CN105128022A - 一种机器人智能末端自动更换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人智能末端自动更换装置，由末端工作头库和快速换接机构两部分组成，快速换接机构由固连在机器人末端的公头和固连在工作头上的母头组成。工艺过程中需用的工作头放置于工作头库的卡爪上，工作头库与机器人末端配合动作实现母头与公头之间的精确定位，再利用固连在机器人末端的公头和固连在工作头上的母头实现快速换接。本发明实现机器人末端执行器的自动换接，提高了工业机器人在生产过程中的柔性和适应性，有助于工业机器人的推广与普及。

Description

一种机器人智能末端自动更换装置

【技术领域】

本发明属于换接机构领域，涉及一种机器人末端自动换接装置，具体涉及一种机器人智能末端自动更换装置。

【背景技术】

当前，工业机器人运用的越来越多，范围也越来越广，例如焊接、喷涂、打磨、装配等场合。在不同的场合下，机器人需要在末端装有不同的末端执行器以适应不同的工作。特别是在复杂的加工或装配工作中，由于工艺过程复杂，因而需要的末端执行器的种类也是多种多样，且差别较大。传统的自动化生产线利用流水线工作，每个工位的机器人负责单一的工作，通过一组机器人完成整个工艺过程。但是，这样的自动化生产线需要的机器人较多，工作空间较大且成本很高。因而，流水线式作业对于产量较小、产品移动不便、装配空间狭小等情况下的生产过程并不合适，相反单机器人工作则更加合适。单机器人工作过程需要更换工作头，目前多采用的是人工手动更换。工作头更换过程中，一方面，更换工作头的过程本身很繁琐；另一方面，每次更换工作头后机器人都需要重新定位，加工误差变大。由此种种，极大限制了工业机器人的推广与普及。

有鉴于此，已经有学者开始研究机器人末端的自动快速换接装置以实现工业机器人末端的自动更换。本发明采用工作头库存放工艺过程中需要用到的所有工作头，同时利用固连在机器人末端的公头和固连在工作头上的母头实现快速换接。工作头库与机器人末端的配合动作实现母头与公头之间的精确定位。本发明实现机器人末端执行器的自动换接，提高了工业机器人在生产过程中的柔性和适应性，有助于工业机器人的推广与普及。

【发明内容】

本发明的目的是解决上述问题，提供一种机器人智能末端自动更换装置，该装置能够实现机器人末端执行器的自动换接，提高了工业机器人在生产过程中的柔性和适应性，有助于工业机器人的推广与普及。

为达到上述目的，本发明采用以下方案予以实现：

一种机器人智能末端自动更换装置，包括末端工作头库和快速换接机构，快速换接机构由固连在机器人末端的公头和固连在工作头上的母头组成；末端工作头库包括头库底座，以及安装在头库底座的转盘，转盘上设置有若干用于放置工作头的卡爪；公头与母头相配合实现工作头的快速换接。

本发明进一步的改进在于：

所述头库底座上安装驱动电机和转盘，转盘通过传动系统与驱动电机相连，转盘上安装有用于放置母头的若干卡爪；转盘在驱动电机的驱动下进行转动，以配合机器人末端的公头实现工作头的换接。

所述转盘的周向均匀分布至少3个结构相同的卡爪，用于放置工艺过程中需要的工作头。

所述公头包括自上而下依次设置的连接法兰、直驱装置、同步驱动装置、电机罩以及公头底座；公头底座上设置有电气接口公头、螺纹轴、气接口公头以及定位销；

母头包括母头底座、与定位销相配合的定位孔、与气接口公头相配合的气接口母头、与螺纹轴相配合的螺纹孔以及与电气接口公头相配合的电气接口母头。

所述定位销通过缓冲装置安装于公头底座上。

所述公头通过连接法兰与机器人末端相连，直驱装置非旋转部分与连接法兰相连，旋转部分与公头底座相连，使直驱装置能够带动公头底座做旋转运动。

所述同步驱动装置固定在公头底座上方，电机罩固定在公头底座的正上方将同步驱动装置保护在其内，电机罩位于直驱装置内部；同步驱动装置的轴穿过公头底座中心孔与螺纹轴相连，螺纹轴向下末端中心装有位检测装置；同步驱动装置带动螺纹轴旋转实现与母头的螺纹孔的连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过转盘式工作头库和快速换接机构的配合工作实现机器人末端执行器的自动更换，利用工作头库与机器人的配合工作就可实现整个生产过程，克服了传统复杂自动化生产线占地面积大的缺点。根据生产要求，只需更改工作头库存储工作头的种类及数量，可实现不同工艺产品的生产，克服了传统生产线中机器人工作单一、生产产品固定的缺点，提高了工业机器人在生产加工过程中的柔性与自适应性。

【附图说明】

图1是本发明中机器人工作头库部分的立体结构示意图；

图2是本发明中智能末端快速换接部分结构示意图；

图3是图2快速换接部分中公头部分的立体结构分解图；

图4是图2快速换接部分中母头部分的立体结构示意图。

其中：1为头库底座，2为传动系统，3为驱动电机，4为转盘，5为卡爪，6为连接法兰，7为直驱装置，8为同步驱动装置，9为电机罩，10为公头底座，11为电气接口公头，12为螺纹轴，13为定位检测装置，14为气接口公头，15为定位销，16为缓冲装置，17为母头底座，18为定位孔，19为气接口母头，20为螺纹孔，21为电气接口母头，22公头，23母头。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1-图4，本发明由末端工作头库和快速换接机构两部分组成，快速换接机构由固连在机器人末端的公头22和固连在工作头上的母头23组成；其中，末端工作头库包括：头库底座1、传动系统2、驱动电机3、转盘4、卡爪5；公头结构包括：连接法兰6；直驱装置7、同步驱动装置8，电机罩9，公头底座10，电气接口公头11，螺纹轴12，定位检测装置13，气接口公头14，定位销15，缓冲装置16；母头结构包括：母头底座17，定位孔18，气接口母头19，螺纹孔20，电气接口母头21。工作头库转盘的周向均匀分布着整数个(＞3)相同的卡爪用于放置工艺过程中需要的工作头。工艺过程中需用的工作头放置于工作头库的卡爪上，工作头库与机器人末端配合动作实现母头与公头之间的精确定位，再利用固连在机器人末端的公头和固连在工作头上的母头实现快速换接。公头通过连接法兰与机器人末端相连，直驱装置非旋转部分与连接法兰相连，旋转部分与公头底座相连；实现直驱装置可以带动公头底座做旋转运动。公头底座上方固定有一同步驱动装置，电机罩固定在公头底座的正上方将同步驱动装置保护在其内，电机罩位于直驱装置内部；同步驱动装置轴穿过公头底座中心孔与螺纹轴相连，螺纹轴向下末端中心装有一定位检测装置；同步驱动装置带动螺纹轴旋转实现与母头的螺纹孔的连接。公头底座安装有电气接口公头、气接口公头、定位销、缓冲装置；各接口公头与母头底座上对应接口母头配合，快速换接后工作头提供气与电。

下面详细叙述本实施例中各部分的具体实现以及工作过程。

如图2所示，工作头快速接头主要由公头和母头组成，其中公头安装在机器人末端，母头安装在工作头上，通过公头和母头的对接实现工作头的更换、电气接口和气接口的接通。

如图3所示，公头上的直驱装置7可以带动整个公头底座10做旋转运动，实现定位销15与母头上的定位孔18对准，也为需要旋转调整位置的零件或工作头提供旋转自由度，例如端盖螺钉孔对正、双螺钉拧紧工作头调整位置等；同步驱动装置8用于带动螺纹轴12与母头上的螺纹孔20连接。

定位销15为机械定位装置，比螺纹轴12伸出端要长，保证先接触到母头上的定位孔18，在定位销15上方有预压缓冲装置16，在定位销15接触到母头上时起到预压和缓冲的作用，降低了控制的复杂度。

在螺纹轴12末端中心装有定位检测装置13，用于公头与母头的对心；在定位销处有霍尔传感器用于判断销插入定位孔18内的距离变化；安装有力矩传感器用于检测螺纹轴拧紧力矩。

如图4所示，母头主要由母头底座17、定位孔18、气接口母头19、螺纹孔20、电气接口母头21组成，如图4所示。其中母头底座上有定位孔18与定位销15配合，有螺纹孔20与螺纹轴12配合，各接口母头与公头配合。

快速接头对接过程为：机器人在定位检测装置13引导下，先将公头与母头对心，然后公头下降，直到定位销15接触母头后再下降一定距离，靠缓冲装置16的压力压紧在母头上，然后公头内置直驱装置7旋转公头底座10，当定位销15与定位孔18对准后，定位销在缓冲装置16作用下突然下降插入定位孔18，由霍尔器件检测突降距离，实现定位后公头继续下降；在同步驱动装置8旋转作用下，螺纹轴12与螺纹孔20配合，同时公头也下降适应已配合的螺纹深度，直至拧紧；在拧紧过程中，电气接头、气接头的公头和母头之间也在下降过程中实现快速对接，实现供电、信息传输和供气。

工作头库主要由伞形头库和工作头组成，其中伞形头库由头库底座1、传动系统2、驱动电机3、转盘4和卡爪5组成。驱动电机通过传动系统带动转盘转动，工作头放置在卡爪上，卡爪上有定位机构，如图1所示。

机器人智能末端自动换接过程为：节机器人末端移动到伞形头库的侧边指定位置处，转盘将机器人末端工作头所在的卡爪旋转到机器人旁，机器人末端沿伞形头库径向将现在的工作头送到卡爪内中心位置处，机器人末端下降将工作头放置好，快速接头脱离，机器人末端上升；然后转盘将需要的工作头旋转到机器人末端正下方，末端下降与工作头对接完成工作头换接，然后沿相反路径将工作头取走。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机器人智能末端自动更换装置，其特征在于：包括末端工作头库和快速换接机构，快速换接机构由固连在机器人末端的公头(22)和固连在工作头上的母头(23)组成；末端工作头库包括头库底座(1)，以及安装在头库底座(1)的转盘(4)，转盘(4)上设置有若干用于放置工作头的卡爪(5)；公头(22)与母头(23)相配合实现工作头的快速换接。

2.根据权利要求1所述的机器人智能末端自动更换装置，其特征在于：所述头库底座(1)上安装驱动电机(3)和转盘(4)，转盘(4)通过传动系统(2)与驱动电机(3)相连，转盘(4)上安装有用于放置母头的若干卡爪(5)；转盘(4)在驱动电机(3)的驱动下进行转动，以配合机器人末端的公头(22)实现工作头的换接。

3.根据权利要求1或2所述的机器人智能末端自动更换装置，其特征在于：所述转盘(4)的周向均匀分布至少3个结构相同的卡爪，用于放置工艺过程中需要的工作头。

4.根据权利要求1所述的机器人智能末端自动更换装置，其特征在于：所述公头(22)包括自上而下依次设置的连接法兰(6)、直驱装置(7)、同步驱动装置(8)、电机罩(9)以及公头底座(10)；公头底座(10)上设置有电气接口公头(11)、螺纹轴(12)、气接口公头(14)以及定位销(15)；

母头包括母头底座(17)、与定位销(15)相配合的定位孔(18)、与气接口公头(14)相配合的气接口母头(19)、与螺纹轴(12)相配合的螺纹孔(20)以及与电气接口公头(11)相配合的电气接口母头(21)。

5.根据权利要求4所述的机器人智能末端自动更换装置，其特征在于：所述定位销(15)通过缓冲装置(16)安装于公头底座(10)上。

6.根据权利要求4或5所述的机器人智能末端自动更换装置，其特征在于：所述公头(22)通过连接法兰(6)与机器人末端相连，直驱装置(7)非旋转部分与连接法兰(6)相连，旋转部分与公头底座(10)相连，使直驱装置(7)能够带动公头底座(10)做旋转运动。

7.根据权利要求4或5所述的机器人智能末端自动更换装置，其特征在于：所述同步驱动装置(8)固定在公头底座(10)上方，电机罩(9)固定在公头底座(10)的正上方将同步驱动装置(8)保护在其内，电机罩(9)位于直驱装置(7)内部；同步驱动装置(8)的轴穿过公头底座(10)中心孔与螺纹轴(12)相连，螺纹轴(12)向下末端中心装有位检测装置(13)；同步驱动装置(8)带动螺纹轴(12)旋转实现与母头的螺纹孔(20)的连接。