CN108908395A - 一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人力控领域，尤其涉及一种用于工件型打磨机器人末端和工件夹具之间的多方向被动柔顺装置，包括斜楔滑块机构和摆动扭转装置。当工业机器人夹持工件进行磨削加工时，磨削产生的法向磨削力和切向磨削力会使所述多方向被动柔顺装置中枢轴产生偏转和位移，通过设计布置弹性元件，使枢轴的偏转和位移得到补偿，从而起一定缓冲吸震作用。该装置具有结构简单，易于拆装，多方向被动柔顺等特点，不仅可以用于机器人打磨和抛光，还可以用于其他涉及到机器人末端力位混合控制的场合。

Description

一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置

技术领域

本发明用于机器人力控领域，尤其是涉及用于工件型打磨机器人末端和工件夹具之间的一种多方向被动柔顺装置。

背景技术

当工业机器人进行装配，打磨等接触性任务时，简单的位置控制已经不能胜任，因为机器人末端微小的位置偏差都可能导致巨大的接触力，容易对机器人末端和工件造成伤害。所以对于在未知环境中操作的机器人末端执行器来说，力调节是必不可少的。利用主动柔顺控制可以有效地解决这一问题，但主动柔顺控制会增加机器人控制系统的复杂度，增加工业机器人的制造成本，并且由于机器人末端执行器刚度问题，一个很小的位移偏差，都能造成工件或设备的损坏，所以通常我们需要在机器人末端设计一个被动柔顺装置，在接触过程中起一定的缓冲作用。在被动柔顺结构上前人做了很多研究工作，但在柔顺性的方向上存在限制，即只能在某些工作空间上进行侧位移或角转动的偏差，不能做到完全的多方向柔顺接触。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、适用性强、能用于机器人力控的多方向被动柔顺装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，包括上部和下部，上部主要为斜楔滑块机构，下部主要为摆动扭转装置，所述一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置采用整体剖分式结构，外壳剖分为上壳体（2）和下壳体（3），两壳体通过盘头螺钉（2）连接为一整体，所述斜楔滑块机构由滑块（9）、斜楔（7）和弹簧（6）构成，滑块（9）安放在下壳体（4）上平面（401）上，可在X轴，Y轴和Z轴方向平移，斜楔（7）安放在上壳体（3）的滑槽（301）内，斜楔（7）侧表面与滑槽（301）侧表面之间具有一定间隙，可减少摩擦，所述斜楔（7）与滑块（9）进行斜面接触，弹簧（6）安装在斜楔（7）和定法兰盘（1）之间，所述摆动扭转装置由关节轴承（8）、枢轴（12）、转盘（11）、动法兰盘（5）和弹性元件（10）构成，所述关节轴承（8）安装在滑块（9）内，关节轴承（8）外圈与滑块（9）固定，关节轴承（8）内圈与枢轴前端（1201）配合，枢轴中端（1202）与转盘（11）固连，枢轴末端（1203）与动法兰盘（5）相连，转盘（11）与下壳体（4）之间安放弹性元件（10），即枢轴（12）可绕滑块（9）摆动扭转。所述弹性元件（10）由弹性材料和金属构成，上下两端有螺柱（1001），胶接在弹性元件基体（1002）内，分别与下壳体（4）中斜凸台（402）和转盘（11）中斜凸台（1102）内的螺纹孔相连，所述动法兰盘（5）与工件夹具相连。当工业机器人末端夹持工件进行打磨加工时，磨削产生的法向磨削力和切向磨削力会使动法兰盘（5）产生角度偏移和位置偏移，即枢轴（12）会带动滑块（9）进行位置偏移，相对滑块（9）进行角度偏移，当滑块（9）产生平面位移或沿Z轴方向平移时，滑块（9）的位置偏移均可转换为斜楔（7）沿滑槽（401）Z方向向上的位移，此时弹簧（6）压缩产生竖直向下的回复力，使斜楔（7）和滑块（9）复原，从而使整个装置在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向具有柔顺性，而弹性元件（10）具有很好的扭转刚度和弯曲刚度，当枢轴（12）相对滑块（9）进行角度偏移时，弹性元件（10）的弹性回复力使枢轴（12）复原，从而使装置能实现绕X轴，绕Y轴，绕Z轴方向的柔顺。本发明中所述Z轴以图2竖直方向向上为正，X轴以图2水平方向向右为正，Y轴由右手法则确定。

本发明的有益效果是：1、本发明具有独特的结构设计，构造简单，设置合理，能实现多方向柔顺，在磨削加工过程中能起一定缓冲作用。2、通过枢轴（12）与关节轴承（8）内圈配合，关节轴承（8）外圈与滑块（9）内阶梯孔（901）配合，当外力作用在枢轴末端（1203）时，可使枢轴（12）带动滑块（9）进行位置偏移，相对滑块（9）进行角度偏移，从而实现多个自由度。3、设计斜楔滑块机构，将滑块（9）的平面位移转换为斜楔（7）竖直方向位移，从而简化装置结构。4、使用弹性元件（10），并对其进行空间布局，使得该被动柔顺装置具有较好的横向柔顺变形和弯曲柔顺变形。

附图说明

图1为本发明的总体装配局部剖示意图。

图2为本发明的总体装配半剖示意图。

图3为本发明枢轴结构示意图。

图4为本发明弹性元件结构示意图。

图5为本发明转盘结构示意图。

图6为本发明滑块结构示意图。

图7为本发明斜楔结构示意图。

图8为本发明上壳体结构示意图。

图9为本发明下壳体结构示意图。

具体实施方式

参照图1至图9，一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，包括定法兰盘（1），盘头螺钉（2），上壳体（3），下壳体（4），动法兰盘（5），弹簧（6），斜楔（7），关节轴承（8），滑块（9），弹性元件（10），转盘（11）和枢轴（12）构成。

本实施例中，所述定法兰盘（1）与工业机器人末端，动法兰盘（5）与工件夹具通过螺钉固连。定法兰盘（1）和上壳体（3），上壳体（3）和下壳体（4），动法兰盘（5）和枢轴（12），枢轴（12）和转盘（11）通过盘头螺钉（2）固连。上壳体（3）、弹性元件（10）和转盘（11）通过弹性元件（10）末端螺柱（1001）和上壳体（3）、转盘（11）中的螺纹孔螺纹连接。

本实施例中，3个弹性元件（10）呈120°均匀安装在转盘（11）和下壳体（4）上，安装角度为8°，安装示意图参照图1和图2，图4，图5，图9分别为弹性元件（10），转盘（11）和下壳体（4）的结构示意图。

本实施例中，关节轴承（8）嵌套在滑块（9）中，枢轴（12）与关节轴承（8）内圈过盈配合，即枢轴（12）可相对滑块（9）扭动和摆动，枢轴（12）可推动滑块（9）平移。

本实施例中，滑块（9）和斜楔（7）斜面接触，滑块（9）安放在下壳体（4）的上表面（401），斜楔（7）安装在上壳体（3）的滑槽（301）内，弹簧（6）安装在楔块（7）和定法兰盘（1）之间，安装示意图请参照图2，图8为上壳体（3）结构示意图。

本实施例中，当工业机器人末端安装多方向被动柔顺装置进行工件打磨加工时，工件法向磨削力和切向磨削力，会使枢轴（12）相对于滑块（9）产生一定的角位移，滑块（9）会相对于下壳体（4）产生位移，滑块（9）通过与斜楔（7）斜面接触，将平面位移转换为斜楔（7）的竖直位移，斜楔（7）上移压缩弹簧（6）产生回复力，使滑块（9）复位，而枢轴（12）的角位移可通过弹性元件（10）变形得到补偿，从而使装置能实现多个方向柔顺，在磨削过程中起一定缓冲作用。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，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等同变形或替换，这些等同的变形或者替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (11)

1.一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，其特征是，它包括定法兰盘（1）、盘头螺钉（2）、上壳体（3）、下壳体（4）、动法兰盘（5）、弹簧（6）、斜楔（7）、关节轴承（8）、滑块（9）、弹性元件（10）、转盘（11）和枢轴（12），所述定法兰盘（1）与机器人末端接口相连，上壳体（3）与定法兰盘（1）相连，斜楔（7）安放在上壳体（3）中的滑槽（301）内，弹簧（6）安装在斜楔（7）和定法兰盘（1）之间，下壳体（4）与上壳体（3）通过螺钉固连，滑块（9）安放在下壳体（4）上平面（401）上，关节轴承（8）嵌套在滑块（9）阶梯孔（901）内，枢轴前端（1201）与关节轴承（8）内圈配合，转盘（11）与枢轴中端（1202）固连，弹性元件（10）均匀分布在转盘（11）和下壳体（4）之间，枢轴末端（1203）与动法兰盘（5）固连。

2.根据权利要求1所述的一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，其特征是，滑块（9）的平面位移可通过与斜楔（7）斜面接触转化为斜楔（7）竖直方向位移，在斜楔（7）上端安装弹簧（6），当滑块（9）产生平面位移或是竖直向上位移时，均使斜楔（7）产生竖直向上位移，压缩弹簧（6），产生竖直向下的弹性回复力。

3.根据权利要求1所述的一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，其特征是，所述滑块（9）含有4个及其以上的斜面（902），与斜楔斜面（703）接触，滑块（9）内有一阶梯孔（901），用于安装关节轴承（8）。

4.根据权利要求1所述的一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，其特征是，所述斜楔（7）含有2个及其以上的伸出支撑（702），用于搭放在上壳体（3）的滑槽（301）内，斜楔（7）上平面含有1个及其以上的凸台（701），用于安装弹簧（6）。

5.根据权利要求1所述的一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，其特征是，所述上壳体（3）为薄壁零件，含有4个及其以上的滑槽（301），滑槽（301）均匀分布，上壳体（3）上平面和下平面分别伸出带有通孔的凸台（302），与定法兰盘（1）和下壳体（4）上对应的凸台相连。

6.根据权利要求5所述的一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，其特征是，所述上壳体中的滑槽（301）形状类似于阶梯孔，斜楔（7）的伸出支撑（702）可搭放在阶梯上，滑槽（301）侧平面与斜楔（7）侧平面之间的距离应在0.1~0.5mm之间。

7.根据权利要求1所述的一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，其特征是，所述弹性元件（10）由弹性材料和金属制成，上下两端嵌有小段螺柱（1001），安装在转盘（11）和下壳体（4）之间，绕枢轴（12）均匀分布，具有一定的安装倾角，倾角范围为5°~20°。

8.根据权利要求1所述的一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，其特征是，所述转盘至少含有3个叶片（1101），叶片（1101）均匀分布，每个叶片（1101）上含有带螺纹孔的斜凸台（1102），斜凸台（1102）与弹性元件（10）上的螺柱（1001）螺纹连接，斜凸台（1102）倾斜角度为5°~20°。

9.根据权利要求1所述的一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，其特征是，所述枢轴前端（1201）为锥面，与关节轴承（8）内圈配合，枢轴中端（1202）端面均匀分布4个及其以上的通孔，与转盘（11）螺钉相连，枢轴末端（1203）端面均匀分布4个及其以上的螺纹孔，与动法兰盘（5）相连。

10.根据权利要求1所述的一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，其特征是枢轴前端（1201）与关节轴承（8）内圈配合，关节轴承（8）外圈与滑块（9）内的阶梯孔（901）配合，当外力作用在枢轴末端（1203）时，可使枢轴（12）带动滑块（9）进行位置偏移，相对滑块（9）进行角度偏移。

11.根据权利要求1所述的一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，其特征是，该被动柔顺装置能同时实现多个方向力的柔顺，可用于机器人力控领域。