CN107639242A - 一种用于工业机器人末端的柔性执行器机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于工业机器人末端的柔性执行器机构，包括外罩以及主轴，外罩内部依次安装有缸体和空气弹垫，主轴穿过缸体和空气弹垫后主轴的两端位于外罩外侧，主轴和缸体之间通过辅助结构固定，缸体的外圆表面和外罩的内表面之间设置密封圈，空气弹垫内部通过空气通道与外罩上的气管接头连通。当主轴收到轴向或者轴向力时，缸体能带着主轴往空气弹垫方向移动，往空气弹垫内部通入空气后，使得空气弹垫中的橡胶圈发生变形，通过调整输入的压缩气体的压强，可以改变发生摆动或轴向浮动时主轴所受外界力的大小，实现对不同材料的零件加工；本发明够实现主轴在360°周向±5°角的浮动和轴向9mm的浮动，使得其能够适用广泛的加工工艺。

Description

一种用于工业机器人末端的柔性执行器机构

技术领域

本发明涉及生产自动化研究领域中的一种柔性执行器机构，特别是一种用于工业机器人末端的柔性执行器机构。

背景技术

机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

汽车零部件中有不少零件是金属件和非金属件，部分零件在加工过程中存在毛刺，而现有技术中一般是采用人工去除，零件加工质量不稳定，工作环境对人危害大；利用刚性刀具直接对零件进行加工，容易导致刀具的破坏和零件的报废。

随着机器人越来越普及，在汽车零部件行业也大规模地使用机器人。然而，去除毛刺的工序中，对机器人的精度较高，导致机器人的成本高昂。因此，需要一些柔性执行器机构，以便于降低机器人的精度，降低机器人的成本。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种用于工业机器人末端的柔性执行器机构，其具有轴向和周向的浮动功能，安装在机器人末端，在零件定位精度较差的情况下仍能达到较好的加工质量，利用机器人快速性和高精度性能够实现零件的高质、快速生产。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种用于工业机器人末端的柔性执行器机构，包括外罩以及主轴，所述外罩内部依次安装有缸体和空气弹垫，所述主轴穿过缸体和空气弹垫后主轴的两端位于外罩外侧，主轴和缸体之间通过辅助结构固定，所述缸体的外圆表面和外罩的内表面之间设置密封圈，所述空气弹垫内部通过空气通道与外罩上的气管接头连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述辅助结构的外侧布置有前盖板，所述空气弹垫的外侧布置有导向板，所述前盖板和导向板之间形成用于限制辅助结构、主轴以及空气弹垫沿轴向方向往复移动的限位空间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述空气弹垫中靠近导向板的一端布置有支柱销，所述外罩上布置有与支柱销相匹配的导向槽。

作为上述技术方案的进一步改进，所述导向板外侧依次布置有安装板、后盖板和后罩，所述前盖板外侧布置有前罩。

作为上述技术方案的进一步改进，所述辅助结构包括套装在主轴上的免键轴衬以及位于免键轴衬和缸体之间的关节轴承。

作为上述技术方案的进一步改进，所述免键轴衬包括轴衬内圈和轴衬外圈，所述轴衬内圈和轴衬外圈通过楔形面配合，所述关节轴承包括圆柱销、套装在轴衬外圈的关节内圈以及套装在关节内圈外的关节外圈，所述圆柱销的一端固定在关节内圈的安装孔内，圆柱销的另一端穿过关节外圈的定位孔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述轴衬内圈中与轴衬外圈匹配的一端通过间隙分成若干个夹紧爪，轴衬内圈的另一端布置有限位螺栓，所述限位螺栓的一端穿过轴衬内圈的安装块后朝向轴衬外圈的端面。

作为上述技术方案的进一步改进，所述空气弹垫包括两个橡胶垫环、两个橡胶固定板、两个橡胶圈、与主轴接触的内环以及与外罩接触的外环，橡胶圈的一端嵌在橡胶垫环和外环之间，橡胶圈的另一端插入到相应的橡胶固定板和内环之间的缝隙后固定，两个橡胶圈、内环和外环之间形成气腔，所述气腔通过空气通道与外罩上的气管接头连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述空气通道包括第一通道、第二通道和第三通道，所述第一通道布置在外罩内，第一通道的一端通过塞头封堵，所述第二通道布置在缸体中，所述第三通道贯穿在橡胶圈、橡胶垫环和外环，所述缸体和橡胶圈贴合后第二通道和第三通道连通。

本发明的有益效果是：本发明通过设置缸体和具有弹性形变的空气弹垫，当主轴收到轴向或者轴向力时，缸体能带着主轴往空气弹垫方向移动，通过气管接头和空气通道往空气弹垫内部通入空气后，使得空气弹垫中的橡胶圈发生变形，当外力变化时，橡胶圈的变形量也随之改变，外力消失时，橡胶圈变形消失，恢复原始状态；通过调整输入的压缩气体的压强，可以改变发生摆动或轴向浮动时主轴所受外界力的大小，实现对不同材料的零件加工；本发明够实现主轴在360°周向±5°角的浮动和轴向9mm的浮动，使得本发明能够适用广泛的加工工艺。另外，本发明通过辅助结构实现电主轴的夹紧和周向摆动而限制电动主轴的周向转动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A向的剖视图；

图3是本发明的等轴示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1～图3，一种用于工业机器人末端的柔性执行器机构，包括外罩3以及主轴12，所述外罩3内部依次安装有缸体4和空气弹垫，所述主轴12穿过缸体4和空气弹垫后主轴12的两端位于外罩3外侧，主轴12和缸体4之间通过辅助结构固定，所述缸体4的外圆表面和外罩3的内表面之间设置密封圈后辅助结构和空气弹垫之间形成密封腔，所述空气弹垫内部通过空气通道与外罩3上的气管接头14连通。密封圈为O型密封圈。

通过设置缸体4和空气弹垫，当主轴12收到轴向或者轴向力时，缸体4能带着主轴12往空气弹垫方向移动，此时，缸体4为活塞，能在外罩3内往复移动，通过气管接头14和空气通道往空气弹垫内部通入空气后，使得空气弹垫中的橡胶圈发生变形，当外力变化时，橡胶圈的变形量也随之改变，外力消失时，橡胶圈变形消失，恢复原始状态；通过调整输入的压缩气体的压强，可以改变发生摆动或轴向浮动时主轴12所受外界力的大小，实现对不同材料的零件加工；本发明够实现主轴12在360°周向±5°角的浮动和轴向9mm的浮动，使得本发明能够适用广泛的加工工艺。

进一步作为优选的实施方式，所述辅助结构的外侧布置有前盖板2，所述空气弹垫的外侧布置有导向板9，所述前盖板2和导向板9之间形成用于限制辅助结构、主轴12以及空气弹垫沿轴向方向往复移动的限位空间。前盖板2和导向板9之间限制了外罩3内电动主轴12、免键轴衬、关节轴承和空气弹垫的轴向浮动范围。

进一步作为优选的实施方式，所述空气弹垫中靠近导向板9的一端布置有支柱销15，所述外罩3上布置有与支柱销15相匹配的导向槽。

进一步作为优选的实施方式，所述导向板9外侧依次布置有安装板8、后盖板10和后罩11，所述前盖板2外侧布置有前罩1。后罩11和前罩1均为防尘罩，起防止外界杂物进入柔性执行器内部的作用。

进一步作为优选的实施方式，所述辅助结构包括套装在主轴12上的免键轴衬以及位于免键轴衬和缸体4之间的关节轴承。所述免键轴衬包括轴衬内圈23和轴衬外圈22，所述轴衬内圈23和轴衬外圈22通过楔形面配合，所述关节轴承包括圆柱销19、套装在轴衬外圈22的关节内圈21以及套装在关节内圈21外的关节外圈20，所述圆柱销19的一端固定在关节内圈21的安装孔内，圆柱销19的另一端穿过关节外圈20的定位孔。在关节内圈21能够摆动的情况下，通过圆柱销19和定位孔的配合防止关节内圈21与关节外圈20的相对转动。

进一步作为优选的实施方式，所述轴衬内圈23中与轴衬外圈22匹配的一端通过间隙分成若干个夹紧爪，轴衬内圈23的另一端布置有限位螺栓24，所述限位螺栓24的一端穿过轴衬内圈23的安装块后朝向轴衬外圈22的端面，通过轴衬外圈22在轴衬内圈23的外表面滑行，使得夹紧爪将主轴12固定，而限位螺栓24起限位作用，防止夹紧爪将主轴12夹伤。

进一步作为优选的实施方式，所述空气弹垫包括两个橡胶垫环7、两个橡胶固定板70、两个橡胶圈6、与主轴12接触的内环71以及与外罩3接触的外环5，橡胶圈6的一端嵌在橡胶垫环7和外环5之间，橡胶圈6的另一端插入到相应的橡胶固定板70和内环71之间的缝隙后固定，两个橡胶圈6、内环71和外环5之间形成气腔，所述气腔通过空气通道与外罩3上的气管接头14连通。其中内环71与主轴12配合，外环5与外罩3配合，当主轴12刀头受到外界力的作用时，主轴12绕关节轴承的中心摆动，橡胶圈6发生变形，当外力变化时，橡胶圈6的变形量也随之改变，外力消失时，橡胶圈6变形消失，恢复原始状态。

进一步作为优选的实施方式，所述空气通道包括第一通道18、第二通道17和第三通道16，所述第一通道18布置在外罩3内，第一通道18的一端通过塞头13封堵，所述第二通道17布置在缸体4中，所述第三通道16贯穿在橡胶圈6、橡胶垫环7和外环5，所述缸体4和橡胶圈6贴合后第二通道17和第三通道16连通。外部空气经气管接头14进入到外罩3的第一通道18内后，流经缸体4内部呈L状的第二通道17，然后进入到第三通道16后进入套空气弹垫内部，调整通入空气的压强后，控制空气弹垫中的橡胶圈6形变量，以改变发生摆动或轴向浮动时主轴12所受外界力的大小，实现对不同材料的零件加工。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种用于工业机器人末端的柔性执行器机构，其特征在于：包括外罩以及主轴，所述外罩内部依次安装有缸体和空气弹垫，所述主轴穿过缸体和空气弹垫后主轴的两端位于外罩外侧，主轴和缸体之间通过辅助结构固定，所述缸体的外圆表面和外罩的内表面之间设置密封圈，所述空气弹垫内部通过空气通道与外罩上的气管接头连通。

2.根据权利要求1所述的用于工业机器人末端的柔性执行器机构，其特征在于：所述辅助结构的外侧布置有前盖板，所述空气弹垫的外侧布置有导向板，所述前盖板和导向板之间形成用于限制辅助结构、主轴以及空气弹垫沿轴向方向往复移动的限位空间。

3.根据权利要求2所述的用于工业机器人末端的柔性执行器机构，其特征在于：所述空气弹垫中靠近导向板的一端布置有支柱销，所述外罩上布置有与支柱销相匹配的导向槽。

4.根据权利要求2所述的用于工业机器人末端的柔性执行器机构，其特征在于：所述导向板外侧依次布置有安装板、后盖板和后罩，所述前盖板外侧布置有前罩。

5.根据权利要求1～4任一项所述的用于工业机器人末端的柔性执行器机构，其特征在于：

所述辅助结构包括套装在主轴上的免键轴衬以及位于免键轴衬和缸体之间的关节轴承。

6.根据权利要求5所述的用于工业机器人末端的柔性执行器机构，其特征在于：所述免键轴衬包括轴衬内圈和轴衬外圈，所述轴衬内圈和轴衬外圈通过楔形面配合，所述关节轴承包括圆柱销、套装在轴衬外圈的关节内圈以及套装在关节内圈外的关节外圈，所述圆柱销的一端固定在关节内圈的安装孔内，圆柱销的另一端穿过关节外圈的定位孔。

7.根据权利要求6所述的用于工业机器人末端的柔性执行器机构，其特征在于：所述轴衬内圈中与轴衬外圈匹配的一端通过间隙分成若干个夹紧爪，轴衬内圈的另一端布置有限位螺栓，所述限位螺栓的一端穿过轴衬内圈的安装块后朝向轴衬外圈的端面。

8.根据权利要求1～4任一项所述的用于工业机器人末端的柔性执行器机构，其特征在于：

所述空气弹垫包括两个橡胶垫环、两个橡胶固定板、两个橡胶圈、与主轴接触的内环以及与外罩接触的外环，橡胶圈的一端嵌在橡胶垫环和外环之间，橡胶圈的另一端插入到相应的橡胶固定板和内环之间的缝隙后固定，两个橡胶圈、内环和外环之间形成气腔，

所述气腔通过空气通道与外罩上的气管接头连通。

9.根据权利要求8所述的用于工业机器人末端的柔性执行器机构，其特征在于：所述空气通道包括第一通道、第二通道和第三通道，所述第一通道布置在外罩内，第一通道的一端通过塞头封堵，所述第二通道布置在缸体中，所述第三通道贯穿在橡胶圈、橡胶垫环和外环，所述缸体和橡胶圈贴合后第二通道和第三通道连通。