CN108081281A - 电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型制孔末端执行器 - Google Patents

电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型制孔末端执行器 Download PDF

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黎田
熊珍琦
朱前成
王亚
吕蕴琦
向颖
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    • B25J15/0019—End effectors other than grippers

Abstract

本发明公开一种电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型制孔末端执行器，其包括安装基座、制孔单元、压紧单元和法向检测单元。安装基座的上表面安装有与机器人末端连接法兰连接板，其下表面上的两侧端部架设有两条平行的导轨，两条导轨的中轴线与安装基座下表面的中轴线重合。制孔单元和压紧单元均通过滑块沿所述中轴线方向并排地设置在两条导轨上，法向检测单元安装在压紧单元上。通过快换压套，可以实现针对不同零部件表面压紧功能的快速切换。本发明通过将制孔模块的电主轴与压力脚模块的压力脚共用一套导轨，减少了一套传动装置，使末端执行器的重量大幅降低。

Description

电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型制孔末端执行器
技术领域
本发明属于机器人末端执行器设计领域，它涉及一种电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型制孔末端执行器。
背景技术
近年来，机器人自动钻铆系统在航空飞行器装配过程中得到了较广泛的应用，有效提高了飞行器的装配效率和精度。然而在航天领域，飞行器结构件的钻铆操作仍采用手工作业的方式，难以满足新型航天飞行器研制效率与精度方面的技术指标要求，机器人自动钻铆系统的需求迫在眉睫。但由于航天飞行器结构件在尺寸上与航空飞行器存在较大差别，存在尺寸小、开敞性不好、结构复杂等特点，目前较为成熟的基于重载机器人的自动钻铆系统难以获得较好的应用。此外，由于结构开敞性不好，自动铆接实施难度大，而航天飞行器难点主要在于制孔，铆接难度相对较低，因此，基于轻载机器人的自动制孔系统研制具有广阔的应用前景。
末端执行器作为机器人制孔系统的执行机构，其研制始终是机器人制孔系统设计的重点和难点。不同于重载机器人，轻载机器人由于负载小，其对末端执行器结构的紧凑性和重量有着更加严格的要求，其设计难度远大于重载机器人末端执行器。
发明内容
本发明的目的是为了解决负载不高于30kg的轻载机器人自动制孔末端执行器的适应性设计问题，提供了一种电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型制孔末端执行器，与机器人结合，形成机器人自动制孔系统，从而实现对中小零部件的自动制孔，提高中小零部件制孔效率。
本发明的电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型制孔末端执行器包括安装基座、制孔单元、压紧单元和法向检测单元，所述安装基座的上表面安装有与机器人末端连接的法兰连接板，其下表面上的两侧端部架设有两条平行的导轨，两条导轨的中轴线与安装基座下表面的中轴线重合，所述制孔单元和所述压紧单元均通过滑块沿所述中轴线方向并排地设置在两条导轨上，所述法向检测单元安装在所述压紧单元上。
优选所述的制孔单元包括：电主轴、进给伺服电机、丝杠螺母副、电主轴安装座；所述进给伺服电机主体以输出轴位于所述安装基座中轴线的方式安装在所述安装基座下表面的与所述压紧单元相反侧的端部，所述输出轴通过联轴节与丝杠螺母副的丝杠的一端连接，所述丝杠的另一端通过轴承座固定在所述安装基座下表面上，所述电主轴固定在所述电主轴安装座的下表面，其上表面对称地安装有分别与两条所述导轨配合的滑块，所述滑块与所述丝杠螺母副的螺母固连。
优选所述压紧单元包括：气缸、铰接支座、铰接支座垫板、压力脚和压套；所述气缸的缸体固定在所述轴称座与远离所述制孔单元侧的端部之间的所述安装基座的下表面上；所述气缸的输出轴通过铰接支座与铰接支座垫板连接，所述铰接支座垫板固定在所述压力脚上表面的中间，在所述压力脚上表面的安装有所述铰接支座垫板的两侧，对称地安装有两个滑块，两个滑块分别配合安装在两条所述导轨上；所述压套可拆卸地安装在所述压力脚上。
优选所述的法向检测模块包括四个激光位移传感器，通过螺钉均匀分布地安装在所述压力脚上。
本发明具有以下优点：
(1)调姿。可以调整钻头姿态，确保孔的垂直度。
(2)快换。采用压脚和压套分离的模式，可实现压套的快换，减少停工准备时间，提高了制孔效率。
(3)紧凑。将制孔模块的电主轴与压力脚模块的压力脚共用一套导轨，减少了一套传动装置，使末端执行器的重量大幅降低，实现了末端执行器的紧凑型设计。
附图说明
图1是本发明末端执行器的整体结构图；
图2是本发明末端执行器的框架模块结构图；
图3是本发明末端执行器的制孔模块结构图；
图4是本发明末端执行器的压力脚模块结构图；
图5是本发明末端执行器的法向检测模块结构图。
图中：
1.框架模块，101.法兰连接板，102.主体框架；
2.制孔模块，201.电主轴，202.进给伺服电机，203.电机连接座，204.联轴节，205.丝杠螺母副，206.导轨，2061～2064.滑块，207.电主轴安装座，2081、2082.安装座侧板，209.电主轴底座托板，210.轴承座；
3.压力脚模块，301.气缸，302.气缸架，303.铰接支座，304.铰接支座垫板，305.压力脚，3061、3062.滑块，307.压套；
4.法向检测模块，401～404.激光位移传感器
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1所示，本发明涉及一种电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型制孔末端执行器，该末端执行器包括框架模块1、制孔模块2、压力脚模块3、法向检测模块4。
框架模块1是整个末端执行器的支撑；制孔模块2和压力脚模块3安装在框架模块1上；法向检测模块4安装在压力脚模块3上。
参见图2所示，所述的框架模块1包括法兰连接板101和主体框架102。法兰连接板101固定在主体框架102的上表面，主体框架102的下表面上的两侧端部架设有两条平行的导轨206。两条导轨206的对称中轴线与主体框架102下表面的中轴线重合。本发明中以安装机器人末端一侧为上方向。
末端执行器通过法兰连接板101与机器人末端连接；主体框架102上预留有安装面和安装孔，用于各类零部件的安装。
参见图3所示，所述的制孔模块2包括：电主轴201、进给伺服电机202、电机连接座203、联轴节204、丝杠螺母副205、导轨滑块副2061～2064、电主轴安装座207、安装座侧板2081和2082、电主轴底座托板209、轴承座210。
进给伺服电机202通过电机连接座203与末端执行器主体框架102连接，同时进给伺服电机202通过联轴节204与丝杠螺母副205连接；导轨滑块副2061～2064对称的安装在末端执行器主板上，在制孔模块中使用的导轨滑块副2061～2064包括四个滑块，也呈现对称分布；丝杠螺母副205的前端通过轴承座210与末端执行器主体框架102连接，起到固定丝杠的作用；丝杠螺母副205通过螺母座与电主轴底座托板209连接，通过丝杠的旋转带动滑块的运动，进一步的带动电主轴201的运动；滑块2061～2064分别配合安装在末端执行器主体框架底板两侧的导轨206上，同时滑块又与电主轴底座托板209连接；电主轴底座托板209与电主轴安装座207连接；安装座侧板2081和2082分别与电主轴安装座207和电主轴底座托板209连接，起到加强固定的作用；电主轴201与电主轴安装座207连接；通过伺服电机202驱动滚珠丝杠，然后滑块带动电主轴201进给，完成对工件的制孔任务；电主轴旋转速度与伺服进给电机进给速度无极可调，可满足各类材料以及不同孔径的制孔参数要求。
参见图4所示，所示的压力脚模块3包括气缸301、气缸架302、铰接支座303、铰接支座垫板304、压力脚305、滑块3061和3062、压套307。
气缸301通过气缸架302与末端执行器主体框架102连接，其中气缸架302起到固定气缸的作用；气缸301的输出轴前端与铰接支座303连接；铰接支座303通过铰接支座垫板304与压力脚305连接，同时压力脚305与滑块3061和3062连接；滑块3061和3062分别配合安装在两条导轨206上，压套307固定在压力脚305上；通过气缸301的作用，实现压力脚305对材料的压紧；压力脚305主体部分由压脚和压套307构成，压套307作为与工件直接接触的部分，也是损耗最严重的部分，采用压脚和压套307分离的模式，可实现压套307的快换，减少停工准备时间。
参见图5所示，所示的法向检测模块4包括：激光位移传感器401～404。
激光位移传感器401～404以刀具轴线为中心轴并通过螺钉均匀的安装在压力脚305上；根据四个传感器所反馈的四个距离，即可计算出目标位置的法向偏差并实现工件制孔垂直精度的补偿。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型制孔末端执行器，其特征在于：包括安装基座、制孔单元、压紧单元和法向检测单元，所述安装基座的上表面安装有与机器人末端连接的法兰连接板，其下表面上的两侧端部架设有两条平行的导轨，两条导轨的对称中轴线与安装基座下表面的中轴线重合，所述制孔单元和所述压紧单元均通过滑块沿所述中轴线方向并排地设置在两条导轨上，所述法向检测单元安装在所述压紧单元上。
2.根据权利要求1所述的电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型制孔末端执行器，其特征在于：所述制孔单元包括：电主轴、进给伺服电机、丝杠螺母副、电主轴安装座；所述进给伺服电机主体以输出轴位于所述安装基座中轴线的方式安装在所述安装基座下表面的与所述压紧单元相反侧的端部，所述输出轴通过联轴节与丝杠螺母副的丝杠的一端连接，所述丝杠的另一端通过轴承座固定在所述安装基座下表面上，所述电主轴固定在所述电主轴安装座的下表面，其上表面对称地安装有分别与两条所述导轨配合的滑块，所述滑块与所述丝杠螺母副的螺母固连。
3.根据权利要求2所述的电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型末端执行器，其特征在于：所述压紧单元包括气缸、铰接支座、铰接支座垫板、压力脚和压套；所述气缸的缸体固定在所述轴称座与远离所述制孔单元侧的端部之间的所述安装基座的下表面上；所述气缸的输出轴通过铰接支座与铰接支座垫板连接，所述铰接支座垫板固定在所述压力脚上表面的中间，在所述压力脚上表面的安装有所述铰接支座垫板的两侧，对称地安装有两个滑块，两个滑块分别配合安装在两条所述导轨上；所述压套可拆卸地安装在所述压力脚上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电主轴与压力脚共用导轨的紧凑型末端执行器，其特征在于，所述法向检测模块包括四个激光位移传感器，通过螺钉均匀分布地安装在所述压力脚上。
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