CN105196305A - 机器人用柔性法兰及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种机器人用柔性法兰及机器人，包括：外壳，其上设有输入接口，用以输入设定压力的气体或液体；活塞套件，固定设置在外壳内部且位于外壳一端，活塞套件和输入接口之间具有压力通道；活塞，设置在活塞套件中，并能够在其中做往复运动，在压力通道通入气体或液体时，活塞能够由气体或液体压力推动向前；执行器连接法兰，活动设置在外壳的另一端，且其一端伸出外壳，其另一端由活塞顶住，从而能够根据气体或液体压力和外力的作用在外壳内浮动；还包括限制部，用以限制执行器连接法兰绕其轴线转动。本发明的柔性法兰可以多自由度运动，解决机器人在装配和加工过程中因不能灵活移动或信号反馈延迟，而导致的碰撞损坏工件的问题。

Description

机器人用柔性法兰及机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及的是机器人和执行机构的过渡连接装置。

背景技术

目前，工业机器人的应用越来越普遍，应用范围也越来越广。关节式工业机器人由于自身结构的原因，重复精度相对较高，而定位精度较低，这个特点导致工业机器人在装配和加工领域应用受限。

现有的解决方式是，采用高精度的六维力传感器作为机器人和执行机构的过渡连接装置。六维力传感器能够测量x，y，z三个方向的力及绕三个轴向的力矩，传感器所获得的力和力矩信号反馈给机器人的控制系统，从而使机器人作出相应的反应。但是该方式存在以下的不足：1、力传感器成本较高，反馈控制系统较复杂，不利于广泛的推广和应用。2、力反馈控制系统存在时间上存在滞后，碰撞发生以后，系统延迟一定时间才会产生相应的动作，然而当控制系统作出响应时，工件可能已经被破坏了。

另外一种解决方式是，通过单轴气缸和伺服阀来控制气缸对工件的压力，但是该方式为单自由度机构，只在一个方向上有作用，而工业中使用的六自由度机器人的运动自由度较多，执行工具和工件之间的接触力通常是多维的，若要满足需求，就要采用多个单自由度机构串联起来，系统刚度降低，误差增大，控制变得复杂，成本上升。

发明内容

本发明所要解决的目的是提供一种机器人用柔性法兰，可以多自由度运动，解决机器人在装配和加工过程中因不能灵活移动或信号反馈延迟，而导致的碰撞损坏工件的问题。

为解决上述问题，本发明提出一种机器人用柔性法兰，包括：

外壳，其上设有输入接口，用以输入设定压力的气体或液体；

活塞套件，固定设置在所述外壳内部且位于外壳一端，所述活塞套件和所述输入接口之间具有压力通道；

活塞，设置在所述活塞套件中，并能够在其中做往复运动，在所述压力通道通入气体或液体时，活塞能够由气体或液体压力推动向前；

执行器连接法兰，活动设置在所述外壳的另一端，且其一端伸出所述外壳，其另一端由所述活塞顶住，从而能够根据气体或液体压力和外力的作用在外壳内浮动；还包括

限制部，用以限制执行器连接法兰绕其轴线转动。

根据本发明的一个实施例，所述外壳包括外壳基座和端盖，所述端盖固定连接外壳基座，所述端盖上设有用于执行器连接法兰部分伸出其外的开口，所述端盖能够阻挡所述执行器连接法兰的法兰基座以限制其向外滑出。

根据本发明的一个实施例，所述执行器法兰上设有定位凸部，所述端盖上设有和所述定位凸部配合的定位凹槽。

根据本发明的一个实施例，所述端盖的开口口径稍大于所述执行器连接法兰伸出部位的外径，所述执行器连接法兰伸出部位和所述端盖之间设置有密封件。

根据本发明的一个实施例，所述密封件为旋转油封，其安装在所述端盖开口附近，其内圈与所述执行器连接法兰伸出部位贴合。

根据本发明的一个实施例，所述限制部包括转动限制件和直线滑槽或直线滑轨，所述转动限制件设置在所述执行器连接法兰侧表面上，所述直线滑槽或直线滑轨设置在所述外壳内壁上，并配合所述转动限制件，所述直线滑槽或直线滑轨使得所述转动限制件仅在其槽向或轨向上滑动，从而所述执行器连接法兰无法绕其轴线转动。

根据本发明的一个实施例，所述转动限制件为球状物件，所述球状物件部分设置在执行器连接法兰上，部分设置在所述直线滑槽或直线滑轨上，所述执行器连接法兰能够贴合于球状物件的球面做相对运动。

根据本发明的一个实施例，所述活塞套件包括活塞套基座和活塞套，所述活塞套基座固定连接到所述外壳上，所述活塞套固定安装在所述活塞套基座内，所述压力通道连通所述输入接口和所述活塞套，以使通入的气体或液体能够推动所述活塞。

根据本发明的一个实施例，所述输入接口连接一快插接头。

根据本发明的一个实施例，所述活塞为多个，且在活塞套件的圆周方向上均匀分布，连通到各活塞的压力通道均相互连通。

一种机器人，使用前述任意一项所述的机器人用柔性法兰。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：通过外壳和活塞套件及两者之间的压力通道，实现气动或液动控制活塞在活塞套件中的自由移动，执行器连接法兰能够被活塞顶出，并且具有多个方向的运动自由度，能够根据受力情况在外壳内部相应浮动，机器人系统工作时，根据工件的重量和姿态获得输入压力通道的相应压力，活塞受力推动执行器连接法兰顶出，当作用在工件的外力大于柔性法兰内活塞的作用力时，执行器连接法兰可以沿轴线方向移动或相对于轴线方向倾斜、偏转，从而防止过大的作用力破坏工件，本发明的柔性法兰能够使执行工具在受到超过设定的负载的时候，有一定的浮动能力，具有多个方向自由度，从而执行工具能够准确定位工件。

附图说明

图1为本发明一个实施例的机器人用柔性法兰的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的柔性法兰与机器人连接结构示意图；

图3为本发明一个实施例的带有柔性法兰的机器人结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

本发明的柔性法兰适合用于机器人，作为在机器人和执行机构之间的过渡连接装置，将法兰设置为柔性机构，执行器连接法兰能够在多个方向上移动，执行器连接法兰连接执行机构，例如是抓取工件的执行机构，相比单自由度机构而言运动自由度多，相比六维力传感器而言，无需反应延迟时间，减小了工件受损害的可能性，本发明柔性法兰能够根据所需受外力及所需姿态，确定需要通入柔性法兰内的气体或液体压力，在外力和气体或液体压力的作用下，执行器连接法兰移动到所需位置，能够实现精确定位。

参看图1，在本实施例中，机器人用柔性法兰包括：外壳，活塞套件，活塞6、执行器连接法兰1及限制部。在图1中，外壳由外壳基座9和端盖2构成，具体的可以通过螺栓将外壳基座9和端盖2连接起来，或者螺纹连接或其他方式连接，当然，外壳的具体形式并不限制于此，例如可以是一体成型的外壳，或者以其他构成部件及形式连接的外壳。

其中，外壳上设有输入接口，可以通入具有设定压力的气体或液体，气体例如是压缩空气，通入的方式例如是输入接口连接一供气设备，在图中，外壳的形状为圆柱形，在外壳的底面靠近边缘处设置输入接口，该输入接口通过压力通道14将气体通入到活塞套件中。在一个较佳的实施例中，输入接口连接一快插接头12，即插即用，且连接方便。

活塞套件固定设置在外壳内部且位于外壳一端，具体是位于设置有输入接口的一端，活塞套件和输入接口之间具有压力通道14，该压力通道14可以部分或全部设置在外壳上，压力通道14输入端连通输入接口，输出端连通到活塞套件，当压力通道全部设置在外壳上时，也就是在外壳的底部内开设压力通道14，活塞套件和外壳的安装连接处最好设置密封件，可以理解的，压力通道较佳的来说是密封通道，呈现为一输气通道或输气腔，在图1中，活塞套件的内环和外环连接外壳处都设置有密封件10和11，图中均为O型圈。

活塞6设置在活塞套件中，并能够在其中做往复运动，在压力通道14通入气体时，活塞6能够由气体或液体压力推动向前，当然也可以由外力作用，执行器连接法兰1推动活塞6退回活塞套件，活塞6受力时，和活塞套件之间可以有较大的摩擦力，但是由于外力或气体或液体压力更大，因而，活塞6能够在活塞套件中自由移动。

在一个实施例中，如图1所示，活塞6内设有一气腔61，压力通道14连通到气腔61，将气体直接通入气腔61，更容易推动活塞6。

执行器连接法兰1活动设置在外壳的另一端，且其一端伸出所述外壳，其另一端由活塞顶住，从而能够根据气体或液体压力和外力的作用在外壳内浮动。在图1中，执行器连接法兰1为法兰基座和法兰连接盘的一体件，法兰基座的外径大于法兰连接盘的外径，法兰连接盘伸出在外壳之外，用来连接执行机构，法兰基座则设置在外壳之内，在一定距离内可移动，但移动范围受限于外壳和活塞6之间，也就是说外壳内具有供执行器连接法兰1和活塞2往复移动的一定宽度，在工作时，执行器连接法兰1一方面受到外力作用，另一方面还受到活塞6的力的作用，在通入气体或液体后，活塞6会被气体或液体压力推出，执行器连接法兰1由活塞顶住，外力和气体或液体压力的配合能够使执行器连接法兰1抵靠到外壳上，并能够随外力作用而适应性改变姿态，并且由于执行器连接法兰1和外壳之间没有固定连接，执行器连接法兰1在外壳内部可动，也就是说执行器连接法兰1能够根据气体或液体压力和外力的作用在外壳内浮动，运动自由度高。通过限制部限制执行器连接法兰1绕其轴线转动，防止执行器连接法兰1受力后随意转动，而无法具有一个固定的承力部。限制部的具体实施方式不作为限制，只要起到阻止连接法兰周向转动即可。

在系统工作时，根据工件的重量和姿态，确定往柔性法兰的压力通道14内输入一定压力的压缩空气。当作用在工件外力大于柔性法兰内的活塞6的作用力的时候，执行器连接法兰1就会沿着其轴线产生前后移动或者相对其轴线产生倾斜和偏转，从而防止过大的作用力破坏工件。

在一个实施例中，外壳可以包括外壳基座9和端盖2，如图1，端盖2固定连接外壳基座9，端盖2上设有用于执行器连接法兰1部分伸出其外的开口，端盖2能够阻挡执行器连接法兰1的法兰基座以限制其向外滑出。

较佳的，执行器连接法兰1上设有定位凸部3，端盖2上设有和定位凸部3配合的定位凹槽，具体的，执行器连接法兰1上设有定位凸环，设置在法兰基座的靠近边缘处，当然是面向端盖2的一面上，端盖2相应位置在设有和定位凸环相配合的环形凹槽，在活塞6推动执行器连接法兰1时，执行器连接法兰1的定位凸环落入环形凹槽中，执行器连接法兰1被支撑并定位住。定位凸部3也可以采用圆周布置的多个钢球，定位凹槽为多个和钢球配合的凹部，或者为一环形凹槽。

端盖2的开口口径(直径)稍大于执行器连接法兰1伸出部位的外径(直径)，以使执行器连接法兰1相对于端盖2可活动，执行器连接法兰1伸出部位和端盖2之间设置有密封件4，保证柔性法兰的气密性，避免实际的气体或液体压力和理想的气体或液体压力偏差过大。

较佳的，该密封件4为旋转油封，其安装在端盖2开口附近，其内圈与执行器连接法兰1伸出部位贴合，从而在实现密封性能的同时，不影响连接法兰的可活动，只是活动范围在旋转油封的可延展范围内。当然，该密封件4也可以采用其他具体方式，例如是弹性膜结构或弹性伸缩防护罩。

较佳的，继续参看图1，限制部包括转动限制件和直线滑槽，直线滑槽也可以替换为直线滑轨，执行器连接法兰1上设有转动限制件5，外壳内壁对应钢珠移动的位置上设有配合并用于转动限制件5前后滑动的直线滑槽15，或者也可以是直线滑轨，直线滑槽15或直线滑轨使得转动限制件仅在其槽向或轨向上滑动，从而执行器连接法兰1无法绕其轴线转动。

具体的，该转动限制件5为球状物件，球状物件部分设置在执行器连接法兰1上，部分设置在所述直线滑槽15或直线滑轨上，所述执行器连接法兰1能够贴合于球状物件的球面做相对运动。球状物件例如可以是钢珠，执行器连接法兰1上设有匹配钢珠的凹部，外壳上则有用于钢珠滑动的直线滑槽，钢珠部分位于凹部内，部分位于直线滑槽内，钢珠可以滚滑，也可以非滚滑，执行器连接法兰1的法兰基座外径小于外壳基座内径，也就是钢珠架起了执行器连接法兰1。由于钢珠被直线滑槽限制，执行器连接法兰1被钢珠限制，因而执行器无法绕其轴线做周向运动，那么执行器连接法兰1可以在固定的方向上承受相应工作力和力矩，而执行器连接法兰1仍然可以做偏移轴线运动、倾斜于轴线运动、前后移动，在各个运动自由度上浮动。

在一个实施例中，活塞套件包括活塞套基座8和活塞套7，活塞套基座8固定连接到外壳上，活塞套7固定安装在活塞套基座8内，活塞6设置在活塞套7内，并可以移动，压力通道连通输入接口和活塞套7，以使通入的气体或液体能够推动活塞6。

较佳的，活塞6为多个，相应的活塞套7也为多个，一同设置在活塞套基座8内，且在活塞套基座8的圆周方向上均匀分布，以可以在圆周方向上提供支持力，连通到各活塞6的压力通道14均相互连通，也就可以通过一个输入接口输入气体或液体。

参考图2和图3，一种机器人，使用前述实施例中任意一项所述的机器人用柔性法兰，在图2中，柔性法兰S和机器人末端法兰E相连接，机器人末端法兰E设置连接在机器人R上，在图3中，柔性法兰S还和执行机构H连接，具体是执行器连接法兰和执行机构H连接，执行机构H例如是工件抓手，用于抓取工件P，在机器人的工作过程中，将工件P之间的接触力控制在预先设定的范围内。当然执行机构H也可以为其他，例如是切割机构，在机器人加工的过程中，能够避免切削力过大，破坏不该被加工的区域。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种机器人用柔性法兰，其特征在于，包括：

外壳，其上设有输入接口，用以输入设定压力的气体或液体；

活塞套件，固定设置在所述外壳内部且位于外壳一端，所述活塞套件和所述输入接口之间具有压力通道；

活塞，设置在所述活塞套件中，并能够在其中做往复运动，在所述压力通道通入气体或液体时，活塞能够由气体或液体压力推动向前；

执行器连接法兰，活动设置在所述外壳的另一端，且其一端伸出所述外壳，其另一端由所述活塞顶住，从而能够根据气体或液体压力和外力的作用在外壳内浮动；还包括

限制部，用以限制执行器连接法兰绕其轴线转动。

2.如权利要求1所述的机器人用柔性法兰，其特征在于，所述外壳包括外壳基座和端盖，所述端盖固定连接外壳基座，所述端盖上设有用于执行器连接法兰部分伸出其外的开口，所述端盖能够阻挡所述执行器连接法兰的法兰基座以限制其向外滑出。

3.如权利要求2所述的机器人用柔性法兰，其特征在于，所述执行器连接法兰上设有定位凸部，所述端盖上设有和所述定位凸部配合的定位凹槽。

4.如权利要求2所述的机器人用柔性法兰，其特征在于，所述端盖的开口口径稍大于所述执行器连接法兰伸出部位的外径，所述执行器连接法兰伸出部位和所述端盖之间设置有密封件。

5.如权利要求1所述的机器人用柔性法兰，其特征在于，所述密封件为旋转油封，其安装在所述端盖开口附近，其内圈与所述执行器连接法兰伸出部位贴合。

6.如权利要求1所述的机器人用柔性法兰，其特征在于，所述限制部包括转动限制件和直线滑槽或直线滑轨，所述转动限制件设置在所述执行器连接法兰侧表面上，所述直线滑槽或直线滑轨设置在所述外壳内壁上，并配合所述转动限制件，所述直线滑槽或直线滑轨使得所述转动限制件仅在其槽向或轨向上滑动，从而所述执行器连接法兰无法绕其轴线转动。

7.如权利要求6所述的机器人用柔性法兰，其特征在于，所述转动限制件为球状物件，所述球状物件部分设置在执行器连接法兰上，部分设置在所述直线滑槽或直线滑轨上，所述执行器连接法兰能够贴合于球状物件的球面做相对运动。

8.如权利要求1所述的机器人用柔性法兰，其特征在于，所述活塞套件包括活塞套基座和活塞套，所述活塞套基座固定连接到所述外壳上，所述活塞套固定安装在所述活塞套基座内，所述压力通道连通所述输入接口和所述活塞套，以使通入的气体或液体能够推动所述活塞。

9.如权利要求1所述的机器人用柔性法兰，其特征在于，所述输入接口连接一快插接头。

10.如权利要求1所述的机器人用柔性法兰，其特征在于，所述活塞为多个，且在活塞套件的圆周方向上均匀分布，连通到各活塞的压力通道均相互连通。

11.一种机器人，其特征在于，使用如权利要求1至10中任意一项所述的机器人用柔性法兰。