CN109531619A - 一种机器人用柔性腕关节及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人用柔性腕关节，包括：外壳，其内部设置由空腔，且设置有连通空腔用以外界气压或液压设备的输入口；端盖，其与外壳的空腔开口固定连接，端盖上设有开口槽，端盖朝向空腔内部一侧设有若干凹槽；浮动块，与外壳之间形成密封腔，其包括套环和活动主体，所述套环置于空腔内紧贴外壳内壁且与外壳轴向滑动连接，套环内壁设置为球面状；活动主体一端伸入套环内，且伸入套环内一端与套环内壁形状相配合呈球面状，活动主体另一端由开口槽伸出端盖且与开口槽之间留有活动间隙，所述活动主体上设置有若干与凹槽配合的顶针，凹槽内径大于顶针外径，本发明可以多自由度移动。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域，更具体的说涉及一种机器人用柔性腕关节。
背景技术
目前工业机器人的应用越来越普遍，应用范围也越来越广，关节式工业机器人，由于自身结构的原因，重复精度相对较高，而定位精度较低。这个特点导致工业机器人在装配和加工领域应用受限。
现有的解决方式是采用高精度的六维力传感器，作为机器人和执行机构的过渡连接装置，六维力传感器能够检测x，y，z三个方向的力以及绕三个轴向的力矩。传感器所获得的力和力矩信号反馈给机器人的控制系统，从而使机器人做出相应的反应。但是该方式存在以下的不足：1.力传感器成本较高，反馈控制系统较复杂，不利于广泛的推广和应用。2.力反馈控制系统存在时间上的滞后性，碰撞发生以后系统延迟一定时间才会产生相应的动作，然而当控制系统作出响应时，工件可能已经被破坏了。
另一种解决方式是通过单轴气缸和伺服阀来控制气缸对工件的压力，但是该方式为单自由度机构只在一个方向上有作用，而工业中使用的六自由度机器人的运动自由度较多，执行工具和工件之间的接触通常是多维的。要满足需求就要采用多个单自由度机构串联起来，系统刚度降低，误差增大，控制变得复杂，成本上升。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种可以多自由度移动，解决机器人在装配和加工过程中，因不能灵活移动或信号反馈延迟，而导致的碰撞损坏工件的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种机器人用柔性腕关节，包括：
外壳，其内部设置由空腔，且设置有连通空腔用以外界气压或液压设备的输入口；
端盖，其与外壳的空腔开口固定连接，端盖上设有开口槽，端盖朝向空腔内部一侧设有若干凹槽；
浮动块，与外壳之间形成密封腔，其包括套环和活动主体，所述套环置于空腔内紧贴外壳内壁且与外壳轴向滑动连接，套环内壁设置为球面状；
活动主体一端伸入套环内，且伸入套环内一端与套环内壁形状相配合呈球面状，活动主体另一端由开口槽伸出端盖且与开口槽之间留有活动间隙，所述活动主体上设置有若干与凹槽配合的顶针，凹槽内径大于顶针外径。
进一步的所述凹槽呈锥状或球面状，顶针的端部呈弧面状。
进一步的所述外壳的内壁上设置有阶梯，外壳靠近端盖一侧的内径大于另一侧的内径，所述套环置于内径较大处，输入口位于内径较小处。
进一步的所述套环包括上环和下环，上环和下环固定连接，所述上环和下环之间设置有密封件。
进一步的所述浮动块上可拆卸连接有快换连接板。
进一步的所述外壳对应端盖的另一侧设置由用以与机械臂连接的法兰。
进一步的所述外壳的输入口处设置有快插接头。
一种机器人，包括机器人用柔性腕关节。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：浮动块与外壳可活动连接，两者之间构成一密封腔，并且密封腔内可充气体或液体并通过外部控制压力，从而在工作时的密封腔内，使浮动块受到外力和气体或液体压力的共同作用，在浮动块上顶针的配合下做出相应的浮动，从而能够找到相应的平衡力的点。当作用在工件上的外力大于密封腔内的气体或液体的压力时，浮动块可沿轴线方向移动或相对于轴线方向倾斜偏转，从而防止过大的作用力破坏工件或执行工具；在外力小于密封腔内的气体或液体压力时，浮动块能够在顶针及凹槽的配合引导下复位，使整个浮动块与外壳同轴且顶针顶在凹槽的底部；本发明能够使执行工具在受到超过设定的负载时自动避开工件的作用点进行浮动，在轴向可移动，在周向也可移动，且可同时发生作用，而后又可自动复位。
附图说明
图1为本发明机器人用柔性腕关节的立体结构图；
图2为本发明机器人用柔性腕关节的剖面结构示意图；
图3为本发明中浮动块轴向移动时的状态图；
图4为本发明中浮动块相对于轴线发生偏转时的状态图。
附图标记：1、外壳；12、阶梯；2、浮动块；21、套环；22、活动主体；3、端盖；4、快换连接板；5、快插接头；6、密封腔；71、顶针；72、凹槽；8、活动间隙。
具体实施方式
参照图1至图4对本发明机器人用柔性腕关节的实施例做进一步说明。
一种机器人用柔性腕关节，包括：
外壳1，其内部设置由空腔，且设置有连通空腔用以外界气压或液压设备的输入口；
端盖3，其与外壳1的空腔开口固定连接，端盖3上设有开口槽，端盖3朝向空腔内部一侧设有若干凹槽72；
浮动块2，与外壳1之间形成密封腔6，其包括套环21和活动主体22，所述套环21置于空腔内紧贴外壳1内壁且与外壳1轴向滑动连接，套环21内壁设置为球面状；
活动主体22一端伸入套环21内，且伸入套环21内一端与套环21内壁形状相配合呈球面状，活动主体22另一端由开口槽伸出端盖3且与开口槽之间留有活动间隙8，所述活动主体22上设置有若干与凹槽72配合的顶针71，凹槽72内径大于顶针71外径。
使用时，壳体一端连接机械臂，另一端连接执行工具(如抓手或具有驱动电机的刀具等)。
活动主体22与套环21的球面曲率相同，二者连接处始终保持密封状态。
如图2所示，通过输入口向密封腔6内通入气体或液体，使浮动块2具有背压，并通过外部设备设定密封腔6内(即背压)的压力，此时整个浮动块2被向壳体外顶，浮动块2上的顶针71将伸入至端盖3上凹槽72的底部，整个浮动块2处于正姿态，即浮动块2与外壳1同轴，在浮动块2伸出端盖3一端连接执行工具，执行工具正常进行对工件进行操作。
如图3所示，在工作时，若此时执行工具与工件之间的轴向作用力大于背压，浮动块2将通过套环21与壳体之间滑动而向密封腔6方向移动，浮动块2整体向密封腔6滑动距离a，避免执行工具或工件受到大于其承载力的刚性碰撞而损坏，而在执行工具与工件之间的轴向作用力小于背压后，整个浮动块2将自动复位，其中顶针71和凹槽72将进行对位导向，保证浮动块2与外壳1同轴。
如图4所示，在工作时，若此时执行工具与工件之间的径向作用力大于背压，浮动块2将通过活动主体22与套环21之间的球面配合转动，活动主体22与轴线偏转角度为b，此时顶针71始终处于凹槽72的范围内，并未脱出，其能够限制活动主体22偏转的范围，同时活动主体22与端盖3之间的活动间隙8也为活动主体22偏转提供保障，在执行工具与工件之间的径向作用力小于被压后，背压挤压浮动块2的活动主体22，活动主体22将通过顶针71与凹槽72的配合进行对位导向，使得整个浮动块2复位与外壳1同轴。
其中执行工具还可能同时在轴向和径向被挤压，此时套环21滑动，同时活动主体22转动，二者的运动相互独立，在此不做赘述。
本实施例中外壳1包括用于与机械臂连接的连接部分以及与浮动块2配合的套筒部分，本实施例中表述的为一体式，但不限于此，也可以是分体式，通过紧固件连接在一起。
其中端盖3与外壳1之间可采用紧固件进行固定，也可采用二者之间螺纹配合固定。
本实施例优选的所述凹槽72呈锥状或球面状，顶针71的端部呈弧面状，凹槽72的形状为底部至开口处其内径越来越大，顶针71可在凹槽72内自由活动，但无法脱出凹槽72的范围。
顶针71数量为三个、四个或者更多，浮动块2顶针71长度略长于设定的轴向位移，其顶端为球形或椭球形，当浮动块2进行轴向位移时浮动块2顶针71与端盖3凹槽72的配合部分不起限制作用；当浮动块2绕球心作摆动运动时，该配合部分在一定的角度范围内起限制作用。当浮动块2受外力作用时，通常是使浮动块2同时进行轴向的移动以及绕球心的摆动，配合外部输入的压力，可使机械手抓进行一定阻力的多自由度柔性运动，实现手爪的自适应定位。
本实施例优选的所述外壳1的内壁上设置有阶梯12，外壳1靠近端盖3一侧的内径大于另一侧的内径，所述套环21置于内径较大处，输入口位于内径较小处，阶梯12可以限制套环21的移动范围，保证顶针71始终处于凹槽72的范围内活动，其中外壳1对应阶梯12处可为一体设置，即加工时制出两直接不同的空腔，或采用分体式通过紧固件连接。
本实施例优选的所述套环21包括上环和下环，上环和下环固定连接，所述上环和下环之间设置有密封件，便于与活动主体22的装配，为了实现密封腔6的密封，可在需要的部位增加额外的密封部件。
本实施例优选的所述浮动块2上可拆卸连接有快换连接板4，可根据需要的执行工具更换不同的快换连接板4，使整个机器人能够使用不同的工具工作。
本实施例优选的所述外壳1对应端盖3的另一侧设置由用以与机械臂连接的法兰。
本实施例优选的所述外壳1的输入口处设置有快插接头5，即插即用，方便连接。
一种机器人，其利用上述的柔性腕关节。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种机器人用柔性腕关节，其特征在于，包括：
外壳，其内部设置由空腔，且设置有连通空腔用以外界气压或液压设备的输入口；
端盖，其与外壳的空腔开口固定连接，端盖上设有开口槽，端盖朝向空腔内部一侧设有若干凹槽；
浮动块，与外壳之间形成密封腔，其包括套环和活动主体，所述套环置于空腔内紧贴外壳内壁且与外壳轴向滑动连接，套环内壁设置为球面状；
活动主体一端伸入套环内，且伸入套环内一端与套环内壁形状相配合呈球面状，活动主体另一端由开口槽伸出端盖且与开口槽之间留有活动间隙，所述活动主体上设置有若干与凹槽配合的顶针，凹槽内径大于顶针外径。
2.根据权利要求1所述的机器人用柔性腕关节，其特征在于：所述凹槽呈锥状或球面状，顶针的端部呈弧面状。
3.根据权利要求1所述的机器人用柔性腕关节，其特征在于：所述外壳的内壁上设置有阶梯，外壳靠近端盖一侧的内径大于另一侧的内径，所述套环置于内径较大处，输入口位于内径较小处。
4.根据权利要求2或3所述的机器人用柔性腕关节，其特征在于：所述套环包括上环和下环，上环和下环固定连接，所述上环和下环之间设置有密封件。
5.根据权利要求4所述的机器人用柔性腕关节，其特征在于：所述浮动块上可拆卸连接有快换连接板。
6.根据权利要求5所述的机器人用柔性腕关节，其特征在于：所述外壳对应端盖的另一侧设置由用以与机械臂连接的法兰。
7.根据权利要求6所述的机器人用柔性腕关节，其特征在于：所述外壳的输入口处设置有快插接头。
8.一种机器人，其特征在于：包括如权利要求1-7中任意一项所述的机器人用柔性腕关节。
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