CN207043958U - 一种模块化阵列式多工作头末端执行器 - Google Patents

Abstract

一种模块化阵列式多工作头末端执行器，包括若干个具有阵列排布的多旋转输出轴机构模块和驱动电机；若干个多旋转输出轴机构模块在驱动电机的驱动下由机械接口连接在工业机器人上；所述各个多旋转输出轴机构模块之间同轴布置，相邻两模块的传动轴首尾由十字滑块联轴器进行连接，且在两个相邻工作模块之间设置转接法兰，法兰上设置有螺栓连接孔；驱动电机将电机动力传递到上述若干个有阵列排布的多旋转输出轴机构模块上，驱动电机输出轴和若干个多旋转输出轴机构模块的输入轴由十字滑块联轴器连接；机械接口两侧各设有螺栓孔，以螺栓连接的方式将末端执行器连接到机器人上。

Description

一种模块化阵列式多工作头末端执行器

技术领域

本实用新型涉及一种模块化阵列式多工作头末端执行器，属于机床及工业机器人技术领域。

背景技术

众多工业产品如发动机叶片、卫浴五金件、汽车轮毂等，在生产过程中需要进行去毛刺、打磨和抛光，其最终目的是获得表面质量优良的合格工业品。目前的工业品的抛光打磨还属于劳动力密集型产业，虽然工业机器人和数控机床在此方面得到应用，但是抛光的效率还不高，工件磨抛的成本未最优化。

到目前为止，采用工业机器人和数控机床进行磨抛的应用或采用夹持单一主轴安装抛光轮的方法对工件进行磨抛；或采用夹持一个工件，靠近固定的抛光轮或砂带机进行磨抛。虽然上述方式部分地取代了人工磨抛，但是由于工业机器人和数控机床的成本较高且灵活性不如人手，因此其抛光效率与成本仍较高。

工业机器人和数控机床采用电机驱动，可实现远大于人的出力与运动精度。从发展的角度来看，工业机器人与数控机床应用于磨抛尚有很大的潜力有待挖掘。本实用新型即提出一种模块化阵列式多工作头末端执行器，安装于工业机器人与数控机床的工作端，实现一次装夹多个工件进行同步加工，可提高工业机器人与数控机床的加工效率，降低产品的生产成本。

此外，鉴于工业机器人与数控机床种类与型号繁多，模块化阵列式多工作头末端执行器需要适应不同型号的机床的工件空间与功率需求；因此本实用新型提出装置采用模块化设计，可根据工业机器人与数控机床的工作空间与功率参数进行按需求组装，以快速形成满足应用需求的高效阵列加工解决方案。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种模块化阵列式多工作头末端执行器，旨在解决现有技术中加工效率低、成本高、适应性差的问题。

一种模块化阵列式多工作头末端执行器，包括若干个具有阵列排布的多旋转输出轴机构模块和驱动电机。

若干个多旋转输出轴机构模块在驱动电机的驱动下由机械接口连接在工业机器人上。其中各个多旋转输出轴机构模块之间同轴布置，相邻两模块的传动轴首尾由十字滑块联轴器进行连接，且在两个相邻工作模块之间设置转接法兰，法兰上设置有螺栓连接孔；驱动电机将电机动力传递到上述若干个有阵列排布的多旋转输出轴机构模块上，驱动电机输出轴和若干个多旋转输出轴机构模块的输入轴由十字滑块联轴器连接。机械接口两侧各设有螺栓孔，以螺栓连接的方式将末端执行器连接到机器人上。

所述多旋转输出轴机构模块包括框架结构和机械传动机构。

所述框架结构用于安装固定机构传动装置，由多个侧板组成，在侧板的边缘处设置螺栓孔，用于将相邻侧板固连；所述框架的侧板两侧设置有弯边，弯边上有螺栓孔，可与其它多头机构模块的侧板螺接固连；

所述机械传动机构用于将电机动力传递到末端输出轴，包括输入传动轴、输出动力轴和齿轮组传力组件组成；所述输入传动轴两端采用轴承支撑，轴承安装在轴承座法兰内，法兰通过转接板螺接到传动装置框架结构上，输入传动轴的动力输入端设置有联轴器；输入传动轴上设置两个轴肩，轴肩处安装有齿轮组传力组件；所述齿轮组传力组件由主动锥齿轮和相啮合的从动锥齿轮组成，主动锥齿轮与输入传动轴采用键同轴连接，从动锥齿轮与输出动力轴之间亦采用键同轴连接；所述输出动力轴由一对轴承支撑，轴承安装在轴承座内，轴承座上有法兰边，与传动装置的框架结构之间通过螺栓连接。

所述驱动电机为带编码器的伺服电机，伺服电机可通过联轴器与输入传动轴同轴连接，或通过同步带与同步轮与输入传动轴平行连接；电机通过螺栓连接到所述多旋转输出轴工作模块的框架结构。

模块上的螺栓、键和轴承均采用标准件。

所述多旋转输出轴机构模块为模块化设计，即单个模块化的单元是独立可应用的，且多个模块化单元可自由组装，形成同步数量不同的阵列机构，即插即用；

所述多旋转输出轴机构模块的工作头数可周向拓展，即单个模块化的单元其输出动力轴可以有周向一列的结构，可以有周向两列、三列、四列的结构；

所述多旋转输出轴机构模块的工作头数可轴向拓展，即单个模块化的单元其齿轮传动组件可以有两个主动锥齿轮，可以有三个、四个、五个主动锥齿轮。

所述多旋转输出轴机构模块的工作头周向数量和轴向数量可根据工业机器人与数控机床的工作空间与功率参数等因素相互独立拓展。

所述多旋转输出轴机构模块的机械传动机构中可设置多个输入传动轴，传动轴首尾通过联轴器连接。

进一步地，所述齿轮组传力组件中可设置一个主动锥齿轮和多个相啮合的从动锥齿轮，实现旋转输出轴的周向拓展；

进一步地，模块化阵列式多工作头末端执行器可包含一个或多个具有阵列排布多个旋转输出轴的多头机构模块组成，相邻多头机构模块之间采用螺栓连接壳体侧板，采用联轴器连接输入传动轴；

进一步地，模块化阵列式多工作头末端执行器上，齿轮组传力组件中主动锥齿轮数量可以有一个到多个，对应的输出动力轴也成相应倍数增加，实现旋转输出轴的轴向拓展；

进一步地，模块化多旋转输出轴机构模块的输出动力轴可连接行星减速器，可进一步提高输出机构的负载能力。

采用以上技术方案，本实用新型与现有技术之间相比，具有如下优点：

本实用新型的阵列式多工作头末端执行器，可实现多个工件的一次装夹，同步加工，大大的提高了数控机床或工业机器人的工作效率；

本实用新型的模块化设计的阵列式多工作头末端执行器，由多个模块化多旋转输出轴机构模块拼接而成，输出轴数量可自由拓展，可大大提高机构设计的灵活性，按需求定制设计；

本实用新型的阵列式多工作头末端执行器，可通过齿轮组传力组件的减速比来调整设备最大输出力矩与转速，增强了产品的适用性；

本实用新型的阵列式多工作头末端执行器，采用齿轮组传力组件，一个主动齿轮与多个从动齿轮相啮合，可消除间隙，提高传动精度，并且具有良好的传动刚度；

本实用新型的阵列式多工作头末端执行器，采用齿轮组传力组件，其中与主动齿轮相啮合的从动齿轮数量可调整，增强了产品设计的灵活性；

附图说明：

图1是本实用新型的多工作头末端执行器与六轴工业机器人协调装配总体结构图。

图2是本实用新型的多工作头末端执行器与六轴工业机器人装配的末端结构示意图。

图3是本实用新型的多旋转输出轴机构模块外形结构示意图。

图4是本实用新型的多旋转输出轴机构模块内部传动结构示意图。

图5是仅含有一个八旋转输出轴机构模块组成的多工作头末端执行器示意图。

图6是含有两个八旋转输出轴机构模块组成的多工作头末端执行器示意图。

图7是一个进行周向拓展的六旋转输出轴机构模块的多工作头末端执行器示意图。

图8是一个进行周向拓展的四旋转输出轴机构模块的多工作头末端执行器示意图。

图9是含有三个进行周向拓展的四旋转输出轴机构模块的多工作头末端执行器示意图。

图10是一个进行轴向拓展的六旋转输出轴机构模块的多工作头末端执行器示意图。

图11是含有八旋转输出轴机构模块组成的多工作头末端执行器与六轴工业机器人装配的末端结构示意图。

图12是含有八旋转输出轴机构模块组成的多工作头末端执行器与六轴工业机器人装配的机械连接结构示意图。

附图标记说明：

1上侧板、2下侧板、3右侧板、4左侧板、5旋转输出轴、6输出轴法兰1、7转接板、8输入传动轴、9锁紧螺母、10轴承支撑法兰2、11从动锥齿轮、12主动锥齿轮、13工业机器人、14输出轴承座、15十字滑块联轴器、16伺服电机、17同步轮、18多旋转输出轴机构模块、19第一旋转轴、20第二旋转轴、21第三旋转轴、22第四旋转轴、23第五旋转轴、24第六旋转轴、25模块化阵列式多工作头末端执行器、26行星减速器、27与机器人机械接口、28六旋转输出轴机构模块、38四旋转输出轴机构模块、48八旋转输出轴机构模块、49多头末端执行器支架、50伺服电机承力框、51伺服电机承力框转轴、52承力框转轴轴承法兰、53工位伺服电机、54工位减速器、55连接框

具体实施方式：

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的一种模块化阵列式多工作头末端执行器是针对六轴工业机器人和数控机床提出的，可应用于机械加工领域的众多场合，如车轮毂去毛刺、摩托车浇铸件打磨、五金卫浴件抛光等。比如，本实用新型提出的模块化阵列式多工作头末端执行器可实现汽车轮毂的同步旋转抛光去毛刺加工。

图1～10显示了一种模块化阵列式多工作头末端执行器的总成与部分可实现结构形式。图1是本实用新型的多工作头末端执行器与六轴工业机器人协调装配总体结构图；图1中采用的是负载500kg工业机器人。工业机器人通过机械接口27与模块化阵列式多工作头末端执行器25连接，执行器25可在机器人带动下做空间六自由度运动，使所加工工件达到目标位置和处于期望的姿态；为了进一步提高输出机构的负载能力。多工作头末端执行器25的各输出动力轴上可安装行星减速器26。

图2标示出了图1中机器人13与多工作头末端执行器25之间的一种可实现的装配形式，即工业机器人13通过机械接口27与多工作头末端执行器25螺栓连接。多工作头末端执行器25由三个多旋转输出轴机构模块18通过螺栓固定连接组装而成，多工作头末端执行器25动力输入端面安装有伺服电机16，伺服电机输出轴和多旋转输出轴机构模块的输入轴由十字滑块联轴器15(图5)连接。

如图3、图4所示为本实用新型一个多旋转输出轴机构模块的实施例子。在图3和图4中，多旋转输出轴机构模块18的机构壳体由上侧板1、下侧板2、右侧板3、左侧板4通过螺栓连接而成。多旋转输出轴机构模块18的主传动轴为输入传动轴8，输入传动轴8上通过花键与两个主动锥齿轮12配合；输入传动轴8两侧通过轴承支撑，轴承安装在轴承支撑法兰10内，法兰10通过转接板7与多旋转输出轴机构模块18的上侧板1螺栓连接。对于每一个主动锥齿轮12可由四个从动锥齿轮11与之啮合；从动锥齿轮11安装在旋转输出轴5上，旋转输出轴5采用一对轴承进行支撑，轴承安装在输出轴承座14内，输出轴承座14上设置法兰边，通过螺栓与多个旋转输出轴机构模块18的侧板1、侧板2、侧板3、侧板4其中一个相连接，在旋转输出轴的伸出壳体的外侧，安装有转接用输出轴法兰6，用来安装外接设备如减速器等，轴法兰6通过螺栓与模块侧板1、2、3、4其中一个连接。输入传动轴8的主动输入端安装有联轴器15，以方便与上级输入的多旋转输出轴机构模块18的传动轴输出端相连或与伺服电机16的输出轴相连，输入传动轴8的输出端设置键槽，轴之间连接采用键连接。多旋转输出轴机构模块18各部件连接所用的螺栓、螺母、键以及配合所用的轴承均采用标准件。

如图5所示，为模块化阵列式多工作头末端执行器仅含有一个八旋转输出轴机构模块时的结构示意图，该模块输入端面安装有伺服电机16，伺服电机输出轴和该模块的输入传动轴由十字滑块联轴器15连接。

如图6所示，为模块化阵列式多工作头末端执行器含有两个八旋转输出轴机构模块18(a)和18(b)时的结构示意图，上侧板1(a)、1(b)和下侧板2(a)、2(b)两侧各设置有弯边，弯边上有螺栓孔，构成模块之间的转接法兰。八旋转输出轴机构模块18(a)和18(b)便通过侧板上的法转接兰由螺栓连接在一起。另外，八旋转输出轴机构模块18(a)和18(b)的传动轴8首尾之间通过十字滑块联轴器15连接。两个多旋转输出轴机构模块连接所用的螺栓、螺母、键均采用标准件。

实际实施过程中，根据需求多旋转输出轴机构模块18的数量可调整。

所述多头机构模块机械传动机构的齿轮组可设置一个主动锥齿轮12与多个从动锥齿轮11相啮合，那么单个模块化的单元其输出动力轴可以有周向四列的结构，可以有周向三列、两列、一列的结构；即模块化阵列式多工作头末端执行器上，齿轮组传力组件中与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮数量可以有一个到四个，对应的输出动力轴也有两到八个。

如图7所示，是具有六个旋转输出轴的多旋转输出轴机构模块的外形结构示意图，与八旋转输出轴机构模块18相比，六旋转输出轴机构模块28机械传动机构的齿轮组为个主动锥齿轮12与三个从动锥齿轮11相啮合，对应的输出动力轴5也就为六个。

如图8所示，是具有四个旋转输出轴的多旋转输出轴机构模块的外形结构示意图，与八旋转输出轴机构模块18相比，四旋转输出轴机构模块38机械传动机构的齿轮组为个主动锥齿轮12与两个从动锥齿轮11相啮合，对应的输出动力轴5也就为四个。

当多旋转输出轴机构模块机械传动机构的齿轮组中主动锥齿轮12与一个从动锥齿轮11相啮合时，其对应的输出动力轴5也就为两个。

进一步地，模块化多旋转输出轴机构模块的输出动力轴可连接行星减速器26，可进一步提高输出机构的负载能力。

进一步地，模块化阵列式多工作头末端执行器可包含一个或多个具有阵列排布多个旋转输出轴的多头机构模块组成，相邻多头机构模块之间采用螺栓连接壳体侧板，采用联轴器连接输入传动轴。

以四旋转输出轴机构模块为多旋转输出轴机构模块组装成末端执行器为例：

图9中的多工作头末端执行器25由三个四旋转输出轴机构模块38(a)、38(b)和38(c)组装而成。上侧板1(a)、1(b)、1(c)和下侧板2(a)、2(b)、2(c)两侧各设置有弯边，弯边上有螺栓孔，构成模块之间的转接法兰。四旋转输出轴机构模块38(a)、38(b)和38(c)便通过侧板上的法转接兰依次由螺栓连接在一起。另外，四旋转输出轴机构模块38(a)、38(b)和38(c)的传动轴8首尾之间通过十字滑块联轴器15连接。多工作头末端执行器25动力输入端面安装有伺服电机16，伺服电机输出轴和四旋转输出轴机构模块38(a)的输入轴由十字滑块联轴器15连接。工业机器人13通过机械接口27与多工作头末端执行器25螺栓连接。图中连接所用的螺栓、螺母、键和装配所需的轴承均采用标准件。

实际实施过程中，根据需求四旋转输出轴机构模块38的数量可调整。

作为更加普遍的情况，如图10，本实用新型提出的多旋转输出轴机构模块，内部的输入传动轴可有多个主动锥齿轮11，图10中含有六个主动锥齿轮11，主动输入轴8通过键连接与每一个主动锥齿轮连接，驱动从动锥齿轮并带动旋转输出轴转动，因此图10所示的多旋转输出轴机构模块含有六个一排旋转输出轴。图10所示的六旋转输出轴机构模块的输入单面安装有同步轮17，与电机16通过同步带连接传动。图中连接所用的螺栓、螺母、键和装配所需的轴承均采用标准件。

实际实施过程中，根据需求多旋转输出轴机构模块的所驱动轴向旋转轴的主动锥齿轮11的数量可调整。

进一步地，本实用新型工作头的周向数量和轴向数量可根据工业机器人与数控机床的工作空间与功率参数等因素相互独立拓展。

需要注意的是，当末端执行器的多旋转输出轴机构模块为周向拓展的八旋转输出轴机构模块时，受模块四个侧板空间的限制，无论模块的轴向输出轴数量多少，工业机器人不能再像图1、图2一样通过简单的机械接口27与末端执行器25的某一侧板相连接。为此，需要设计专门的机械连接装置。

如图11、图12所示为解决上述问题的一种设计思路。

在图11中，工业机器人13通过机械接口27与安装多头末端执行器25的支架49以螺纹连接的形式连接；模块化阵列式多工作头末端执行器25既可以在伺服电机16的驱动下实现旋转输出轴5的转动，又能在工位电机53的驱动下在多头末端执行器支架49上转动，从而实现工位的转换。

图12中的多工作头末端执行器25由三个八旋转输出轴机构模块48(a)、48(b)、48(c)组装而成，伺服电机16驱动提供动力。在图右侧，伺服电机承力框50安装在伺服电机16外侧并与八旋转输出轴机构模块48(c)的侧板通过螺栓相连接。伺服电机承力框50有良好的对中性，其尾部固定一个伺服电机承力框转轴51，转轴51通过轴承支撑，轴承安装在承力框转轴轴承法兰52内，法兰52与多头末端执行器支架49螺纹连接。在图左侧，八旋转输出轴机构模块48(a)的输入传动轴8同样通过轴承支撑，轴承安装在承力框转轴轴承法兰内，法兰与多头末端执行器支架49螺纹连接。模块48(a)的输入传动轴8通过联轴器与工位减速器54连接，工位减速器54由工位伺服电机53驱动，工位减速器54每旋转90°，末端执行器25的工位改变一次。为防止伺服电机16输入电线的过度缠绕，要求工位伺服电机53仅能驱动工位减速器54往复转动一周。工位伺服电机53和工位减速器54由键配合并通过螺栓连接在连接框55上，连接框55与支架49固定。其中多头末端执行器支架49为槽钢结构，为了增加其刚度和强度，与机械接口27相连接的部分设计加强筋。上述方案所用的螺栓、螺母、键和轴承均采用标准件。

以上所述仅为本实用新型的具有代表性的实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；如果不脱离本实用新型的精神和范围，对实用新型进得地修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型权利要求的保护范围当中。

Claims (6)

1.一种模块化阵列式多工作头末端执行器，其特征在于包括若干个具有阵列排布的多旋转输出轴机构模块和驱动电机；若干个多旋转输出轴机构模块在驱动电机的驱动下由机械接口连接在工业机器人上；所述各个多旋转输出轴机构模块之间同轴布置，相邻两模块的传动轴首尾由十字滑块联轴器进行连接，且在两个相邻工作模块之间设置转接法兰，法兰上设置有螺栓连接孔；驱动电机将电机动力传递到上述若干个有阵列排布的多旋转输出轴机构模块上，驱动电机输出轴和若干个多旋转输出轴机构模块的输入轴由十字滑块联轴器连接；机械接口两侧各设有螺栓孔，以螺栓连接的方式将末端执行器连接到机器人上；所述多旋转输出轴机构模块包括框架结构和机械传动机构；所述框架结构用于安装固定机构传动装置，由多个侧板组成，在侧板的边缘处设置螺栓孔，用于将相邻侧板固连；所述框架的侧板两侧设置有弯边，弯边上有螺栓孔，可与其它多头机构模块的侧板螺接固连；所述机械传动机构用于将电机动力传递到末端输出轴，包括输入传动轴、输出动力轴和齿轮组传力组件组成；所述输入传动轴两端采用轴承支撑，轴承安装在轴承座法兰内，法兰通过转接板螺接到传动装置框架结构上，输入传动轴的动力输入端设置有联轴器；输入传动轴上设置两个轴肩，轴肩处安装有齿轮组传力组件；所述齿轮组传力组件由主动锥齿轮和相啮合的从动锥齿轮组成，主动锥齿轮与输入传动轴采用键同轴连接，从动锥齿轮与输出动力轴之间亦采用键同轴连接；所述输出动力轴由一对轴承支撑，轴承安装在轴承座内，轴承座上有法兰边，与传动装置的框架结构之间通过螺栓连接；所述驱动电机为带编码器的伺服电机，伺服电机可通过联轴器与输入传动轴同轴连接，或通过同步带与同步轮与输入传动轴平行连接；电机通过螺栓连接到所述多旋转输出轴工作模块的框架结构。

2.根据权利要求1所述的一种模块化阵列式多工作头末端执行器，其特征在于：所述多旋转输出轴机构模块为模块化设计，即单个模块化的单元是独立可应用的，且多个模块化单元可自由组装，形成同步数量不同的阵列机构，即插即用。

3.根据权利要求1所述的一种模块化阵列式多工作头末端执行器，其特征在于：所述多旋转输出轴机构模块的工作头数可周向拓展，即单个模块化的单元其输出动力轴可以有周向一列的结构，可以有周向两列、三列、四列的结构。

4.根据权利要求1所述的一种模块化阵列式多工作头末端执行器，其特征在于：所述多旋转输出轴机构模块的工作头数可轴向拓展，即单个模块化的单元其齿轮传动组件可以有两个主动锥齿轮，可以有三个、四个、五个主动锥齿轮。

5.根据权利要求1所述的一种模块化阵列式多工作头末端执行器，其特征在于：所述多旋转输出轴机构模块的机械传动机构中可设置多个输入传动轴，传动轴首尾通过联轴器连接。

6.根据权利要求1所述的一种模块化阵列式多工作头末端执行器，其特征在于：模块化多旋转输出轴机构模块的输出动力轴可连接行星减速器，可进一步提高输出机构的负载能力。