。同時，第一軸(即J1關節(jié)，或稱為J1軸)中心(圖1中A點位置)至所述第二軸中心(圖1中B點位置)的距離a2滿足：0<a2<a1。

本實施方式中的折彎機器人的工作形態(tài)如圖2a和圖2b所示：圖2a是鈑金件8長邊折彎起始點位置，此時夾具6固定鈑金件8呈水平位置，大臂3和前臂4組成收起的對勾形狀，開始折彎時，大臂3與前臂4由右下向左上推動進行折彎，抵達圖2b所示的折彎終止點位置，此時大臂3和前臂4組成舒展的對勾形狀，鈑金件8沿長度方向向上彎折。

另外，如果鈑金件8需要短邊折彎，則折彎機器人的形態(tài)如圖3a和圖3b所示：圖3a是鈑金件8短邊折彎起始點位置，圖3b是鈑金件8短邊折彎終止點位置。

可見，大臂3和前臂4對勾型的設計，使得折彎機器人在作業(yè)時，只需回收和舒展對勾型的大臂3和前臂4即可，進一步保證作業(yè)的靈活。

需要說明的是，本發(fā)明的發(fā)明人根據上述折彎動作的特點，列出實現(xiàn)折彎作業(yè)的機器人需滿足以下條件，同時利用這些條件和折彎機器人部件的幾何關系進行了如下的推導，獲得上述式(1)至(3)：

1、a3+關節(jié)鑄件外圓的半徑<a1；

2、d25min<d25；即折彎起始點位置可達；

3、d25min<d02-R；即折彎軌跡始終在可達范圍內，在最小圓R之外

4、a3+a4>d`25；即折彎軌跡始終在可達范圍內，在最大圓a3+a4之內

5、a3+a4>d25；即折彎終止點位置可達。

分析上述五個條件后，由圖中的幾何關系可知：

x02＝d01-a2； (4)

z02＝h-a1； (5)

d02²＝x02²+z02²； (6)

根據圖2a和圖2b可知：

以折彎機9刀口折彎中心O為坐標原點，則圖2a中折彎動作起始點P坐標為(l，-a5)，機器人折彎跟隨動作的上抬偏轉角度θ為折彎后工件鄰面夾角的一半，即OP逆時針轉動θ度到達折彎動作結束點Q，可知Q點坐標為(l·cosθ+a5·sinθ，l·sinθ-a5·cosθ)。

從而得到：

根據上述表達式可知各尺寸需滿足條件，即約束條件如下：

1、a3<a1，即J2軸可以下擺至-90°；

2、即折彎起始位置可達；

3、

4、

即：

5、

即：

由上述約束條件中可見，a2、a3&a4、a1&a5可以分為3組，在3組之間沒有直接的限制制約關系。

可見，a2為只影響結構外形基本不影響功能實現(xiàn)，暫不考慮；假設a3&a4之間在-180°～180°之間的任意姿態(tài)可達，且d25min＝|a4-a3|可見當a3&a4相等時最優(yōu)。綜合之前的約束條件可簡化為：

a3<a1； (10)

其中，式(11)可以忽略，式(14)因右側部分始終比式(13)的右側部分小，所以也可以忽略，所以推導獲得的約束條件為式(10)、(12)和(13)。

另外，本發(fā)明人想說明的是，在實際應用中，a5應盡可能縮小，此處暫取a5＝0，a1有且僅與h有關，可以設h-a1＝y(tǒng)；x02寫作x，則上述約束條件變化如下：

a3＝a4<a1； (15)

其中，為便于其最大值最小值的表達計算，式(17)中的右側部分以t代替，根據x\y的取值范圍計算出t的范圍后，作為a3+a4的約束條件。

同時，本發(fā)明人在設計時為使機器人在固定位置一次安裝后可兼容更大范圍內的待折彎鈑金件8，即l的取值范圍盡量大的前提下，使機器人結構緊湊精簡。

按照前文的設計需求，以l取值為2500mm考慮。假定x，y的可取值范圍為0<x<2000，0<y<300。

即表示圖中半徑為的圓形之外的部分；即表示圖4中一點到固定點的距離。圖4中陰影部分即為滿足不等式(16)的可取值范圍，可見在y＝0時，t可以取得最小值，其中對應l取值范圍的最大值l_max和最小值l_min，應該分別計算t_max和t_min。

將y＝0帶入上式，計算得到：

設T為t_max和t_min中的較大值，則a1＝h>a3，若根據計算得到的所需a3>h可通過調整機器人與折彎機9的安裝高度差，即認為增大h值來調整。

推導可知，當折彎機器人設計連桿參數滿足以下條件(即式(20)至(23))時，可以滿足折彎機器人在單一固定位置即可完成長度范圍l的鈑金件8的折彎。(其中建議取h＝a1，a3＝a4，a5＝0，若不相等需進行驗證)

其中，T為中的較大值。

另外，折彎機器人到折彎機的安裝距離為根據結構造型需求設定a2，對折彎功能的實現(xiàn)影響不大。

對折彎機器人的連桿參數計算后，還可以進行驗證，舉例如下：

1、假設折彎機器人前臂長a3＝615mm，大臂長a4＝900mm；

2、J2軸旋轉中心到安裝地面距離a1取755mm；

3、J2軸旋轉中心到J1軸旋轉中心距離a2取550mm；

4、折彎機器人腕關節(jié)旋轉中心到折彎鈑金件平面的垂直距離a5取260mm；

5、折彎機刀口距地面的高度為945mm；

6、l的取值范圍為400-2500mm；

7、機器人J1軸旋轉中心至折彎機的安裝距離為1695±15mm。

代入前文計算的機器人設計約束條件式(20)至(23)得(單位mm)：

a1＝755>a3＝615>T/2＝559；

a4＝900>T/2＝559；

a3+a4＝1515>

可見實際設計的折彎機器人參數滿足上述約束條件，并實測能夠完成開發(fā)功能需求。

本實施方式相對于現(xiàn)有技術而言，主要區(qū)別及其效果在于：設計可以實現(xiàn)折彎作業(yè)的五軸機器人，折彎機器人在作業(yè)時無需改變其與折彎機之間的位置，所以無需使用輔助行走軸，使得作業(yè)更為靈活。另外，由于無需使用六軸機器人，省去了通常六關節(jié)機器人的J4關節(jié)，在機器人的硬件成本上有了大幅的下降，而且在尺寸設計時可以和鈑金件的長度相關，有利于為專有長度的鈑金件設計專用機器人。可見，本發(fā)明實施方式使得降低用于折彎作業(yè)的機器人的成本，且在沒有輔助設施的情況下更加靈活地完成作業(yè)。

本發(fā)明第二實施方式涉及一種折彎機器人，本實施方式中的折彎機器人的待折彎鈑金件的長度范圍為：l∈[400，2500]，鈑金件需折直角，即θ＝45°。根據上述式(1)至(3)中的約束條件計算得到本實施方式中折彎機器人的部件尺寸如下：

1、t_max＝957mm，t_min＝1118mm，T＝1118mm，a3＝a4>T/2，可取600mm；

2、折彎機高度為945mm，取a1＝h＝945mm；

3、因為結構問題a5不會完全等于0，假設取a5＝100mm；

4、考慮造型需求，取a2＝300mm；

5、機器人到折彎機的安裝距離為1550mm。

可見，當折彎機器人按照以上參數設計時即可保證在實現(xiàn)折彎功能需求的同時，又令折彎機器人外形結構最為緊湊小巧。

本發(fā)明第三實施方式同樣涉及一種折彎機器人，第三實施方式和第二實施方式大致相同，主要區(qū)別在于，第二實施方式中的鈑金件尺寸范圍為400至2500mm，而本實施方式中的鈑金件尺寸范圍為600至3200mm。

具體計算過程如下：

因此，取a1＝900>a3＝750>T/2＝702；

a4＝900>T/2＝702；

a2＝500、a5＝150；

d01＝1600+500＝2100；

本領域的普通技術人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。