CN114406869B - 一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，包括一壳体、一液压缸、一电机、两联轴器、一气滑环、一气胀轴、一平面打磨机构和一端面打磨机构；液压缸和电机位于壳体内，液压缸的活塞杆伸缩时，能推动电机在壳体内直线移动，电机的输出轴与气滑环的传动轴的一端采用联轴器A相连；气滑环的传动轴的另一端与气胀轴的一端采用联轴器B相连；气胀轴的另一端与夹头相连，夹头夹装端面打磨机构，壳体的正下方连接平面打磨机构，在电机座到达上限位时，端面打磨机构完全位于平面打磨机构内部的中空部分，在电机座到达下限位时，端面打磨机构位于平面打磨机构的外部，用于打磨。本发明能够有效节省切换刀具和重新定位的时间，使加工效率有所提升。

Description

一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器
技术领域
本发明属于叶片打磨技术领域，具体涉及一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器。
背景技术
目前，数控机床使用刀具进行加工零件时，往往需要多种刀具配合共同完成零件加工，在切换刀具时往往通过刀库进行切换，在切换之后重新对工件待加工表面的定位，这种定位方式比较麻烦，降低了效率。
现有的两种刀具切换往往是通过刀具盘转动进行切换，切换过程中，振动较大，且多次切换之后定位误差大，并且工作的角度也有限制，对于空间的要求较高。
在航空航天领域，生产出的叶片结构复杂，叶片表面需要进行打磨处理，一般由人工使用手工打磨机对叶片进行打磨，对工人技术要求较高，同时打磨效率低，打磨精度难以控制，工人劳动强度也很大，同时打磨中产生的粉尘危害工人身体健康。另外，由于叶片、叶根和叶冠的结构复杂，对叶片进行平面打磨的机构并不能很好的适用于叶根和叶冠部分的打磨，人工打磨时需要更换打磨机从而实现端面打磨，而频繁更换打磨机使得叶片打磨质量得不到保证。
近年来，工业机器人被广泛应用于打磨领域。使用工业机器人进行打磨不仅能保证打磨质量、提高打磨效率，同时保障操作者人身安全，改善劳动环境。而使用工业机器人打磨时，往往也只能实现一种打磨方式，对于不同打磨面也需要频繁更换打磨工具实现端面打磨和平面打磨的切换，每次更换打磨工具之后对于待加工面的定位时间较长，降低了打磨效率，同时对于工作台空间和程序编程要求较高。
因此，有必要设计一种准确定位且高效地进行端面打磨和平面打磨的刀具切换的机械臂末端执行器。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器。其中双刀具主要包括平面打磨刀具和端面打磨刀具的切换，在叶片打磨领域，本发明设计一种能完成叶片不同部位的打磨，端面打磨和平面打磨各自发挥优势，有机整合，实现一种打磨机构完成叶片不同部位的打磨。同时其端面打磨刀具可以切换为其他刀具，如打磨棒、钻头、铣刀、镗刀、铰刀或者丝锥，针对不同的加工应用场景，选择合适的刀具进行匹配加工，可以减少换刀时间，提高效率。
为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，包括一壳体、一液压缸、一电机、两联轴器、一气滑环、一气胀轴、一平面打磨机构和一端面打磨机构；
壳体为空心柱状体I和空心圆柱I构成的一体成型件，空心柱状体I位于空心圆柱I的上方且二者的中心轴位于一条直线上；壳体的正下方连接平面打磨机构；
壳体的外侧壁上设连接法兰，连接法兰用于连接工业机器人末端旋转轴；
壳体的顶部设可拆卸结构，用于连接液压缸；液压缸位于壳体内；
壳体的内侧壁上设两道以上的竖直方向的滑槽；
电机位于电机座内，电机座与液压缸的活塞杆连接；电机座上设滑动座，滑动座与滑槽配合用于稳定电机座的运动；液压缸的活塞杆伸缩时，能推动电机座在壳体内部沿滑槽的方向直线移动；
电机的输出轴与气滑环的传动轴的一端采用联轴器A相连；气滑环的传动轴的另一端与气胀轴的一端采用联轴器B相连；气胀轴的另一端与夹头相连，夹头夹装端面打磨机构；电机的输出轴、气滑环的传动轴、气胀轴的旋转轴和端面打磨机构的旋转轴位于一条直线上；
平面打磨机构由中心设通孔IV的圆盘结构和位于圆盘上表面的中空圆柱体构成的一体成型件，中空圆柱体的中空部分贯穿上下表面且横截面为圆形；平面打磨机构可更换磨头，对于不同精度要求和磨头磨损可以方便的更换；
端面打磨机构的旋转轴和平面打磨机构内部的中空部分的轴位于一条直线上；气胀轴位于平面打磨机构内部的中空部分，在电机座到达上限位时，端面打磨机构完全位于平面打磨机构内部的中空部分，在电机座到达下限位时，端面打磨机构位于平面打磨机构的外部，用于打磨。
端面打磨机构能够随电机的输出轴一起升降和旋转，并切换不同的打磨状态，切换过程电机不停机，在低速状态下对两种工作状态直接进行切换，并且不改变工作位置，对于两种状态切换过程重新定位的问题得到解决；电机座到达下限位时，平面打磨机构不会妨碍端面打磨机构工作，给端面打磨机构留有足够的工作空间，而电机座到达上限位时，端面打磨机构完全位于平面打磨机构内，对平面打磨机构不产生影响。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，端面打磨机构为打磨棒、钻头、铣刀、镗刀、铰刀或者丝锥。端面打磨机构可更换磨头，对于不同精度要求和磨头磨损可以方便的更换。
如上所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，壳体顶部的可拆卸结构为一可拆卸的连接板a，液压缸为后法兰式液压杆，后法兰式液压缸安装在连接板a上。
如上所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，电机座为空心柱状体II和空心圆柱II构成的一体成型件，空心柱状体II位于空心圆柱II的上方且二者的中心轴位于一条直线上；电机座的顶部设可拆卸的一连接板b，连接板b上设通孔II用于连接液压缸的活塞杆；电机座的空心柱状体II部分的底部有螺纹孔用于固定电机；电机座的空心圆柱II部分的下部开有通孔Ⅲ用以连接外部进气装置和放置定子固定杆。定子固定杆为圆柱杆件，和气滑环配合使用，满足尺寸要求即可。
如上所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，电机的输出轴所在电机座的部分的圆周设有通孔III；气滑环的定子部分与电机座通过定子固定杆相连并固定在电机座的通孔III上，且气滑环的进气口与电机座的通孔III对齐，并与外部进气装置相连(外部进气装置指气泵，相连时依据需要在壳体上打孔，气泵的气管穿过壳体与电机座上通孔III，进而与气滑环进气口相连)；气滑环的转子部分的气孔与气胀轴的进气孔用气管相连。这种设置孔和气管的方式使气胀轴旋转随气滑环转子部分旋转时仍能正常工作，保证不同工作状态下能够正常工作，而气管不会出现缠绕现象。
如上所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，连接板b上设通孔II用于连接液压缸的活塞杆是指：活塞杆尾部有一段螺纹，活塞杆的螺纹段穿过连接板b上的通孔II并由两个螺母进行连接固定。
如上所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，空心柱状体II为空心立方体结构，滑动座由一矩形框及其周围连接的2个以上的滑块组成，所述矩形框套设于电机座的外侧面上且二者能够固定(可以采用焊接的方式固定，也可以采用可拆卸的方式固定)，固定时，每个滑块分别位于一个滑槽内且二者滑动连接。
如上所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，壳体上固定有工业相机及检测装置；工业相机及检测装置用于对已打磨表面进行检测并反馈给控制器使其对加工路径和加工时间进行重新规划。
如上所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，气滑环的传动轴与联轴器B使用键连接，气胀轴与联轴器B也使用键连接。
如上所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，壳体的正下方连接平面打磨机构是指：平面打磨机构通过两个轴承与壳体的下方相连，平面打磨机构与两个轴承之间为过盈连接，一个轴承安装在空心柱状体I的底板的内部，另一个轴承安装在空心圆柱I内部，并分别用轴承端盖和螺栓固定在壳体上。
有益效果
(1)本发明的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，可以方便地在双刀具间，主要指平面打磨刀具加工和其他刀具加工两种工作状态间切换；
(2)本发明的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，可以使用多种加工方式对零件进行加工，可以对叶片进行全部位打磨，对于叶片使用平面打磨，而结构复杂的叶根叶冠部位使用端面打磨；
(3)本发明的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，能够有效节省切换刀具和重新定位的时间，使加工效率有所提升。
附图说明
图1为具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器的立体图；
图2为具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器在端面打磨时的结构示意图；
图3为具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器在平面打磨时的结构示意图；
图4为图2中II处放大图；
图5为气滑环上进气口与气管的位置关系示意图；
图6为壳体的结构示意图；
图7为连接板b的结构示意图；
图8为电机座的结构示意图；
图9为滑动座的结构示意图；
图10为平面打磨机构的结构示意图；
其中，1-液压缸，2-连接板b，3-电机，4-电机座，5-滑动座，6-滑槽，71-联轴器A，72-联轴器B，8-气滑环，9-气胀轴，10-夹头，11-端面打磨机构，12-轴承，13-平面打磨机构，14-轴承端盖，15-定子固定杆，16-工业相机，17-壳体，18-气管，301-电机3的输出轴，401-通孔Ⅲ，801-气滑环的进气口，802-气滑环的定子部分，803-气滑环的转子部分，804-气滑环的传动轴，805-气孔，901-气胀轴的进气孔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，如图1～图10所示，包括一壳体17、一液压缸1、一电机3、两联轴器、一气滑环8、一气胀轴9、一平面打磨机构13和一端面打磨机构11；
如图6所示，壳体17为空心柱状体I和空心圆柱I构成的一体成型件，空心柱状体I位于空心圆柱I的上方且二者的中心轴位于一条直线上；壳体的外侧壁上设连接法兰，连接法兰用于连接工业机器人末端旋转轴；壳体的内侧壁上设四道竖直方向的滑槽6；壳体17上固定有工业相机16及检测装置，用于对已打磨表面进行检测并反馈给控制器使其对加工路径和加工时间进行重新规划；
液压缸1位于壳体17内；且壳体17的顶部设置有一可拆卸的连接板a，液压缸1为后法兰式液压杆，后法兰式液压缸安装在连接板a上；
电机3位于电机座4内；如图8所示，电机座4为空心柱状体II和空心圆柱II构成的一体成型件，空心柱状体II位于空心圆柱II的上方且二者的中心轴线位于一条直线上；电机座4的顶部设置可拆卸的一连接板b 2，连接板b上设通孔II；液压缸1的活塞杆尾部有一段螺纹，活塞杆的螺纹段穿过连接板b(2)上的通孔II并由两个螺母进行连接固定；电机座4上设滑动座5，滑动座5由一矩形框及其周围连接的4个滑块组成，其矩形框套设于电机座4的外侧面上且二者能够固定(可以采用焊接的方式固定，也可以采用可拆卸的方式固定)，每个滑块分别位于一个滑槽6内且二者滑动连接，滑动座5与滑槽6配合用于稳定电机座4的运动；液压缸1的活塞杆伸缩时，能推动电机座4在壳体内部沿滑槽6的方向直线移动；电机座4的空心柱状体II为空心立方体结构，其底部有螺纹孔用于固定电机3；电机3的输出轴301所在电机座4的部分的圆周设有通孔III 401；
气滑环8的定子部分802与电机座4通过定子固定杆15相连并固定在电机座4的通孔III 401上，具体结构为：电机座4的空心圆柱II部分的下部开有通孔Ⅲ401，气滑环8的进气口801与电机座4的通孔III对齐，气泵的气管穿过壳体与电机座上通孔III，进而与气滑环进气口相连；气滑环8的转子部分803的气孔805与气胀轴9的进气孔901用气管18相连。通孔Ⅲ401内还放置定子固定杆15；定子固定杆15为圆柱杆件，和气滑环8配合使用。
气滑环8的传动轴804的一端与电机3的输出轴301采用联轴器A 71相连；气滑环8的传动轴804的另一端与气胀轴9的一端采用联轴器B 72相连，其中气滑环8的传动轴804与联轴器B 72使用键连接，气胀轴与联轴器B 72也使用键连接；气胀轴9的另一端与夹头10相连，夹头10夹装端面打磨机构11；
电机3的输出轴301、气滑环8的传动轴804、气胀轴9的旋转轴和端面打磨机构11的旋转轴位于一条直线上；
平面打磨机构13，如图10所示，由中心设通孔IV的圆盘结构和位于圆盘上表面的中空圆柱体构成的一体成型件，中空圆柱体的中空部分贯穿上下表面且横截面为圆形；平面打磨机构13可更换磨头，对于不同精度要求和磨头磨损可以方便的更换；平面打磨机构13通过两个轴承12与壳体17的下方相连，平面打磨机构13与两个轴承12之间为过盈连接，一个轴承安装在空心柱状体I的底板的内部，另一个轴承安装在空心圆柱I内部，并分别用轴承端盖14和螺栓固定在壳体17上；
端面打磨机构11为打磨棒、钻头、铣刀、镗刀、铰刀或者丝锥；端面打磨机构11的旋转轴和平面打磨机构13内部的中空部分的轴位于一条直线上；气胀轴9位于平面打磨机构13内部的中空部分；端面打磨机构11能够随电机3的输出轴一起升降和旋转；在电机座4到达上限位时，端面打磨机构11完全位于平面打磨机构13内部的中空部分，对平面打磨机构13不产生影响；在电机座4到达下限位时，端面打磨机构11位于平面打磨机构13的外部，平面打磨机构13给端面打磨机11留有足够的工作空间，不会妨碍端面打磨机构11工作；在平面打磨机构13和端面打磨机构11两者进行工作切换时，电机3不停机；对于不同精度要求和磨头磨损可以方便的更换。
一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，将该末端执行器安装在工业机器人末端，能随工业机器人的末端旋转轴旋转。具体打磨过程如下：
当需要进行端面打磨时，液压缸1工作，液压缸的活塞杆推动电机座4随滑槽6移动至下限位，此时端面打磨机构11完全伸出平面打磨机构13，随后外部气缸通气使气胀轴9上金属键胀起，使其与内壁完全胀紧，随后电机3工作带动端面打磨机构11工作，进行端面打磨，当从端面打磨状态切换到平面打磨工作状态时，气胀轴9放气，电机3减速，液压缸1工作使电机座4至上限位之后，气胀轴9再次充气与平面打磨机构13的内壁紧紧贴合，电机3提速，打磨状态切换完毕，此时电机不停机更换为平面打磨机构13，此时端面打磨机构11完全位于平面打磨机构13内部且此时气胀轴9部分也完全位于平面打磨机构13内并充气与平面打磨机构13的内壁紧紧贴合，由电机3带动进行平面打磨；当从平面打磨状态切换为端面打磨状态时，气胀轴9放气，随后液压缸1活塞杆上升，过程中电机3减速，重复端面打磨机构常态工作过程，待气胀轴9胀紧后电机3快速提速，切换完毕机器进行工作。

Claims (10)

1.一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，其特征是：包括一壳体(17)、一液压缸(1)、一电机(3)、两联轴器、一气滑环(8)、一气胀轴(9)、一平面打磨机构(13)和一端面打磨机构(11)；
壳体(17)为空心柱状体I和空心圆柱I构成的一体成型件，空心柱状体I位于空心圆柱I的上方且二者的中心轴位于一条直线上；壳体(17)的正下方连接平面打磨机构(13)；
壳体的外侧壁上设连接法兰，连接法兰用于连接工业机器人末端旋转轴；
壳体的顶部设可拆卸结构，用于连接液压缸(1)；液压缸(1)位于壳体(17)内；
壳体的内侧壁上设两道以上的竖直方向的滑槽(6)；
电机(3)位于电机座(4)内，电机座(4)与液压缸的活塞杆连接；电机座(4)上设滑动座(5)，滑动座(5)与滑槽(6)配合用于稳定电机座(4)的运动；液压缸(1)的活塞杆伸缩时，能推动电机座(4)在壳体内部沿滑槽(6)的方向直线移动；
电机(3)的输出轴(301)与气滑环(8)的传动轴(804)的一端采用联轴器A(71)相连；气滑环(8)的传动轴(804)的另一端与气胀轴(9)的一端采用联轴器B(72)相连；气胀轴(9)的另一端与夹头(10)相连，夹头(10)夹装端面打磨机构(11)；电机(3)的输出轴(301)、气滑环(8)的传动轴(804)、气胀轴(9)的旋转轴和端面打磨机构(11)的旋转轴位于一条直线上；
平面打磨机构(13)由中心设通孔IV的圆盘结构和位于圆盘上表面的中空圆柱体构成的一体成型件，中空圆柱体的中空部分贯穿中空圆柱体的上下表面且横截面为圆形；
端面打磨机构(11)的旋转轴和平面打磨机构(13)内部的中空部分的轴位于一条直线上；气胀轴(9)位于平面打磨机构(13)内部的中空部分，在电机座(4)到达上限位时，端面打磨机构(11)完全位于平面打磨机构(13)内部的中空部分，在电机座(4)到达下限位时，端面打磨机构(11)位于平面打磨机构(13)的外部，用于打磨。
2.根据权利要求1所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，其特征在于，端面打磨机构(11)为打磨棒。
3.根据权利要求1所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，其特征在于，壳体顶部的可拆卸结构为一可拆卸的连接板a，液压缸(1)为后法兰式液压缸，后法兰式液压缸安装在连接板a上。
4.根据权利要求1所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，其特征在于，电机座(4)为空心柱状体II和空心圆柱II构成的一体成型件，空心柱状体II位于空心圆柱II的上方且二者的中心轴位于一条直线上；电机座(4)的顶部设可拆卸的一连接板b(2)，连接板b(2)上设通孔II用于连接液压缸的活塞杆；电机座(4)的空心柱状体II部分的底部有螺纹孔用于固定电机(3)；电机座(4)的空心圆柱II部分的下部开有通孔Ⅲ(401)用以连接外部进气装置和放置定子固定杆(15)。
5.根据权利要求4所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，其特征在于，电机(3)的输出轴(301)所在电机座(4)的部分的圆周设有通孔III(401)；气滑环(8)的定子部分(802)与电机座(4)通过定子固定杆(15)相连并固定在电机座(4)的通孔III(401)上，且气滑环(8)的进气口(801)与电机座(4)的通孔III(401)对齐，并与外部进气装置相连；气滑环(8)的转子部分(803)的气孔(805)与气胀轴(9)的进气孔(901)用气管(18)相连。
6.根据权利要求4所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，其特征在于，连接板b(2)上设通孔II用于连接液压缸的活塞杆是指：活塞杆尾部有一段螺纹，活塞杆的螺纹段穿过连接板b(2)上的通孔II并由两个螺母进行连接固定。
7.根据权利要求4所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，其特征在于，空心柱状体II为空心立方体结构，滑动座(5)由一矩形框及其周围连接的2个以上的滑块组成，所述矩形框套设于电机座(4)的外侧面上且二者能够固定，固定时，每个滑块分别位于一个滑槽(6)内且二者滑动连接。
8.根据权利要求1所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，其特征在于，壳体(17)上固定有工业相机(16)及检测装置。
9.根据权利要求1所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，其特征在于，气滑环(8)的传动轴(804)与联轴器B(72)使用键连接，气胀轴与联轴器B(72)也使用键连接。
10.根据权利要求1所述的一种具备双刀具切换功能的机械臂末端执行器，其特征在于，壳体(17)的正下方连接平面打磨机构(13)是指：平面打磨机构(13)通过两个轴承(12)与壳体(17)的下方相连，平面打磨机构(13)与两个轴承(12)之间为过盈连接，一个轴承安装在空心柱状体I的底板的内部，另一个轴承安装在空心圆柱I内部，并分别用轴承端盖(14)和螺栓固定在壳体(17)上。
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