CN108098757B - 柔性自调位机构及机械手 - Google Patents

Abstract

本发明的柔性自调位机构，包括浮动调位组件和摆动调位组件，浮动调位组件能够沿A轴往复移动，摆动调位组件能够相对A轴摆动，浮动调位组件与摆动调位组件连接；柔性自调位机构通过浮动调位组件浮动地固定，或，通过摆动调位组件摆动地固定。还提供一种机械手。柔性自调位机构具有多方位的位置的微调整，以对位置精度有偏差的工位、工件进行作为适应性的调整，柔性自调位机构用于机械手上时，能够解决机械手对位精度差的问题，降低机械手的对位精度的要求。

Description

柔性自调位机构及机械手

技术领域

本发明涉及连接机构领域，具体而言，涉及柔性自调位机构及机械手。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。能够在高强度的工作下，持续工作，满足日益提高的生产加工节奏。

在许多自动化生产线上，经常会用机械手放置或抓取工件，有些工件的放置或抓取对机械手的位置重复精度要求很高，相差要在0.01mm以下，而目前绝大部分的四轴机械手位置精度都在0.02～0.1mm，六轴机械手位置精度在0.04～0.15mm，这些机械手在很多情况下无法满足加工生产需求，影响和限制了一些产线上的机械手的应用。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种柔性自调位机构及机械手，已解决现有技术中机械手放置或抓取工件时，位置精度差，影响生产加工进度的问题。

为此，本发明提供如下技术方案：一种柔性自调位机构，包括浮动调位组件和摆动调位组件，其中，所述浮动调位组件能够沿A轴往复移动，所述摆动调位组件能够相对A轴摆动，所述浮动调位组件与所述摆动调位组件连接。

另外，所述柔性自调位机构通过所述浮动调位组件浮动地固定，或，通过所述摆动调位组件摆动地固定。

作为所述头型自调位机构的进一步可选方案，所述柔性自调位机构还包括固定板，所述浮动调位组件浮动地连接在所述固定板上。

作为所述头型自调位机构的进一步可选方案，所述浮动调位组件包括浮动轴、衬套和弹性件，所述衬套滑动地套设于所述浮动轴上并安装在所述固定板上；所述浮动轴具有限位凸台，所述弹性件套设于所述浮动轴外，设于所述衬套的端面与所述限位凸台端面之间，所述弹性件提供与所述浮动轴平行的伸缩力。

作为所述头型自调位机构的进一步可选方案，所述衬套转动地安装在所述固定板上。

作为所述头型自调位机构的进一步可选方案，所述衬套上设有连接盘，所述固定板包括上盖板和下盖板，所述连接盘设于所述上盖板与所述下盖板之间；所述上盖板、所述下盖板与所述连接盘的盘端接触面上分别设有若干支撑滚珠。

作为所述头型自调位机构的进一步可选方案，所述连接盘的径向与所述上盖板之间设有弹性胶条。

作为所述头型自调位机构的进一步可选方案，所述摆动调位组件包括摆动轴、和球型关节下盖，所述浮动轴的端部设有球型关节上盖；所述摆动轴具有球型关节，所述球型关节上盖和所述球型关节下盖围合成与所述球型关节相配合的球型腔。

作为所述头型自调位机构的进一步可选方案，所述球型关节下盖具有容许所述摆动轴相配合的轴孔，所述轴孔与所述摆动轴之间存有间隙，所述轴孔与所述摆动轴之间设有弹性胶圈。

作为对上述技术方案的进一步延伸：还提供一种机械手，包括通气接头、吸头以及上述的柔性自调位机构，所述通气接头和所述吸头中的一个连接在所述浮动调位组件的端部，另一个连接在所述摆动调位组件的端部，且所述浮动调位组件和所述摆动调位组件设有使得所述通气接头和所述吸头连通的结构。

作为所述头型自调位机构的进一步可选方案，所述吸头一体成型在所述浮动调位组件或一体成型在所述摆动调位组件上。

本发明具有如下有益效果：

柔性自调位机构包括浮动调位组件和摆动调位组件，浮动调位组件使得柔性自调位机构具有沿A轴的浮动方向的自由度，通过浮动位置的变化，进行轴向的位置修正、补偿。摆动调位组件使得柔性自调位机构具有相对A轴摆动的自由度，通过摆动位置的变化，进行径向的位置的修正、补偿。由此，柔性自调位机构具有全方位的位置的微调整，以对位置精度有偏差的工位、工件进行作为适应性的调整，柔性自调位机构用于机械手上时，能够解决机械手对位精度差的问题，降低机械手的对位精度的要求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的柔性自调位机构的主视图；

图2示出了本发明实施例提供的柔性自调位机构剖面结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的柔性自调位机构轴向移动和摆动示意图；

图4示出了本发明实施例提供的柔性自调位机构径向移动示意图。

图标：100-柔性自调位机构；110-浮动调位组件；111-浮动轴；112-衬套；1121-连接盘；113-弹性件；114-限位挡板；120-摆动调位组件；121-摆动轴；122-球形关节上盖；123-球型关节下盖；124-弹性胶圈；125-环形端盖；130-固定板；131-上盖板；132-下盖板；133-支撑滚珠；134-弹性胶条。

具体实施方式

在下文中，将结合附图更全面地描述本发明的各种实施例。本发明可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。因此，将参照在附图中示出的特定实施例更详细地描述本发明。然而，应理解：不存在将本发明的各种实施例限于在此发明的特定实施例的意图，而是应将本发明理解为涵盖落入本发明的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。结合附图的描述，同样的附图标号标示同样的元件。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

图1示出了柔性自调位机构100的主视图。

本实施例提供一种柔性自调位机构100，它包括浮动调位组件110和摆动调位组件120。浮动调位组件110能够沿A轴往复移动，摆动调位组件120能够相对A轴摆动，浮动调位组件110与摆动调位组件120连接。柔性自调位机构100通过浮动调位组件110浮动地固定，或，通过摆动调位组件120摆动地固定。

上述，浮动调位组件110使得柔性自调位机构100具有沿A轴的浮动方向的自由度，通过浮动位置的变化，进行轴向的位置修正、补偿。摆动调位组件120使得柔性自调位机构100具有相对A轴摆动的自由度，通过摆动位置的变化，进行径向的位置的修正、补偿。由此，柔性自调位机构100具有全方位的位置的微调整，以对位置精度有偏差的工位、工件进行作为适应性的调整，解决位置精度差的问题。

本实施例中，柔性自调位机构100还包括固定板130，浮动调位组件110浮动地连接在固定板130上。固定板130为柔性自调位机构100的安装固定部件，通过将浮动调位组件110连接在固定板130上，从而使得柔性自调位机构100的位置固定。摆动调位组件120的自由端即为柔性自调位机构100的自由端，摆动调位组件120的自由端同时具有沿A轴移动的自由度和相对A轴摆动的自由度。

在另一实施例中，摆动调位组件120还可以摆动地连接在固定板130上，摆动调位组件120的另一端与浮动调位组件110连接，柔性自调位机构100的自由端为浮动调位组件110的自由端。

通常来说，柔性自调位机构100将驱动部件和执行部件连接，具体为固定板130与驱动部件连接，摆动调位组件120的自由端与执行部件连接。在将驱动部件的动力传递给执行部件的动力的同时，对执行部件的位置偏差进行补偿和调整，使得执行部件的位置输出更加精准。

浮动调位组件110与固定板130能够沿A轴转动。浮动调位组件110相对于固定板130同时具有沿A轴移动的自由度和转动的自由度，此时摆动调位组件120的自由端，具有沿A轴的轴向移动、转动的自由度，以及相对A轴摆动的自由度。进一步地提升了柔性自调位机构100的自由端的位置适应性，能够更好地对位置的偏差进行全方位、多角度的补偿。

图2示出了柔性自调位机构100剖面结构示意图，图3示出了柔性自调位机构100轴向移动和摆动示意图，图4示出了柔性自调位机构100径向移动示意图。

本实施例中，浮动调位组件110包括浮动轴111、衬套112、弹性件113和限位挡板114。浮动轴111呈轴柱状，且一端具有限位凸台结构。衬套112呈套筒状、套设于浮动轴111的外部，且浮动轴111能够在衬套112中滑动。衬套112的内径与浮动轴111的轴颈相匹配，衬套112的外径与固定板130上的孔向匹配。

弹性件113套设于浮动轴111外，设于衬套112的端面与限位凸台端面之间，弹性件113提供与所述浮动轴111平行的伸缩力。限位挡板114设于浮动轴111的端部，具体的，浮动轴111的一端设有限位凸台，另一端设有限位挡板114，限位凸台使得弹性件113夹设于衬套112与浮动轴111之间，限位挡板114用于防止浮动轴111与衬套112分离。通过将衬套112连接在固定板130上，从而使得浮动轴111能够沿衬套112移动，此时的A轴为浮动轴111的轴线。

通过在衬套112与浮动轴111之间设置弹性件113，常态时弹性件113有一个预压缩，推动浮动轴111向与衬套112分离的一侧移动，通过限位挡板114与浮动轴111的端面抵接，从而限制衬套112与浮动轴111的分离，对浮动轴111同时有一个预紧力。在轴向位置不匹配时，浮动轴111上浮对位置进行调整补偿，弹性件113受力压缩，浮动轴111相对衬套112滑动，从而产生浮动的效果进行轴向位置补偿。当外力解除时，弹性件113弹性复位，驱动浮动轴111复位。

本实施例中，弹性件113为压缩弹簧，压缩弹簧是一种标准件，具有较好的弹性特性以及具有百万次级别疲劳寿命，同时还能够提供方向稳定的弹性力，压缩弹簧同轴地套设于浮动轴111外，一端与浮动轴111的限位凸台的端面抵接，另一端与衬套112的端面抵接。压缩弹簧的刚度决定了浮动轴111的浮动力，压缩弹簧的压缩行程决定了浮动轴111的浮动行程，如压缩弹簧的压缩行程为7mm，浮动轴111可以上下浮动7mm。

进一步地，浮动轴111上的限位凸台可以一体成型在浮动轴111上，浮动轴111的轴线在竖直方向上，将浮动轴111外套上压缩弹簧，而后由下向上地插入到衬套112中，在浮动轴111的顶端连接限位挡板114，限位挡板114可以通过螺钉连接在浮动轴111的端面上，还可以在限位挡板114上设置内螺纹，在浮动轴111上设置与其匹配的外螺纹，从而将限位挡板114连接在浮动轴111上。

本实施例中，衬套112转动地安装在固定板130上，衬套112上设有连接盘1121，固定板130包括上盖板131和下盖板132，连接盘1121设于上盖板131与下盖板132之间，上盖板131、下盖板132与连接盘1121的盘端接触面上分别设有若干支撑滚珠133。

由此，衬套112转动地连接在固定板130中，且与固定板130之间形成滚动摩擦。从而使得衬套112具有较小的转动阻力，通过衬套112相对固定板130的转动，使得浮动轴111能够相对固定板130转动。

具体的，上盖板131和下盖板132上设有圆形通孔，上盖板131上设有用于容置连接盘1121的沉槽，沉槽的底面上设有若干用于放置支撑滚珠133的孔槽，下盖板132的上表面上设有若干用于放置支撑滚珠133的孔槽，且该孔槽的深度应略小于支撑滚珠133的直径，从而在固定支撑滚珠133的同时，又使得连接板与支撑滚珠133接触。连接板与上盖板131、下盖板132之间相当于构成了平面滚动轴承结构。从而使得连接盘1121在固定在上盖板131和下盖板132之间时，能够与上盖板131和下盖板132之间形成滚动摩擦，滚动摩擦变连接盘1121与上盖板131、下盖板132之间的面接触为点接触，减小了摩擦面积，继而减小了摩擦阻力。同时通过在连接盘1121的上下表面设置支撑滚珠133，使得上盖板131和下盖板132将连接盘1121夹紧的同时，又不会限制连接盘1121在转动方向上的自由度。

需要说明的是，为使得浮动轴111在受力时发生转动，应使得浮动轴111不轻易的发生转动，即使得浮动轴111在受到一定的力的时候才转动。浮动轴111与衬套112之间应存在一定的摩擦力，即应保证浮动轴111与衬套112之间的轴隙合理，该摩擦力大于衬套112与固定板130之间的摩擦力，从而使得浮动轴111在转动时带动衬套112一同相对固定板130转动。

连接盘1121的径向与上盖板131之间设有弹性胶条134。上盖板131上的沉孔的直径大于连接盘1121的直径，即上盖板131与连接盘1121的径向存有一间隙，该弹性胶条134将二者的间隙填充。同时该弹性胶条134的设置增大了连接盘1121的柱面与固定板130的摩擦力，从而使得衬套112在受到一定的转动力后，才相对固定板130转动，进行转动的位置补偿，且在外力消失后，弹性胶条134弹性复位，驱动衬套112转动复位。同时衬套112与固定板130之间的间隙，使得浮动轴111具有径向移动的余量，本实施例中，浮动轴111具有沿径向微调0.5mm的微调量。

本实施例中，上盖板131上设有若干弧形凹槽，每一弧形凹槽中嵌设有一弧形的弹性胶条134，即连接盘1121的径向与上盖板131一段存有间隙，一段通过弹性胶条134接触，使得上盖板131与连接盘1121之间存有较大的弹性余量，同时在转动时具有弹性变形力的同时，又能相对的减小摩擦力。

摆动调位组件120包括摆动轴121、球型关节上盖122和球型关节下盖123。摆动轴121具有球型关节，球型关节上盖122连接在浮动轴111上，球型关节上盖122和球型关节下盖123围合成与球型关节相配合的球型腔。

上述，球型关节上盖122与浮动轴111一体成型，球型关节上盖122充当做上述的浮动轴111上的限位凸台与压缩弹簧的一端抵接。球型关节上盖122上具有开口朝下的碗形空腔，球型关节上盖122具有开口朝上的碗形空腔，当球型关节上盖122和球型关节下盖123相扣合时，将球型关节压合于二者之间。球型关节上盖122与球型关节下盖123上设有法兰盘，通过法兰盘结构将二者连接起来，从而将球型关节固定与其中。

进一步地，摆动轴121呈圆柱轴状，端部设有球型关节，该球头关节可以为完整的圆球，也可以为与球型关节上盖122和球型关节下盖123所围合成的球型空腔形成球面接触的局部设有球面结构的端部。球型关节的横截面大于摆动轴121轴杆的横截面，从而将摆动轴121限位在球型关节上盖122与球型关节下盖123之间，同时使得摆动轴121能够相对球型关节上盖122与球型关节下盖123摆动，摆动轴121的轴线与浮动轴111的轴线重合。

球型关节下盖123具有容许摆动轴121相配合的轴孔，轴孔与摆动轴121之间存有间隙，轴孔与摆动轴121之间设有弹性胶圈124。球型关节下盖123的端面上设有环形凹槽，弹性胶圈124嵌设于其中。圆环端盖125通过螺钉连接在球型关节下盖123的端面上，从而将弹性胶圈124固定在球型关节下盖123上。轴孔与摆动轴121之间的间隙与摆动周在轴孔中的长度决定了摆动轴121摆动角度，本实施例中摆动轴121的摆动角度为2°。

球型关节下盖123和球型关节上盖122之间通过法兰盘结构形成刚性连接，摆动轴121通过相对球型关节下盖123摆动，从而相对浮动轴111摆动，通过将球型关节下盖123上的轴孔的孔径设置成大于摆动轴121的轴径，使得摆动轴121能够摆动。同时在摆动轴121与球型关节下盖123之间设置弹性胶圈124，从而使得摆动轴121常态时固定，在收到摆动力时摆动，在外力解除时，通过弹性胶圈124驱动摆动轴121摆动复位。

实施例2

本实施例提供一种机械手，它包括通气接口和吸头，还包括实施例1中的柔性自调位机构100。通气接口和吸头中的一个连接在浮动调位组件110的端部，另一个连接在摆动调位组件120的端部，且浮动调位组件110和摆动调位组件120设有使得通气接口和所述吸头连通的结构。

由此，机械手是一种吸盘式的机械手，通过通气接口通入负压，通过吸头将负压传递到工件上，对工件形成吸附的作用，吸附作用实际上为当吸头上产生负压时，大气压将工件压紧在吸头上，从而对工件形成装夹，在断开吸头上的负压时，吸头与工件分离将工件释放。吸头通过柔性自调位机构100连接在驱动部件上，从而具有沿吸头轴向的移动自由度和转动自由度，且具有摆动的自由度，从而是够适应工件在工位上的轴向高度、径向位置，对工件的位置进行适应性的调整，从而实现对工件抓取和防止的准确对位。

吸头一体成型在浮动调位组件110或一体成型在摆动调位组件120上。吸头实际上为一种气口，将吸头一体成型在浮动轴111或一体成型在摆动轴121上，能够增加吸头与浮动轴111或摆动轴121之间的气密性，使得吸头的吸附力更加强劲，吸头的结构更加简单。

本实施例中，通气接口连接在浮动轴111上，吸头连接在摆动轴121上，即吸头一体成型在摆动轴121上，浮动轴111和摆动轴121上设有通气通孔，从而使得通气接口所通入的负压(抽气)能够传递到吸头上。

上述，本发明的柔性自调位机构100及机械手至少具有如下优点：

1.通过浮动调位组件110和摆动调位组件120使得柔性自调位机构100具有轴向移动和相对轴向摆动的自由度，同时通过将柔性自调位机构100转动地连接在固定板130上，使得柔性自调位机构100具有沿轴向转动的自由度，同时使得头型自调位机构与固定板130之间设置一定的间隙，使得柔性自调位机构100具有径向移动的自由度。由此，柔性自调位机构100具有多方位、全角度适应性调节余量，可以用于机械手上，解决机械手的对位偏差问题，对对位偏差进行适应性的自动修正。

2.通过在柔性自调位机构100的浮动、摆动、转动、移动的自由度上设置弹性件113、弹性胶条134或条形胶圈，从而使得柔性调位机构在移位修正后能够及时复位，为下一次装夹做准备。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.柔性自调位机构，其特征在于，包括浮动调位组件和摆动调位组件，

所述浮动调位组件能够沿A轴往复移动，所述摆动调位组件能够相对A轴摆动，所述浮动调位组件与所述摆动调位组件连接；

所述柔性自调位机构通过所述浮动调位组件浮动地固定，或，通过所述摆动调位组件摆动地固定；

所述柔性自调位机构还包括固定板，所述浮动调位组件浮动地连接在所述固定板上；

所述浮动调位组件与所述固定板能够沿A轴转动；

所述浮动调位组件包括浮动轴、衬套和弹性件，所述衬套滑动地套设于所述浮动轴上并安装在所述固定板上；

所述浮动轴具有限位凸台，所述弹性件套设于所述浮动轴外，设于所述衬套的端面与所述限位凸台端面之间，所述弹性件提供与所述浮动轴平行的伸缩力；

限位挡板设于所述浮动轴的端部。

2.根据权利要求1所述的柔性自调位机构，其特征在于，所述衬套转动地安装在所述固定板上，所述衬套上设有连接盘，所述固定板包括上盖板和下盖板，所述连接盘设于所述上盖板与所述下盖板之间；

所述上盖板、所述下盖板与所述连接盘的盘端接触面上分别设有若干支撑滚珠。

3.根据权利要求2所述的柔性自调位机构，其特征在于，所述连接盘的径向与所述上盖板之间设有弹性胶条。

4.根据权利要求1所述的柔性自调位机构，其特征在于，所述摆动调位组件包括摆动轴、球型关节上盖和球型关节下盖；

所述摆动轴具有球型关节，所述球型关节上盖连接在所述浮动轴上，所述球型关节上盖和所述球型关节下盖围合成与所述球型关节相配合的球型腔。

5.根据权利要求4所述的柔性自调位机构，其特征在于，所述球型关节下盖具有容许所述摆动轴相配合的轴孔，所述轴孔与所述摆动轴之间存有间隙，所述轴孔与所述摆动轴之间设有弹性胶圈。

6.机械手，包括通气接头和吸头，其特征在于，所述机械手还包括如权利要求1-5中任一项所述柔性自调位机构，所述通气接头和所述吸头中的一个连接在所述浮动调位组件的端部，另一个连接在所述摆动调位组件的端部，且所述浮动调位组件和所述摆动调位组件设有使得所述通气接头和所述吸头连通的结构。

7.根据权利要求6所述的机械手，其特征在于，所述吸头一体成型在所述浮动调位组件或一体成型在所述摆动调位组件上。