CN102794866B - 机器人柔性自适应终端执行器 - Google Patents

Abstract

机器人柔性自适应终端执行器，属于机器人执行装置技术领域。它包括定法兰、动法兰、支柱、轴承和芯轴等，芯轴与中板固定，中板下设置直线导轨Ⅱ，Y平台上设置滑块Ⅱ，Y平台下方设置直线导轨Ⅰ，X平台上设置滑块Ⅰ，主板上装支承座，支承座与关节轴承铰接连接，关节轴承上设置螺杆，螺杆与X平台连接，主板下方设置圆柱定位销、菱形定位销、预置铜环和预注塑针。本发明通过采用上述技术得到的自适应终端执行器，具有自动调节作用，简化机器人坐标和轴线姿态调试过程，降低调试时间，保证预置件放入注塑模具内精度，提高产品合格率；而且在模具修理后再次上注塑机时，无须重新调整机器人空间坐标精度，极大提高生产效率，适于工业化生产应用。

Description

机器人柔性自适应终端执行器

技术领域

本发明属于机器人执行装置技术领域，具体涉及一种适用于机器人精确放置零件进入注塑模具内各种场合的机器人柔性自适应终端执行器。

背景技术

目前机器人应用在注塑前零件预置入注塑机模具的场合，有的直接由机器人精度来保证注塑前零件预置入注塑机模具内的精度，有的为了弥补机器人重复定位精度误差造成的零件预置精度偏差，在机器人手臂前端安装的终端执行器上装有导向定位销，而模具内装有导向套，以导向定位销进入导向套内来修正机器人重复定位精度误差，但机器人手臂前端安装的终端执行器定位机构基本上都是刚性结构。

目前技术普遍存在如下诸多问题：1）准确寻找机器人空间定位坐标难度大；2）准确调整机器人前端定位销轴线姿态相当困难；3）模具下线修理后，再次上注塑机时，机器人需要重新调整上述定位坐标及轴线姿态；4）机器人定位销根本无法调整至理论正确坐标和理论正确轴线姿态，所以机器人刚性容易遭受较大额外附加外力破坏，机器人定位精度维持时间不长也遭到破坏，机器人定位精度急剧降低；5）预置件位置偏差造成注塑产品不良率较高；6）注塑模具因为预置件位置偏差而合模损坏风险高，增加模具维护成本；7）调试机器人准确空间坐标时间长、效率低，影响产量等。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于机器人精确放置零件进入注塑模具内各种场合的机器人柔性自适应终端执行器。

所述的机器人柔性自适应终端执行器，包括与机器人手臂前端法兰连接的定法兰，其特征在于所述的定法兰下设置动法兰，定法兰下设置四套支柱Ⅰ，动法兰上设置四套支柱Ⅱ，支柱Ⅰ与支柱Ⅱ交替设置，相邻的支柱Ⅰ与支柱Ⅱ由拉簧连接，所述的定法兰内设有轴承Ⅰ和轴承Ⅱ，轴承Ⅰ和轴承Ⅱ之间设置芯轴，芯轴与中板固定，中板下设置直线导轨Ⅱ，Y平台上设置与直线导轨Ⅱ组成移动副的滑块Ⅱ，Y平台下方设置直线导轨Ⅰ，X平台上设置与直线导轨Ⅰ组成移动副的滑块Ⅰ，主板上装四个支承座，支承座通过销轴与关节轴承铰接连接，关节轴承上设置螺杆，所述的螺杆与X平台连接，所述的主板下方设置圆柱定位销、菱形定位销、预置铜环和预注塑针，所述的圆柱定位销、菱形定位销导入模具相应定位孔内，用于定位作用。

所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于所述的X平台两侧装支座Ⅰ，支座Ⅰ内装弹簧Ⅰ，所述的弹簧Ⅰ有预压缩量给支座Ⅰ施加对称置中力。

所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于所述的Y平台两侧装有支座Ⅱ，支座Ⅱ内装有弹簧Ⅲ，所述的弹簧Ⅲ预压缩给支座Ⅱ施加对称置中力。

所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于所述的螺杆顶端穿出于X平台，并由双螺母固定，所述的螺杆中部是弹簧Ⅱ，弹簧Ⅱ上装有球面垫圈组，球面垫圈组位于X平台的下方。

所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于执行器部件与模具存在X向误差时，Y平台和支座Ⅰ之间的两侧弹簧Ⅰ一侧进一步压缩，另一侧预压缩量减少，X平台相对于Y平台沿X向移动，自动修正执行器部件与模具间X向偏差。

所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于执行器部件与模具存在Y向误差时，中板与支座Ⅱ之间的两侧弹簧Ⅲ一侧进一步压缩，另一侧预压缩量减少，Y平台相对于动法兰沿Y向移动，自动修正执行器部件与模具间Y向偏差。

所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于执行器部件与模具存在X轴或Y轴角度误差时，X平台推动四组球面垫圈组并进而推动四条弹簧Ⅱ，四条弹簧Ⅱ进阶压缩量各不相同，X平台相对于主板绕X轴、Y轴复合转动，自动修正执行器部件与模具间X轴、Y轴角度偏差，即当四条弹簧Ⅱ分为分别与X轴平行的两组，一组进阶压缩量大，另一组进阶压缩量少，X平台相对于主板绕X轴转动，自动修正执行器部件与模具间X轴角度偏差；当四条弹簧Ⅱ分为分别与Y轴平行的两组，当一组进阶压缩量大，另一组进阶压缩量少，X平台相对于主板绕Y轴转动，自动修正执行器部件与模具间Y轴角度偏差。

所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于执行器部件与模具存在Z轴角度误差时，定法兰与动法兰之间的两组共四条拉簧，一组进一步拉伸，另一组预拉伸量减少，动法兰相对于定法兰绕Z轴转动，自动修正执行器部件与模具间Z轴角度偏差。

所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于机器人柔性自适应终端执行器与操作机器人接近模具定位孔，在X向、Y向坐标允许误差分别为±3mm。

所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于机器人柔性自适应终端执行器与操作机器人接近模具定位孔，X轴、Y轴、Z轴角度误差分别±5°。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明通过设置X轴、Y轴和Z轴误差调整机构，达到用更低精度机器人代替高精度机器人完成预置件入注塑模具的工作，极大降低机器人投入成本，简化机器人坐标和轴线姿态调试过程，完全抛弃对机器人调试精度要求，大幅度降低调试时间；

2）本发明的执行器在发现轴向存在位置偏差或角度偏差时，通过调节，自动修正偏差，保证预置件放入注塑模具内精度，极大降低预置件入位精度差引起的产品注塑不良，提高产品合格率；而且在模具修理后再次上注塑机时，无须重新调整机器人空间坐标精度，极大提高生产效率；

3）本发明通过采用上述技术，得到一种机器人柔性自适应终端执行器，消除执行器定位销导入模具定位孔时对机器人的额外附加力，保护机器人刚性和精度耐久性长期不受破坏；极大降低因预置件入位精度差引起的模具合模意外损坏几率，减少模具意外维修成本，减少因模具维护造成注塑机台闲置成本；提高机器人放预置件入模具速度，提高生产效率，适于工业化生产应用。

附图说明

图1为本发明的主视图结构示意图；

图2为本发明的左视图结构示意图；

图3为本发明定法兰与动法兰拉簧连接处径向剖面结构示意图； 

图4为本发明的立体图结构示意图。

图中：1-定法兰，2-支柱Ⅰ，2a－支柱Ⅱ，3-拉簧，4-动法兰，5-滑块Ⅰ，6-直线导轨Ⅰ，7-Y平台，8-弹簧Ⅰ，9-支座Ⅰ，10-X平台，11-双螺母，12-球面垫圈组，13-螺杆，14-弹簧Ⅱ，15-关节轴承，16-销轴，17-支承座，18-主板，19-预置铜环，20-菱形定位销，21-预注塑针，22-圆柱定位销，23-支座Ⅱ，24-弹簧Ⅲ，25-芯轴，26-轴承Ⅰ，27-轴承Ⅱ，28-中板 ，29-直线导轨Ⅱ，30-滑块Ⅱ。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步的描述：

如图1-4所示，机器人柔性自适应终端执行器，包括定法兰1，所述的定法兰1下固定四套支柱Ⅰ2，动法兰4上固定四套支柱Ⅱ2a，通过四条拉簧3分成两组预拉伸分别钩于四套支柱2和支柱2a孔内，其中二条拉簧3以顺时针钩于定法兰1下的二套支柱2与动法兰4上的二套支柱2a之间，另二条拉簧3以逆时针钩于定法兰1下的二套支柱2与动法兰4上的二套支柱2a之间，定法兰1给动法兰4施加顺时针和逆时针同等预拉扭力矩，定法兰1内设置轴承Ⅰ26和轴承Ⅱ27，两轴承间设置芯轴25，芯轴25下方与中板28固定，中板28下装直线导轨Ⅱ29，Y平台7上装滑块Ⅱ30，直线导轨Ⅱ29与滑块Ⅱ30组成移动副，Y平台7两侧装有支座Ⅱ23，支座Ⅱ23内装有弹簧Ⅲ24，弹簧Ⅲ24预压缩给支座Ⅱ23施加对称置中力，Y平台7下方装直线导轨Ⅰ6，X平台10上装滑块Ⅰ5，直线导轨Ⅰ6与滑块Ⅰ5组成滑动副，X平台10两侧装支座Ⅰ9，支座Ⅰ9内装弹簧Ⅰ8，弹簧Ⅰ8预压缩给支座Ⅰ9施加对称置中力，主板18上装四个支承座17，支承座17内通过销轴16铰接关节轴承15，关节轴承15上装螺杆13，螺杆13中部是弹簧Ⅱ14，弹簧Ⅱ14上装球面垫圈组12，球面垫圈组12上方是X平台10，螺杆13顶端并锁双螺母11，在主板17和X平台10之间施加预压紧力，主板18下方装圆柱定位销22和菱形定位销20，八套预置铜环19和四套预注塑针21夹持于主板18下方，圆柱定位销22、菱形定位销20导入模具相应定位孔，进行导入定位作用。

如图3所示，定法兰1、动法兰4均为圆形结构，定法兰1下间隔设置四套支柱Ⅰ2，四套支柱Ⅰ2设置在定法兰1的八等分分度圆上，且位于两条夹角为45度的径向线两端，动法兰4上设置四套支柱Ⅱ2a，四套支柱Ⅱ2a设置在动法兰4的八等分分度圆上，且位于另两条夹角为45度的径向线两端，支柱Ⅰ2与支柱Ⅱ2a两两交替设置，即八套支柱均匀设置在圆周上，相邻两支柱的夹角均为45度，相邻的支柱Ⅰ2与支柱Ⅱ2a分别由拉簧3连接，共有四条拉簧3，由于是两两交错，因此拉簧3的一端为支柱Ⅰ2，另一端为支柱Ⅱ2a，所以相对支柱Ⅰ2而言，四条拉簧3中，其中两条为逆时针，另两条为顺时针连接，形成方向相反、互相平衡的拉力。

如图1所示，本发明执行器部件的定法兰1安装于机器人手臂前端法兰处；操作机器人连同本执行器部件一起接近模具定位孔，坐标允许误差在X向、Y向各±3mm范围内，X轴、Y轴、Z轴各±5°范围内，具体调整如下：

1）当执行器部件与模具存在X向误差时，本执行器部件Y平台7和支座Ⅰ9之间的两侧弹簧Ⅰ8一侧进一步压缩，另一侧预压缩量减少，X平台10相对于Y平台7沿X向移动，从而自动修正执行器部件与模具间X向偏差如图1所示；

2）当执行器部件与模具存在Y向误差时，本执行器部件中板28与支座Ⅱ23之间的两侧弹簧Ⅲ24一侧进一步压缩，另一侧预压缩量减少，Y平台7相对于动法兰4沿Y向移动，从而自动修正执行器部件与模具间Y向偏差如图2所示；

3）当执行器部件与模具存在Z轴角度误差时，本执行器部件定法兰1与动法兰4之间的两组共四条拉簧3，一组进一步拉伸，另一组预拉伸量减少，动法兰4相对于定法兰1绕Z轴转动，从而自动修正执行器部件与模具间Z轴角度偏差，如图3所示；

4）当执行器部件与模具存在X轴角度误差时，如图2所示，本执行器部件X平台10推动四组球面垫圈组12并进而推动两组共弹簧Ⅱ14，四条弹簧Ⅱ14分为分别与X轴平行的两组，其中一组进阶压缩量大，另一组进阶压缩量少，X平台10相对于主板18绕X轴转动，从而自动修正执行器部件与模具间X轴角度偏差；

5）当执行器部件与模具存在Y轴角度误差时，如图1所示，本执行器部件X平台10推动四组球面垫圈组12并进而推动两组共四条弹簧Ⅱ14，四条弹簧Ⅱ14分为分别与Y轴平行的两组，其中一组进阶压缩量大，另一组进阶压缩量少，X平台10相对于主板18绕Y轴转动，从而自动修正执行器部件与模具间Y轴角度偏差；

6）当执行器部件圆柱定位销22及菱形定位销20轴肩面与模具定位孔端面接触，预置铜环19及预注塑针21等准确入位；预置铜环19及预注塑针21等预置件入位完成后，机器人连同本执行器部件从模具上退出，两组四条弹簧Ⅰ8各自恢复至初始预压缩状态，执行器部件内部X平台10相对于Y平台7恢复X向±0mm原始居中状态，两组四条弹簧Ⅲ24各自恢复至初始预压缩状态，执行器部件内部Y平台7相对于动法兰4恢复Y向±0mm原始居中状态，两组四条拉簧3各自恢复至初始预拉伸状态，动法兰4相对于定法兰1绕Z轴转动恢复原始±0°状态，四组弹簧Ⅱ14各自恢复至初始预压缩状态，主板18相对于X平台10绕X轴、Y轴转动恢复原始±0°状态。

本发明通过采用上述技术，得到机器人柔性自适应终端执行器，以两组四条弹簧Ⅰ8修正X向误差；以两组四条弹簧Ⅲ24修正Y向误差，通过两组四条拉簧3修正Z轴角度误差；以四条弹簧Ⅱ14修正X轴、Y轴角度误差，达到无须准确调整机器人轴线姿态即可入位模具，并以上述弹簧的柔性完全消除空间位置误差修正过程中对机器人刚性和定位精度的不良影响，并把执行器部件自适应导入准确空间位置，模具修理后，再次上注塑机时，机器人也无须任何的重新调校，预置件入位准确、入位效率高，降低预置件位置偏差造成的注塑产品不良率，也极大降低因预置件位置偏差而造成模具合模损坏的风险，降低模具意外维护成本。

Claims (7)

1.机器人柔性自适应终端执行器，包括与机器人手臂前端法兰连接的定法兰（1），其特征在于所述的定法兰（1）下设置动法兰（4），定法兰（1）下设置四套支柱Ⅰ（2），动法兰（4）上设置四套支柱Ⅱ（2a），支柱Ⅰ（2）与支柱Ⅱ（2a）交替设置，相邻的支柱Ⅰ（2）与支柱Ⅱ（2a）由拉簧（3）连接，所述的定法兰（1）内设有轴承Ⅰ（26）和轴承Ⅱ（27），轴承Ⅰ（26）和轴承Ⅱ（27）之间设置芯轴（25），芯轴（25）与中板（28）固定，中板（28）下设置直线导轨Ⅱ（29），Y平台（7）上设置与直线导轨Ⅱ（29）组成移动副的滑块Ⅱ（30），Y平台（7）下方设置直线导轨Ⅰ（6），X平台（10）上设置与直线导轨Ⅰ（6）组成移动副的滑块Ⅰ（5），主板（18）上装四个支承座（17），支承座（17）通过销轴（16）与关节轴承（15）铰接连接，关节轴承上（15）设置螺杆（13），所述的螺杆（13）与X平台（10）连接，所述的主板（18）下方设置圆柱定位销（22）、菱形定位销（20）、预置铜环（19）和预注塑针（21），所述的圆柱定位销（22）、菱形定位销（20）导入模具相应定位孔内，所述的X平台（10）两侧装支座Ⅰ（9），支座Ⅰ（9）内装弹簧Ⅰ（8），所述的弹簧Ⅰ（8）有预压缩量给支座Ⅰ（9）施加对称置中力，所述的Y平台（7）两侧装有支座Ⅱ（23），支座Ⅱ（23）内装有弹簧Ⅲ（24），所述的弹簧Ⅲ（24）预压缩给支座Ⅱ（23）施加对称置中力，所述的螺杆（13）顶端穿出与X平台（10），并由双螺母（11）固定，所述的螺杆（13）中部是弹簧Ⅱ（14），弹簧Ⅱ（14）上装有球面垫圈组（12），球面垫圈组（12）位于X平台（10）的下方。

2.根据权利要求1所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于执行器部件与模具存在X向误差时，Y平台（7）和支座Ⅰ（9）之间的两侧弹簧Ⅰ（8）一侧压缩，另一侧预压缩量减少，X平台（10）相对于Y平台（7）沿X向移动，自动修正执行器部件与模具间X向偏差。

3.根据权利要求1所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于执行器部件与模具存在Y向误差时，中板（28）与支座Ⅱ(23)之间的两侧弹簧Ⅲ(24)一侧压缩，另一侧预压缩量减少，Y平台（7）相对于动法兰（4）沿Y向移动，自动修正执行器部件与模具间Y向偏差。

4.根据权利要求1所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于执行器部件与模具存在X轴或Y轴角度误差时，X平台（10）推动四组球面垫圈组（12）并进而推动四条弹簧Ⅱ（14），四条弹簧Ⅱ（14）进阶压缩量各不相同，X平台（10）相对于主板（18）绕X轴、Y轴复合转动，自动修正执行器部件与模具间X轴、Y轴角度偏差。

5.根据权利要求1所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于执行器部件与模具存在Z轴角度误差时，定法兰（1）与动法兰（4）之间的两组共四条拉簧（3），一组进一步拉伸，另一组预拉伸量减少，动法兰（4）相对于定法兰（1）绕Z轴转动，自动修正执行器部件与模具间Z轴角度偏差。

6.根据权利要求1所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于机器人柔性自适应终端执行器与操作机器人接近模具定位孔，在X向、Y向坐标允许误差分别为±3mm。

7.根据权利要求1所述的机器人柔性自适应终端执行器，其特征在于机器人柔性自适应终端执行器与操作机器人接近模具定位孔，X轴、Y轴、Z轴角度误差分别±5°。