CN106272055B - 机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，属于机械设备领域，包括壳体、多个伸缩件、连接件以及控制装置；壳体内设有一个容置腔，容置腔的内部相对的两面上分别设有两组安装腔，多个伸缩件分为两组，分别固定两组安装腔内；连接件的一端被两组伸缩件夹持固定，另一端连接磨头；控制装置与伸缩件控制连接，以分别独立控制多个伸缩件在各自的安装腔内做向外的伸长动作或者向内的缩短动作。本发明的连接件的第一端被多个伸缩件夹持固定在容置腔，控制装置通过控制不同伸缩件的伸缩长度即可调整连接件的倾斜角度，最终调整固定在连接件第二端的磨头主轴的倾斜角度，有利于实现精确控制，能够实现一定范围内，任意角度的调整。

Description

机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置

技术领域

本发明涉及一种用于固定磨头的机械零件，尤其涉及一种机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置。

背景技术

磨床(grinder,grinding machine)是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。

而随着工业技术的发展，对加工的精密度要求越来越高，主要体现在两方面：一方面，零件的形状越来越复杂，针对异形零件的打磨，对打磨工艺要求较高；另一方面，零件的尺寸精度要求越来越高，要打磨的厚度，需要精确控制。为了解决上述技术问题，高精度磨床不仅需要使用多种形状和尺寸的磨刀，而且需要对刀头的动作进行精确控制。

现有技术中，磨头的固定装置均为刚性的，通过在多维坐标中移动磨头，实现对零件的全方位打磨。例如，申请号为“CN201320046029.4”、申请日为“2013.01.28”、实用新型名称为“粗磨磨头固定装置”的在先申请专利，公开了一种磨头固定装置：

该粗磨磨头固定装置包括连接板、第一夹紧板、第二夹紧板以及若干固定元件。

所述第一夹紧板和第二夹紧板分别位于粗磨磨头的手柄件的上下方。所述第一夹紧板包括一个设有圆柱状凹陷的第一磨头紧固件和第一手柄紧固件，所述第二夹紧板包括一个U型的第二磨头紧固件和第二手柄紧固件。所述设有圆柱状凹陷的第一磨头紧固件，凹陷的内直径与所述第一连接部的某一位置的直径相等，所述某一位置为第一连接部上与凹陷深度所对应的位置，即第一连接部与凹陷咬合时的位置。

U型的第二磨头紧固件，其U型的圆弧半径和连接件的第二连接部半径大小吻合，该U型圆弧嵌套在第二连接部之外。所述第一手柄紧固件和第二手柄紧固件均开设有与手柄件半径相等的半圆形凹槽，所述两道凹槽和分别从上下两个方向与手柄件咬合。通过上述各部位的咬合，能防止粗磨磨头沿轴心位置移动和旋转，可使粗磨磨头牢牢固定在两个夹紧板之间。

采用定位式固定方式，不易松动，能够很好地满足五轴抛光机在加工过程中磨头运转稳定、灵活、不脱落、不震动的要求；无需重复对刀，节省时间，进一步提高生产效率。

但是，该粗磨磨头固定装置调整角度不够精密，无法做到小范围内任意角度的调整，不利于异形件的加工；而且，调整角度的动作不够灵活，加工效率较低。

而且，随着工业自动化程度的不断深入，工业机器人的应用领域也不断扩大，柔性主轴在工业品零件的磨、切及抛光方面也逐步有深入的应用。但目前现有的，与工业机器人配套应用的动力主轴，一则使用传统的刚性安装结构，另则使用附加被动顺从装置安装(简称柔性主轴)。

然而在实际使用过程中，根据不同的工况，会要求刚性主轴和柔性主轴交替应用。而为避免干涉，给机器人更大的活动空间，手腕上一般只抓取一个主轴，要满足这两种工况，这样势必增加生产工序，延长生产节拍，降低生产效率，浪费工厂车间的资源。

因此，市场急需一种能将主轴在刚性和柔性结构任意切换，与自动化设备(如机器人)做配套的一种动力装置结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过气压活塞方式固定磨头，通过调整活塞的伸出的长度，能够实现在一定给范围内任意调整磨头倾斜角度的磨头固定装置，该磨头固定装置固定的主轴在刚性和柔性结构任意切换。

为了实现上述目的，本发明提供一种机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，包括：

壳体，所述壳体内设有一个容置腔，所述容置腔的内部的第一面上设有多个第一安装腔，所述容置腔的内部与第一面相对的第二面上设有多个第二安装腔，且第一安装腔与第二安装腔一一对应且轴线相互重合；

多个伸缩件，多个伸缩件分为第一组伸缩件和第二组伸缩件，所述第一组伸缩件一一对应的方式安装在第一安装腔内，第二组伸缩件以一一对应的方式安装在第二安装腔内；

连接件，所述连接件的一侧容置在容置腔内，且该侧被第一组伸缩件和第二组伸缩件夹持固定；所述连接件的另一侧从容置腔中探出，用于连接磨头；

控制装置，所述控制装置与伸缩件控制连接，以分别独立控制多个伸缩件在各自的安装腔内做向外的伸长动作或者向内的缩短动作。

进一步的，所述壳体的容置腔的上设有多条导向滑道，所述导向滑道内设有导向滚球；所述连接件位于容置腔的一侧设有弧形边缘，所述弧形边缘抵在导向滚球上以对连接件的转动起到导向作用。

进一步的，所述壳体上设有万向定位套，所述万向定位套的端部设有球面；所述连接件位于容置腔的一侧设有形状与万向定位套适配的定位槽，所述万向定位套容置在定位槽内且万向定位套可在定位槽内转动。

进一步的，所述连接件为连接法兰，所述连接法兰包括板状部和筒状部，所述筒状部垂直连接在板状部上；

所述板状部安装在容置腔内，第一组伸缩件和第二组伸缩件分别抵在板状部两侧实现夹持固定，所述筒状部上设有用于固定磨头主轴的安装位；

所述定位槽位于板状部的中央处；所述弧形边缘分别位于板状部的两侧。

进一步的，所述第一安装腔和第二安装腔均呈环形且等间距的分布在容置腔的内部；多条导向滑道是以中心对称的方式的分布在容置腔的内部。

进一步的，所述伸缩件为气压驱动装置或者油压驱动装置。

进一步的，所述伸缩件为气缸组件，所述气缸组件包括缸体和活塞，所述活塞容置固定在第一安装腔或第二安装腔内，所述活塞容置在缸体内；

所述容置腔内设有多条气路通道，所述气路通道的一端与高压气体发生装置连接，另一端与缸体连通；

所述控制装置与高压气体发生装置控制连接。

进一步的，所述缸体和活塞之间设有无油轴承。

进一步的，所述活塞与连接件作用的一端为球面。

进一步的，该机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置还包括能够监测主轴受力状况的力反馈器件，所述力反馈器件与控制装置电连接，使控制装置能够根据力反馈器件监测的信息，通过控制伸缩件来调整对连接件的夹持力。

相较于现有技术，本发明提供的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，由连接件固定磨头的主轴，连接件的第一端被多个组气缸组件夹持固定在容置腔。通过控制气压，能够实现柔性定位和刚性定位：

气压大时，气缸组件的夹持力大，连接件不会发生摆动，此时为刚性定位；控制装置通过控制不同组气缸组件的伸缩长度即可调整连接件的倾斜角度，最终调整固定在连接件第二端的磨头主轴的倾斜角度，将磨头倾斜角度的控制转化为对组气缸组件伸缩长度的控制，降低了控制难度，有利于实现精确控制；而且能够实现一定范围内，任意角度的调整，大幅提高而加工精度，尤其适用于异形件的打磨。

气压小时，气缸组件内的气体能够被进一步压缩，气缸组件能够在一定范围内伸缩，此时为柔性定位，连接件能够在一定范围内发生摆动；特别适用被动顺从毛刺清理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的第一实施例提供机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置的结构示意图。

附图标记：

1-壳体； 2-气缸组件； 3-连接件；

4-导向滚球； 11-容置腔； 12-导向滑道；

13-万向定位套； 21-缸体； 22-活塞；

31-板状部； 32-筒状部； 311-弧形边缘；

321-安装位。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

图1为本发明的第一实施例提供机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置的结构示意图。

参阅图1，本发明提供一种机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，包括壳体1、多个气缸组件2、控制装置以及连接件3。

壳体1内设有一个容置腔11，所述容置腔11的内部的第一面上设有多个第一安装腔，所述容置腔11的内部与第一面相对的第二面上设有多个第二安装腔，且第一安装腔与第二安装腔一一对应且轴线相互重合；第一安装腔和第二安装腔用于安装气缸组件2。

多个气缸组件2分为第一组气缸组件和第二组气缸组件，所述第一组气缸组件一对应的方式安装在第一安装腔内，第二组气缸组件以一一对应的方式安装在第二安装腔内。

所述气缸组件2包括缸体21和活塞22，所述活塞22容置固定在第一安装腔或第二安装腔内，所述活塞22容置在缸体21内。所述容置腔11内设有多条气路通道，所述气路通道的一端与高压气源连接，另一端与缸体21连通。

连接件3为连接法兰，连接法兰包括板状部31和筒状部32，所述筒状部32垂直连接在板状部31上。所述板状部31安装在容置腔11内，第一气缸组件2和第二组气缸组件分别抵在板状部31两侧实现夹持固定。

具体来说，所述第一安装腔和第二安装腔均呈环形且等间距的分布在容置腔11的内部，使第一气缸组件2和第二气缸组件2能够均匀的作用在连接件3上，使连接件3倾斜角度稳定，无论以何倾斜角度工作，都能为磨头提供较稳定的支持力。

所述筒状部32从容置腔11中探出，筒状部32上设有安装位321，磨头连接在磨头主轴上，磨头主轴固定在安装位321上。

采用上述结构连接法兰作为连接件3，不仅能够快速便捷的安装磨头主轴，而且，具有结构简单，易于生产，加工成本低的优点。

当然，这仅是本发明的一个具体实施例，本发明的连接件3的具体结构并不局限于此，也可为其他结构，只要连接件3的一端能被第一组气缸组件和第二组气缸组件夹持，另一端能够连接磨头主轴，或者直接连接磨头即可。

所述控制装置与气缸组件2控制连接，以分别独立控制多个气缸组件2在各自的安装腔内做向外的伸长动作或者向内的缩短动作。

在本实施例中，控制装置包括主控制模块和多个控制开关，多个控制开关控制高压气源与每条气路通道的开闭，主控制模块用于接收控制指令，根据控制指令统一控制多个控制开关。

相较于现有技术，本发明提供的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，由连接件3固定磨头的主轴，连接件3的第一端被多个组气缸组件2夹持固定在容置腔11。通过控制气压，能够实现柔性定位和刚性定位：

当需要主轴实现刚性应用时，气缸组件2的气压调到最大，气缸组件2的夹持力大，连接件3不会发生摆动，实现刚性定位；保持主轴到常规中轴线位。标准气缸控制定位动作，使主轴始终保持在中轴线固定。并能提供相当的刚性固定。这样限制了主轴的旋转和轴向的自由度。并提供了完全支撑。

气压小时，当需要主轴实现柔性应用时，气缸组件2的气压较小，气缸组件2内的气体能够被进一步压缩，气缸组件2能够在一定范围内伸缩，此时为柔性定位，连接件3能够在一定范围内发生摆动；主轴实现被动顺从，并实现数据可控。

机器人在利用该装置中固定磨头，进行打磨时，磨切过程中，磨头主要受径向和轴向两个方向的力，在主轴实现柔性应用时，可以在二维浮动，贴合实际需求。

控制装置通过控制不同组气缸组件2的伸缩长度即可调整连接件3的倾斜角度，最终调整固定在连接件3第二端的磨头主轴的倾斜角度，将磨头倾斜角度的控制转化为对组气缸组件2伸缩长度的控制，降低了控制难度，有利于实现精确控制；能够实现一定范围内，任意角度的调整，大幅提高而加工精度，尤其适用于异形件的打磨。

此外，还具有结构简单，控制便捷，动作流畅的优点。

具体来说，机器人能够利用该柔刚两性磨头二维浮动固定装置完成更多的工作；能清理不同部件的毛刺，尤其适用于不规则零件一致的毛刺清理效果，允许随零件轮廓不规则径向提供±8mm位移补偿；比人工操作更多的一致性和可靠性；让客户更满意的加工效果。

可通过调节气压，调节的恒量顺从力，实现清理不同零件需要的不同顺从；气体控制顺从力是恒定的、不改变、不变形。

该柔刚两性磨头二维浮动固定装置安装磨头后，能够自动清理毛刺，减少工作人员数量，降低人力成本；同时增加工作安全性，让工作人员远离有害的工作环境；由于无需主动调整磨刀固定角度，因此工作不间断工作，维护量少，减少工作的循环时间，增加机器人的生产效率；由于加工精度高，减少废品和重复工作，降低了生产成本。

在本实施例中，壳体1的容置腔11的上设有多条导向滑道12，所述导向滑道12内设有导向滚球4；所述连接件3位于容置腔11的一侧设有弧形边缘311，即所述弧形边缘311分别位于板状部31的两侧，所述弧形边缘311抵在导向滚球4上以对连接件3的转动起到导向作用。

导向滚球4填充连接件3的板状部31与容置腔11之间的缝隙，一方面对连接件3起到一定的限位作用，另一方面，弧形边缘311可沿着导向滚球4相对转动，又能够起到导向左右。

具体来说，导向滑道12以中心对称的方式的分布在容置腔11的内部，使导向滚球4能够保证在多个方向上均匀的作用于板状部31的侧面，使连接件3在各个方向上均不会发生晃动。

除了导向滑道12和导向滚球4的组合之外，本实施例提供的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置还设置了万向定位套13和定位槽组合：壳体1上设有万向定位套13，所述万向定位套13位于容置腔11的内部，万向定位套13为容置腔11的内壁向一侧凸出的凸起，凸起的侧面为光滑的球面。

所述连接件3位于容置腔11的一侧设有形状与万向定位套13适配的定位槽，具体来说，定位槽位于板状部31的中央处，所述万向定位套13安插并容置在定位槽内，万向定位套13可在定位槽内转动。

万向定位套13和定位槽的配合连接，具有两个作用：第一，快速实现磨头主轴的定位，解决现有技术中的机器需要反复调整，才可到达设定起始位；第二，起到导向作用，在调整磨头主轴角度的过程中，保持连接件3动作流畅且平稳，避免大幅晃动。

在本实施例中，所述缸体21和活塞22之间设有无油轴承。无油轴承和活塞22通过精准的尺寸配合，实现密封连接，无需设置密封圈，避免密封圈老化造成密封效果变差，进而影响控制精度，使设备的工作更加可靠。

在本实施例中，所述活塞22与连接件3的板状部31接触的一端为球面。由于连接件3会发生偏转，球状的活塞22端部能够，在连接件3的任意倾斜角度下，为连接件3的板状部31提供支持力。

实施例二

本发明提供一种机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，包括壳体、多个液压油缸、控制装置、连接件以及力反馈器件。

壳体内设有一个容置腔，所述容置腔的内部的第一面上设有多个第一安装腔，所述容置腔的内部与第一面相对的第二面上设有多个第二安装腔，且第一安装腔与第二安装腔一一对应且轴线相互重合；

多个伸缩件分为两组液压油缸，所述第一组液压油缸安装在第一安装腔内，第二组液压油缸安装在第二安装腔内；

所述连接件的一侧容置在容置腔内，且该侧被两组液压油缸夹持固定；所述连接件的另一侧从容置腔中探出，用于连接磨头；

所述控制装置与液压油缸控制连接，以分别独立控制多个液压油缸在各自的安装腔内做向外的伸长动作或者向内的缩短动作。

所述力反馈器件用于监测主轴受力状况的力反馈器件，所述力反馈器件与控制装置电连接，使控制装置能够根据力反馈器件监测的信息，通过控制液压油缸来调整对连接件的夹持力。

设置了力反馈器件，不仅能够分别控制各伸缩件的伸缩长度，来调整倾斜角度；还能够调整夹持强度，例如在打磨形状形状，材质不同的零件时，其磨头倾斜角度相同，但是磨头所需的夹持力不同，根据力反馈器件监测的信息，即能够通过控制装置成比例的调大气缸组件的气压即可增大夹持力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内设有一个容置腔，所述容置腔的内部的第一面上设有多个第一安装腔，所述容置腔的内部与第一面相对的第二面上设有多个第二安装腔，且第一安装腔与第二安装腔一一对应且轴线相互重合；

多个伸缩件，多个伸缩件分为第一组伸缩件和第二组伸缩件，所述第一组伸缩件一一对应的方式安装在第一安装腔内，第二组伸缩件以一一对应的方式安装在第二安装腔内；

连接件，所述连接件的一侧容置在容置腔内，且该侧被第一组伸缩件和第二组伸缩件夹持固定；所述连接件的另一侧从容置腔中探出，用于连接磨头；

控制装置，所述控制装置与伸缩件控制连接，以分别独立控制多个伸缩件在各自的安装腔内做向外的伸长动作或者向内的缩短动作。

2.根据权利要求1所述的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，其特征在于，所述壳体的容置腔上设有多条导向滑道，所述导向滑道内设有导向滚球；所述连接件位于容置腔的一侧设有弧形边缘，所述弧形边缘抵在导向滚球上以对连接件的转动起到导向作用。

3.根据权利要求2所述的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，其特征在于，所述壳体上设有万向定位套，所述万向定位套的端部设有球面；所述连接件位于容置腔的一侧设有形状与万向定位套适配的定位槽，所述万向定位套容置在定位槽内且万向定位套可在定位槽内转动。

4.根据权利要求3所述的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，其特征在于，所述连接件为连接法兰，所述连接法兰包括板状部和筒状部，所述筒状部垂直连接在板状部上；

所述板状部安装在容置腔内，第一组伸缩件和第二组伸缩件分别抵在板状部两侧实现夹持固定，所述筒状部上设有用于固定磨头主轴的安装位；

所述定位槽位于板状部的中央处；所述弧形边缘分别位于板状部的两侧。

5.根据权利要求2所述的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，其特征在于，所述第一安装腔和第二安装腔均呈环形且等间距的分布在容置腔的内部；多条导向滑道以中心对称的方式的分布在容置腔的内部。

6.根据权利要求1所述的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，其特征在于，所述伸缩件为气压驱动装置或者油压驱动装置。

7.根据权利要求6所述的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，其特征在于，所述伸缩件为气缸组件，所述气缸组件包括缸体和活塞，所述活塞容置固定在第一安装腔或第二安装腔内，所述活塞容置在缸体内；

所述容置腔内设有多条气路通道，所述气路通道的一端与高压气体发生装置连接，另一端与缸体连通；

所述控制装置与高压气体发生装置控制连接。

8.根据权利要求7所述的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，其特征在于，所述缸体和活塞之间设有无油轴承。

9.根据权利要求7所述的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，其特征在于，所述活塞与连接件作用的一端为球面。

10.根据权利要求1所述的机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置，其特征在于，该机器人用柔刚两性磨头二维浮动固定装置还包括能够监测主轴受力状况的力反馈器件，所述力反馈器件与控制装置电连接，使控制装置能够根据力反馈器件监测的信息，通过控制伸缩件来调整对连接件的夹持力。