CN106239550A - 一种管接头抓取末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管接头抓取末端执行器，包括连接板、主体、三抓手单元、传动单元、驱动单元和周向定位销。抓手单元、传动单元、驱动单元安装在主体内，抓手单元由三个120°等分布的抓手、滚珠丝杠、直线导轨等组成；驱动单元由伺服电机、减速器和支座组成。由驱动单元的伺服电机输出扭矩和角位移并传递给主动齿轮，通过传动单元和抓手单元将伺服电机输出的角位移转化为抓手的直线位移，同时将伺服电机输出扭矩转化为抓手的抓紧力，从而实现三抓手对管接头内孔进行同步抓紧。与现有技术相比具有操作方便、抓取效率高、柔性化程度高、通用性强，可实现多种类型、多种尺寸规格的管接头抓取的优点。

Description

一种管接头抓取末端执行器

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体的说，是一种管接头抓取末端执行器。

背景技术

飞机导管系统是飞机的重要组成子系统，由导管、管接头等零组件构成。由于飞机导管使用工况复杂，导管和管接头存在数量大、品种多、形状怪异等特点。导管的制造工艺过程主要包括导管弯曲成形、余量切割、装配等繁琐工序环节，传统的飞机导管制造采用模拟量制造模式，其制造全过程以模拟量作为依据，存在制造精度低、效率低、自动化程度低的特点。

导管与管接头的装配是导管制造过程中的关键工艺环节。当前管接头与导管装配连接多采用手工焊接工艺。传统的这种焊接工艺离不开专用的焊接定位夹具，管接头定位夹紧模块和导管定位夹紧模块使管接头和导管处于正确的装配位置，然后采用人工焊接方式将导管和管接头进行焊接。这种焊接工艺存在定位夹具设计、制造成本高、精度低、效率低、自动化程度低等问题。因此，飞机导管的数字化、自动化焊接技术一直是飞机制造领域热点关注的话题。为改变飞机导管现有的手工焊接模式，实现飞机导管精确、高效、自动焊接，必须首先突破飞机导管的数字化、柔性化定位装夹技术。

进入20世纪90年代后，机器人技术得到了快速发展，柔性定位抓取技术是导管制造过程中的一个重要应用和研究方向。机器人抓取定位系统由工业机器人单元、机器人末端执行器单元、上位机控制单元及工艺规划仿真单元构成。机器人定位抓取系统的工作原理是由工业机器人完成末端执行器空间位姿调节，由末端执行器完成管接头和导管的定位和抓取，整个抓取过程由中央处理器进行控制。飞机导管管接头由于其种类多、外形结构复杂、尺寸范围分布广等特点，管接头抓取末端执行器包含柔性定位模块和自动夹紧模块，对自动化和柔性化程度要求较高。

发明内容

本发明的目的在于设计出一种操作方便、抓取效率高、柔性化程度高、通用性强，可实现多种类型、多种尺寸规格的管接头抓取的末端执行器。

本发明通过下述技术方案实现：一种管接头抓取末端执行器，包括具有内部空间的主体，所述主体的内部设置有由下而上依次传动连接的驱动单元、传动单元和抓手单元；所述传动单元具有多个输出端，所述输出端键连接有主动锥齿轮；所述抓手单元包括多个滚珠丝杠、键连接在滚珠丝杠一端的从动锥齿轮、连接在滚珠丝杠上的法兰，所述滚珠丝杆的自由端转动连接在主体上，所述法兰套接有抓手托架，所述抓手托架的底部滑动连接有固定在主体上的直线导轨，抓手托架的顶部连接有一端位于主体外部的抓手；所述从动锥齿轮与主动锥齿轮垂直传动。管接头放置在主体的顶部并通过抓手对管接头的内壁或外壁进行夹紧，驱动单元输出扭矩和角位移并通过传动单元和抓手单元将其输出的角位移转化为抓手的直线位移，同时将输出扭矩转化为抓手的抓紧力，从而实现抓手对管接头的内孔或外壁进行同步抓紧。其中，所述输出端的数量与滚珠丝杠的数量相同，法兰能够随着滚珠丝杠的转动在其上沿轴向方向做直线运动，从而带动抓手做与法兰相应的运动，实现对管接头的夹紧作用。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述主体包括由上而下依次连接的端面定位块、抓手单元支撑架、传动单元支撑架和驱动单元罩壳；所述抓手单元设置在端面定位块和抓手单元支撑架之间的空间中，所述传动单元设置在抓手单元支撑架和传动单元支撑架之间的空间中，所述驱动单元设置在传动单元支撑架与驱动单元罩壳之间的空间中；所述端面定位块上开设有供抓手直线运动的槽，其中槽配合使用有一周向定位销对管接头进行周向的固定。其中，管接头放置在端面定位块的外端面上进行定位。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述传动单元包括一与驱动单元传动连接的输入轴，所述输入轴键连接有一主动齿轮；所述主动齿轮传动连接有多个从动齿轮，所述从动齿轮键连接有输出轴；所述输出轴的输出端键连接有主动锥齿轮。其中，所述从动齿轮的数量与所述输出端的数量和滚珠丝杠的数量相同。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述驱动单元包括依次连接的伺服电机、减速器和联轴器，所述联轴器与输入轴传动连接。控制伺服电机正向转动，通过传动单元和抓手单元，将输出扭矩和角位移转化为抓手的抓紧力和直线位移，实现抓手对管接头内孔同步抓紧；伺服电机通过控制输出角度位移大小可实现不同直径规格的管接头的抓紧，同时伺服电机通过控制输出扭矩大小可控制抓紧力大小。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：还包括连接在传动单元支撑架底部的支座，所述伺服电机固定连接在支座上。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述端面定位块上开设的槽的上部呈V型，方便周向定位销对管接头进行周向的固定。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述滚珠丝杠的输入端套接有设置在抓手单元支撑架上的轴承支座，使滚珠丝杆的受力更加的平衡，传动平稳。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置：所述驱动单元罩壳的底部连接有连接板，将驱动单元封闭在驱动单元罩壳中，使管接头抓取末端执行器的外观更加的规整。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明中，伺服电机通过传动单元将角位移和扭矩转化为抓手单元的直线位移和抓紧力，同时实现抓手单元的抓手的同步运行，抓取效率高；

（2）本发明中，传动单元、抓手单元和驱动单元均设置在主体的内部，实现了外部结构简单规整的特点，维修保养方便；

（3）本发明中，抓手通过压紧管接头的内壁来实现对管接头的抓取，能够在管接头外壁不规整的情况下实施抓取，柔性化程度高，通用性强，能够实现多种类型、多种尺寸规格的管接头抓取。

附图说明

图1为一种管接头抓取末端执行器外部构造示意图；

图2为一种管接头抓取末端执行器内部构造示意图；

图3为一种管接头抓取末端执行器主视图；

图4为图3的A-A向旋转剖视图；

图5为图3的B-B向剖视图；

图6为图5的C-C向旋转剖视图；

其中，1-连接板，2-主体，3-管接头，4-抓手单元，5-传动单元，6-驱动单元，7-周向定位销，21-端面定位块，22-抓手单元支撑架，23-传动单元支撑架，24-驱动单元罩壳，41-抓手，42-抓手托架，43-滚珠丝杠，44-法兰，45-直线导轨，46-轴承支座，47-从动锥齿轮，51-主动锥齿轮，52-从动齿轮，53-输出轴，54-输入轴，55-主动齿轮，61-联轴器，62-支座，63-减速器，64-伺服电机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

一种管接头抓取末端执行器，具有操作方便、抓取效率高、柔性化程度高、通用性强，可实现多种类型、多种尺寸规格的管接头抓取的优点；如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，特别设置成下述结构：包括具有内部空间的主体2，所述主体2的内部设置有由下而上依次传动连接的驱动单元6、传动单元5和抓手单元4；所述传动单元5具有三个输出端，所述输出端在同一平面内呈120°均匀分布，所述输出端键连接有主动锥齿轮51；所述抓手单元4包括三个滚珠丝杠43、键连接在滚珠丝杠43一端的从动锥齿轮47、连接在滚珠丝杠43上的法兰44，所述滚珠丝杆43的自由端转动连接在主体2上，所述法兰44套接有抓手托架42，所述抓手托架42的底部滑动连接有固定在主体2上的直线导轨45，抓手托架42的顶部连接有一端位于主体2外部的抓手41；所述从动锥齿轮47与主动锥齿轮51垂直传动。管接头3放置在主体2的顶部并通过抓手41对管接头3的内壁或外壁进行夹紧，驱动单元6输出扭矩和角位移并通过传动单元5和抓手单元4将其输出的角位移转化为抓手41的直线位移，同时将输出扭矩转化为抓手41的抓紧力，从而实现抓手41对管接头3的内孔或外壁进行同步抓紧。法兰44能够随着滚珠丝杠43的转动在其上沿轴向方向做直线运动，从而带动抓手41做与法兰44相应的运动，实现对管接头3的夹紧作用。

其中，所述主体2包括由上而下依次连接的端面定位块21、抓手单元支撑架22、传动单元支撑架23和驱动单元罩壳24；所述抓手单元4设置在端面定位块21和抓手单元支撑架22之间的空间中，所述传动单元5设置在抓手单元支撑架22和传动单元支撑架23之间的空间中，所述驱动单元6设置在传动单元支撑架23与驱动单元罩壳24之间的空间中；所述端面定位块21上开设有供抓手41直线运动的槽，其中槽配合使用有一周向定位销7对管接头3进行周向的固定。其中，管接头3放置在端面定位块21的外端面上进行定位。

其中，所述传动单元5包括一与驱动单元6传动连接的输入轴54，所述输入轴54键连接有一主动齿轮55；所述主动齿轮55传动连接有三个从动齿轮52，所述从动齿轮52键连接有输出轴53；所述输出轴53的输出端键连接有主动锥齿轮51。

其中，所述驱动单元6包括依次连接的伺服电机64、减速器63和联轴器61，所述联轴器61与输入轴54传动连接。控制伺服电机64正向转动，通过传动单元5和抓手单元4，将输出扭矩和角位移转化为抓手41的抓紧力和直线位移，实现抓手41对管接头3内孔同步抓紧；伺服电机64通过控制输出角度位移大小可实现不同直径规格的管接头3的抓紧，同时伺服电机64通过控制输出扭矩大小可控制抓紧力大小。

其中，所述端面定位块21上开设的槽的上部呈V型，方便周向定位销7对管接头3进行周向的固定。

其中，所述滚珠丝杠43的输入端套接有设置在抓手单元支撑架22上的轴承支座46，使滚珠丝杆43的受力更加的平衡，传动平稳。

所述驱动单元罩壳24的底部连接有连接板1，将驱动单元6封闭在驱动单元罩壳24中，使管接头3抓取末端执行器的外观更加的规整。

其中，还包括连接在传动单元支撑架23底部的支座62，所述伺服电机64固定连接在支座62上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管接头抓取末端执行器，其特征在于：包括具有内部空间的主体（2），所述主体（2）的内部设置有由下而上依次传动连接的驱动单元（6）、传动单元（5）和抓手单元（4）；所述传动单元（5）具有多个输出端，所述输出端键连接有主动锥齿轮（51）；所述抓手单元（4）包括多个滚珠丝杠（43）、键连接在滚珠丝杠（43）一端的从动锥齿轮（47）、连接在滚珠丝杠（43）上的法兰（44），所述滚珠丝杆（43）的自由端转动连接在主体（2）上，所述法兰（44）套接有抓手托架（42），所述抓手托架（42）的底部滑动连接有固定在主体（2）上的直线导轨（45），抓手托架（42）的顶部连接有一端位于主体（2）外部的抓手（41）；所述从动锥齿轮（47）与主动锥齿轮（51）垂直传动。

2.根据权利要求1所述的一种管接头抓取末端执行器，其特征在于：所述主体（2）包括由上而下依次连接的端面定位块（21）、抓手单元支撑架（22）、传动单元支撑架（23）和驱动单元罩壳（24）；所述抓手单元（4）设置在端面定位块（21）和抓手单元支撑架（22）之间的空间中，所述传动单元（5）设置在抓手单元支撑架（22）和传动单元支撑架（23）之间的空间中，所述驱动单元（6）设置在传动单元支撑架（23）与驱动单元罩壳（24）之间的空间中；所述端面定位块（21）上开设有供抓手（41）直线运动的槽。

3.根据权利要求2所述的一种管接头抓取末端执行器，其特征在于：所述传动单元（5）包括一与驱动单元（6）传动连接的输入轴（54），所述输入轴（54）键连接有一主动齿轮（55）；所述主动齿轮（55）传动连接有多个从动齿轮（52），所述从动齿轮（52）键连接有输出轴（53）；所述输出轴（53）的输出端键连接有主动锥齿轮（51）。

4.根据权利要求3所述的一种管接头抓取末端执行器，其特征在于：所述驱动单元（6）包括依次连接的伺服电机（64）、减速器（63）和联轴器（61），所述联轴器（61）与输入轴（54）传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种管接头抓取末端执行器，其特征在于：还包括连接在传动单元支撑架（23）底部的支座（62），所述伺服电机（64）固定连接在支座（62）上。

6.根据权利要求2-5任一项所述的一种管接头抓取末端执行器，其特征在于：所述端面定位块（21）上开设的槽的上部呈V型。

7.根据权利要求2-5任一项所述的一种管接头抓取末端执行器，其特征在于：所述滚珠丝杠（43）的输入端套接有设置在抓手单元支撑架（22）上的轴承支座（46）。

8.根据权利要求2-5任一项所述的一种管接头抓取末端执行器，其特征在于：所述驱动单元罩壳（24）的底部连接有连接板（1）。