CN105058410B - 一种精密外撑式智慧型工业机器人执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密外撑式智慧型工业机器人执行器，包括驱动机构、传动机构、执行机构和支撑板；执行机构中的多个外撑抓手均匀分布在底盘周向的边缘，外撑抓手撑开后构成一个圆面；连杆的一端与外撑抓手靠近底盘的端部可转动连接，另一端与转盘可转动连接；转盘设置在底盘上，且与底盘可转动连接；驱动机构为伺服电机；传动机构中的动力输入端与伺服电机的输出轴连接，动力输出端与转盘固定连接，带动转盘转动；传动机构设置在支撑板上，支撑板的一端与底盘固定连接。该执行器构件少，机构可靠性高，能够适用于多种材料，不同尺寸，不同工况，甚至不同形状的零件抓取，调整方便，精密可控，能够提高工作效率，降低劳动强度，保证安全生产。

Description

一种精密外撑式智慧型工业机器人执行器

技术领域

本发明属于机、电、控一体化的智能体开发领域，尤其涉及在工业中由柔性材料制备过程中外表面不能接触的零件的拾取机械领域，具体涉及一种精密外撑式智能机器人末端执行器。

背景技术

在自动化生产线上，机械手得到广泛应用，机械手手臂末端连接执行器，由执行器完成不同工作。目前的执行器大都是简单的机械结构或者机构，缺少一定处理功能和通讯接口功能，这些功能一方面构成一定的智能，另一方面，降低对机械手本体的要求，方便扩展机器人在工业中的应用。

针对一些柔性材料加工的零件，比如，轮胎生胎，这些零件的外表面不允许触碰，只能通过外撑式抓取，需要确定的力矩或者力矩范围，现有的通用型执行器无法完成其工作。

本发明根据上述背景和技术需求，设计了精密外撑智能机械人执行器。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种机构简单，可靠性高，能够在一定范围内进行自适应调整的机器人末端执行器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种精密外撑式智慧型工业机器人执行器，包括驱动机构、传动机构和执行机构；所述执行机构包括底盘、转盘、多个外撑抓手和与外撑抓手一一对应的多个连杆；外撑抓手的一端固定在底盘上，且多个外撑抓手均匀分布在底盘周向的边缘，外撑抓手撑开后构成一个圆面；连杆的一端与外撑抓手靠近底盘的端部可转动连接；连杆的另一端与转盘可转动连接，且多个连杆均匀分布在转盘周向的边缘；

转盘设置在底盘上，且与底盘可转动连接；所述驱动机构为伺服电机；所传动机构的动力输入端与伺服电机的输出轴连接，传动机构的动力输出端与转盘固定连接，带动转盘转动；还包括支撑板，传动机构设置在支撑板上，支撑板的一端与底盘固定连接。

作为优化，所述传动机构包括大齿轮、主动齿形带轮、从动齿形带轮、套设在主动齿形带轮和从动齿形带轮上的同步带；所述伺服电机的输出轴与主动齿形带轮连接，带动主动齿形带轮转动，主动齿形带轮通过同步带带动从动齿形带轮转动，从动齿形带轮与大齿轮啮合，大齿轮与转盘同轴固定连接。

作为优化，还包括角度传感器、近距传感器、压力传感器和伺服电机控制器；所述角度传感器的检测端设置在大齿轮上用于测量大齿轮的转动角度，近距传感器的检测端设置在外撑抓手上用于测量外撑抓手和与其邻近的障碍物之间的距离，压力传感器的检测端设置在外撑抓手上用于检测外撑抓手的撑开压力；角度传感器、近距传感器和压力传感器的反馈信号以及伺服电机编码器反馈信号输入执行器控制器，实现智能控制。

作为优化，所述外撑抓手为连接部和外撑部构成的镰刀形结构，连接部的端部固定连接在底盘上，外撑部为向底盘中心弯曲的弧形。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供的精密外撑式智慧型工业机器人执行器构件少，机构可靠性高，能够适用于多种材料，不同尺寸，不同工况，甚至不同形状的零件抓取，调整方便，精密可控，能够提高工作效率，降低劳动强度，保证安全生产。

撑力由伺服电机通过带传动和齿轮传动构成的传动系传到外撑抓手，伺服驱动器采用转矩模式，输出力矩通过伺服控制器精确控制；采用位移模式，位移精确可控。

附图说明

图1为执行器抓取机构截面图；

图2为执行器各零部件布置示意图。

图中，底盘11、转盘13、外撑抓手15、连接部15a、外撑部15b、连杆17；

大齿轮31、主动齿形带轮33、从动齿形带轮35、同步带37；支撑板40。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1和图2所示，一种精密外撑式智慧型工业机器人执行器，包括驱动机构、传动机构和执行机构。

执行机构包括底盘11、转盘13、多个外撑抓手15和与外撑抓手15一一对应的多个连杆17；

外撑抓手15的一端固定在底盘11上，且多个外撑抓手15均匀分布在底盘11周向的边缘，优先选取偶数个数的外撑抓手，外撑抓手15开后构成一个圆面。

具体实施时，外撑抓手可以优选采用如下结构：是如下外撑抓手15为连接部15a和外撑部15b构成的镰刀形结构，连接部15a的端部固定连接在底盘11上，外撑部15b为向底盘11中心弯曲的弧形。还可以根据实际需求调整外撑抓手的结构，实现零件预期的外撑式形状。

连杆17的一端与外撑抓手13靠近底盘10的端部可转动连接；

连杆17的另一端与转盘13可转动连接，且多个连杆17均匀分布在转盘13周向的边缘；从而实现撑开圆直径可以调整，实现预期大小的撑开半径，方便拾取不同内径的零件。从而可以根据实际需要，调整外撑抓手，实现预期大小的撑开半径，方便拾取不同内径的零件。

转盘13设置在底盘11上，且与底盘11可转动连接；

驱动机构为伺服电机；伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，具有机电时间常数小、线性度高、始动电压低等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

执行器的撑力由伺服电机通过传动机构传到外撑抓手，其有益的效果是：既可以采用转矩模式，输出力矩通过伺服控制器进行控制，精确可控；也可以采用位移模式，位移精确可控，进而实现外撑抓手位移精确可控，保证执行器的运动精度。

传动机构的动力输入端与伺服电机的输出轴连接，传动机构的动力输出端与转盘13固定连接，带动转盘13转动；

传动机构可以选择现有技术中任何可实现传动目的的结构，本发明中优选如下结构：传动机构包括大齿轮31、主动齿形带轮33、从动齿形带轮35、套设在主动齿形带轮33和从动齿形带轮35上的同步带37；

伺服电机的输出轴与主动齿形带轮33连接，带动主动齿形带轮33转动，主动齿形带轮33通过同步带37带动从动齿形带轮35转动，从动齿形带轮35与大齿轮31啮合，大齿轮31与转盘13同轴固定连接。同步带37最好选择同步齿带。

还包括支撑板40，传动机构设置在支撑板40上，支撑板40的一端与底盘11固定连接。具体实施时，为减轻重量，支撑板40为厚度10mm左右的薄板

该执行器包括角度传感器、近距传感器和压力传感器。伺服电机控制器；

所述角度传感器的检测端设置在大齿轮31上用于测量大齿轮31的转动角度；近距传感器的检测端设置在外撑抓手15上用于测量外撑抓手15和与其邻近的障碍物之间的距离；实现具有防碰撞保护功能，当执行器在空间有限的操作工位进行抓取时，遇到路径上有障碍物等特殊情况时，给出报警信号和中断操作信号，保证安全生产。

压力传感器的检测端设置在外撑抓手15上用于检测外撑抓手15的撑开压力；执行器能够根据压力分布，进行处理，反馈在垂直于中心线的平面内自适应调整位移，以便于对运动误差进行补偿修正。

角度传感器、近距传感器和压力传感器的反馈信号以及伺服电机编码器反馈信号输入执行器控制器，实现智能控制。

该执行器还具有通用的通讯接口，与机器人连接，实现对该执行器的控制。

该精密外撑式智慧型工业机器人执行器的工作原理：

伺服电机带动主动齿形带轮33转动，主动齿形带轮33通过同步带37带动从动齿形带轮35转动，从动齿形带轮35与大齿轮31啮合，带动大齿轮31转动，大齿轮31与转盘13同轴固定连接，从而带动转盘13一起转动，进而由转动盘带动均匀分布在底盘上的外撑抓手运动，实现撑开和收缩。当转盘13在图1和2所示顺时针转动时，外撑抓手15的撑开的直径变小，直至外撑抓手15与底盘11边缘贴合在一起，当转盘13在图1和2所示逆时针转动时，外撑抓手15的撑开的直径变大，最后外撑抓手15撑开的直径最大，此时连杆17与底盘11周向的侧面垂直。

通过伺服电机控制来调节外撑力矩大小，也可以通过调整抓手来调节外撑力矩大小和外撑直径大小，通过安装在抓手上的传感器实现对执行器中心位置的误差修正计算。

该执行器针对拾取柔性零件或者对受力大小受限的零件具有优势。本发明的执行器能够适用于多种材料，不同尺寸，不同工况，甚至不同形状的零件抓取，调整方便，精密可控，能够提高工作效率，降低劳动强度，保证安全生产。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种精密外撑式智慧型工业机器人执行器，其特征在于，包括驱动机构、传动机构和执行机构；

所述执行机构包括底盘（11）、转盘（13）、多个外撑抓手（15）和与外撑抓手（15）一一对应的多个连杆（17）；

外撑抓手（15）的一端固定在底盘（11）上，且多个外撑抓手（15）均匀分布在底盘（11）周向的边缘，选取偶数个数的外撑抓手，外撑抓手（15）撑开后构成一个圆面；

连杆（17）的一端与外撑抓手（15）靠近底盘（10）的端部可转动连接；

连杆（17）的另一端与转盘（13）可转动连接，且多个连杆（17）均匀分布在转盘（13）周向的边缘；

转盘（13）设置在底盘（11）上，且与底盘（11）可转动连接；

所述驱动机构为伺服电机；

所述传动机构的动力输入端与伺服电机的输出轴连接，传动机构的动力输出端与转盘（13）固定连接，带动转盘（13）转动；

还包括支撑板（40），传动机构设置在支撑板（40）上，支撑板（40）的一端与底盘（11）固定连接；

所述传动机构包括大齿轮（31）、主动齿形带轮（33）、从动齿形带轮（35）、套设在主动齿形带轮（33）和从动齿形带轮（35）上的同步带（37）；

所述伺服电机的输出轴与主动齿形带轮（33）连接，带动主动齿形带轮（33）转动，主动齿形带轮（33）通过同步带（37）带动从动齿形带轮（35）转动，从动齿形带轮（35）与大齿轮（31）啮合，大齿轮（31）与转盘（13）同轴固定连接。

2.如权利要求1所述的精密外撑式智慧型工业机器人执行器，其特征在于，还包括角度传感器、近距传感器、压力传感器和伺服电机控制器；

所述角度传感器的检测端设置在大齿轮（31）上用于测量大齿轮（31）的转动角度，近距传感器的检测端设置在外撑抓手（15）上用于测量外撑抓手（15）和与其邻近的障碍物之间的距离，压力传感器的检测端设置在外撑抓手（15）上用于检测外撑抓手（15）的撑开压力；

角度传感器、近距传感器和压力传感器的反馈信号以及伺服电机编码器反馈信号输入执行器控制器，实现智能控制。

3.如权利要求1或2任一项所述的精密外撑式智慧型工业机器人执行器，其特征在于，所述外撑抓手（15）为连接部（15a）和外撑部（15b）构成的镰刀形结构，连接部（15a）的端部固定连接在底盘（11）上，外撑部（15b）为向底盘（11）中心弯曲的弧形。