CN207643124U - 一种多功能装配用机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及装配机器人技术领域，公开了一种多功能装配用机器人，其包括机器人手臂，所述机器人手臂倒挂在能够横向、纵向、竖直向移动的框架上，所述机器人手臂的下端设有快换接口，通过所述快换接口连接工具头，所述快换接口可旋转地与所述机器人手臂连接，所述机器人手臂上设有视觉检测系统和力感知系统。本实用新型能够辨认在工作中的障碍物，进一步保证了机器人本身和周围环境的安全；同时能够方便地更换工具头，实现不同零件的装配。

Description

一种多功能装配用机器人

技术领域

本实用新型涉及装配机器人技术领域，特别是涉及一种具有力感知视觉感知能力的多功能装配用机器人。

背景技术

产品零件的自动装配是我国制造业一直在研究的问题。为了实现制造4.0和车间生产智能化的工业目标，也为了进一步提高产品组装的质量与性能，要求设备自动化、智能化。对于铁路机车、航空航天器等重点制造领域来说，在进行产品的部装或总装时，其安装零件普遍较重，零件多，面对这样的实际条件，人工安装费时费力。虽然近年来我国的自动化装配技术正在稳步发展，一些有实力的厂家引进了市场上的关节机器人产品来进行装配作业生产，但是这些机器人首先要利用示教或编程的方式才能进行之后的自动作业，这需要车间的技生产人员具备一定的机器人基础知识，而且通常通过一个布满按键的控制器才能完成工作。此外关节机器人作业时，可能会发生因程序错误或示教不当而撞击周围的物体，造成设备损坏或工伤伤害。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种多功能装配用机器人，其具有视觉感知和力感知能力，能辨认在工作中的障碍物，进一步保证了机器人本身和周围环境的安全；同时，机器人具有快换功能，可以方便地更换工具头，实现不同零件的装配。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种多功能装配用机器人，其包括机器人手臂，所述机器人手臂倒挂在能够横向、纵向、竖直向移动的框架上，所述机器人手臂的下端设有快换接口，通过所述快换接口连接工具头，所述快换接口可旋转地与所述机器人手臂连接，所述机器人手臂上设有视觉检测系统和力感知系统。

其中，所述框架包括第一横梁和一对平行设置的第二横梁，所述第一横梁的两端可滑动地设于所述第二横梁上，所述第二横梁的两端下方均设有立柱，所述机器人手臂的一侧设有滑座，所述机器人手臂通过所述滑座沿所述第一横梁滑动。

其中，所述滑座的顶部设有电机，所述电机的输出轴连接有齿轮，所述机器人手臂的一侧固定设有齿条，所述齿条与所述齿轮啮合，通过电机驱动齿轮转动带动齿条上下移动。

其中，所述机器人手臂设有抱闸机构。

其中，所述视觉检测系统包括相连接的工业相机、辅助光源和视觉数据采集器，所述数据采集器连接至上位机，所述机器人手臂的四周均设有所述工业相机。

其中，所述力感知系统包括相连接的六维力传感器，专用电源和数据采集器，力数据采集器连接至所述上位机。

其中，所述机器人手臂的一侧设有控制把手。

其中，所述六维力传感器包括两个，一个所述六维力传感器设于所述快换接口与所述机器人手臂之间，另一个所述六维力传感器设于所述机器人手臂的一侧与所述控制把手之间。

其中，所述快换接口包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部安装在所述机器人手臂的末端，所述第二连接部安装在工具头的上端，所述第一连接部通过控制压缩空气快速夹紧或放下所述第二连接部。

其中，所述第一连接部包括压缩弹簧、锥形台、第一电气接口、钢球组以及两个锥形定位销，所述锥形台通过所述压缩弹簧连接在所述机器人手臂的末端，所述锥形台外设有外壳，所述外壳上设有压缩空气入口，所述锥形台的底端外壳内嵌有所述钢球组，所述外壳对应设有钢球出入口，两个所述锥形定位销分别设于所述外壳的底部钢球出入口的两侧；所述第二连接部包括壳体和设于所述壳体上的销孔、内环槽和第二电气接口，所述销孔的设置位置与所述锥形定位销的位置对应，所述内环槽的设置位置与所述钢球组的位置对应，当所述第一连接部与第二连接部夹紧后，所述锥形定位销插入所述销孔中，所述钢球组卡入所述所述内环槽中，所述第一电气接口与第二电气接口接触并连通。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的一种多功能装配用机器人，其包括机器人手臂，所述机器人手臂倒挂在能够横向、纵向、竖直向移动的框架上，所述机器人手臂的下端设有快换接口，通过所述快换接口连接工具头，所述快换接口可旋转地与所述机器人手臂连接，所述机器人手臂上设有视觉检测系统和力感知系统；从而能辨认在工作中的障碍物，进一步保证了机器人本身和周围环境的安全；同时，机器人带有快换功能，可以方便地更换工具头，实现不同零件的装配。

附图说明

图1为本实用新型一种多功能装配用机器人的立体示意图；

图2为本实用新型一种多功能装配用机器人的主视示意图；

图3为本实用新型一种多功能装配用机器人中机器人手臂的主视图；

图4为本实用新型一种多功能装配用机器人中机器人手臂的侧视图；

图5为本实用新型一种多功能装配用机器人的机器人手臂进行快换接头的示意图；

图中：1：立柱；2：第一横梁；3：第二横梁；4：机器人手臂；5：滑座；6：电机；7：快换接口；8：六维力传感器；9：工业相机； 10：控制把手；11：齿条；12：齿轮；13：第一连接部；14：第二连接部；15：压缩弹簧；16：锥形台；17：压缩空气入口；18：第一电气接口；19：锥形定位销；20：钢球组；21：销孔；22：内环槽；23：第二电气接口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种多功能装配用机器人，其包括机器人手臂4，所述机器人手臂4倒挂在能够横向、纵向、竖直向移动的框架上，实现空间三自由度的移动，所述机器人手臂4 的下端设有快换接口7，通过所述快换接口7连接工具头，能够迅速地更换各种工具头，以完成不同种类零件的的装配任务，所述快换接口7可旋转地与所述机器人手臂4连接，用于调整工具头空间三自由度的转动，所述机器人手臂4上设有视觉检测系统和力感知系统；从而能辨认在工作中的障碍物，进一步保证了机器人本身和周围环境的安全。在装配时，机器人根据作业内容选择相应的工具头，工具头上的夹持部分将待安装的零件夹紧定位，机器人手臂4将工具头移至指定位置，机器人手臂4的腕部关节旋转，调整好工具头的朝向，控制系统发出指令，工具头上的执行机构完成装配工艺动作，例如将拧紧套筒压向螺栓，之后工具头上的主轴旋转，将螺栓拧紧。

具体地，如图1和图2所示，所述框架包括第一横梁2和一对平行设置的第二横梁3，所述第一横梁2的两端可滑动地设于所述第二横梁 3上，所述第二横梁3的两端下方均设有起支撑和稳固作用的立柱1，所述机器人手臂4的一侧设有滑座5，滑座5设有卡口，滑座5通过卡口卡设在第一横梁2上，所述机器人手臂4通过所述滑座5沿所述第一横梁2滑动，机器人手臂4沿第一横梁2滑动以及第一横梁2沿第二横梁3 滑动均由电机6驱动。

具体地，如图3和图4所示，所述滑座5的顶部设有电机6，所述电机6的输出轴连接有齿轮12，所述机器人手臂4的一侧固定设有齿条 11，所述齿条11与所述齿轮12啮合，通过电机6驱动齿轮12转动带动齿条11上下移动，从而带动机器人手臂4在竖直方向上下移动。

其中，所述机器人手臂4设有抱闸机构，在需要时可将机器人手臂4限制在某一位置上，以实现机器人手臂4在移动过程中随时可靠地停止。

本实用新型的实施例中，所述视觉检测系统包括相连接的工业相机9、辅助光源和视觉数据采集器，所述数据采集器连接至上位机，所述机器人手臂4的四周均设有所述工业相机9。机器人工作时，辅助光源打开，便于工业相机9将近处障碍物与背景环境区分开来，多个工业相机9安装在机器人手臂4上，作用是实时采集检测距离内的物体图像，数据采集器收集处理图像信息，并将信息传送给上位机，安装在上位机的专用软件将分析视觉测量结果，以此得出周围障碍物与机器人之间的位置关系；通过加装视觉检测系统，机器人可以提前预测碰撞，保证设备和人员的安全。

本实用新型的实施例中，所述力感知系统包括相连接的六维力传感器8，专用电源和数据采集器，力数据采集器连接至所述上位机。专用电源用于给六维力传感器8供电，以维持其稳定的信号输出，数据采集器收集六维力传感器8收到的信号，并将信号传递给上位机，上位机中的软件将分析力信号的当前状态及变化过程；六维力传感器 8用于检测力矢量和力矩矢量。

本实用新型的实施例中，所述机器人手臂4的一侧设有控制把手 10，以使得本发明的机器人具有自动工作和手工操作两种模式，适应车间不同型号产品的混产。

其中，所述六维力传感器8包括两个，一个所述六维力传感器8 设于所述快换接口7与所述机器人手臂4之间，用于检测工具端的受力情况，在工具端的力发生改变时，力感知系统获得相关信息，系统据此判断是否发生装配干涉，另一个所述六维力传感器8设于所述机器人手臂4的一侧与所述控制把手10之间，六维力传感器8采集操作人员作用在把手上的力矢量与力矩矢量的大小、方向两方面的信息，以信号的形式将其传入机器人的控制系统。以操作人员通过把手输入的力大小以及方向为依据，控制系统判断操作者的意图并按设定好的程序让机器人以对应的方向和速度进行运动，以完成指定的装配动作。

本实用新型的实施例中，如图5所示，所述快换接口7包括第一连接部13和第二连接部14，所述第一连接部13安装在所述机器人手臂4 的末端，所述第二连接部14安装在工具头的上端，所述第一连接部13 通过控制压缩空气快速夹紧或放下所述第二连接部14。具体地，所述第一连接部13包括压缩弹簧15、锥形台16、第一电气接口18、钢球组 20以及两个锥形定位销19，所述锥形台16通过所述压缩弹簧15连接在所述机器人手臂4的末端，所述锥形台16外设有外壳，所述外壳上设有压缩空气入口17，所述锥形台16的底端外壳内嵌有所述钢球组20，所述外壳对应设有钢球出入口，两个所述锥形定位销19分别设于所述外壳的底部钢球出入口的两侧；所述第二连接部14包括壳体和设于所述壳体上的销孔21、内环槽22和第二电气接口23，所述销孔21的设置位置与所述锥形定位销19的位置对应，所述内环槽22的设置位置与所述钢球组20的位置对应，当所述第一连接部13与第二连接部14夹紧后，所述锥形定位销19插入所述销孔21中，所述钢球组20卡入所述所述内环槽22中，所述第一电气接口18与第二电气接口23接触并连通。在没有压力空气进入压缩空气入口17时，压缩弹簧15推动锥形台16 向下运动，将一组钢球组20压紧在外壳上，挤压作用将钢球组20凸出。当压缩空气从压缩空气入口17进入第一连接部13时，气压作用克服弹簧力，将锥形台16向上抬起，锥形台16不再压紧钢球组20，钢球组20 不再凸出。这时，机器人手臂4带着快换接口7的第一连接部13向下运动，第一连接部13的两个锥形定位销19插入快换接口7第二连接部14 的销孔21中，锥形定位销19插入后，压缩空气入口17不再通入压缩空气，压缩弹簧15将锥形台16向下压，迫使钢球组20卡入内环槽22中，实现快换接口7的两部分的快速锁紧。同时，第一电气接口18与第二电气接口23接触并精确连接到一起，电气动力可由从电气接口输送到电气接口中。

由以上实施例可以看出，本实用新型能够辨认在工作中的障碍物，进一步保证了机器人本身和周围环境的安全；同时能够方便地更换工具头，实现不同零件的装配。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能装配用机器人，其特征在于，包括机器人手臂，所述机器人手臂倒挂在能够横向、纵向、竖直向移动的框架上，所述机器人手臂的下端设有快换接口，通过所述快换接口连接工具头，所述快换接口可旋转地与所述机器人手臂连接，所述机器人手臂上设有视觉检测系统和力感知系统。

2.根据权利要求1所述的多功能装配用机器人，其特征在于，所述框架包括第一横梁和一对平行设置的第二横梁，所述第一横梁的两端可滑动地设于所述第二横梁上，所述第二横梁的两端下方均设有立柱，所述机器人手臂的一侧设有滑座，所述机器人手臂通过所述滑座沿所述第一横梁滑动。

3.根据权利要求2所述的多功能装配用机器人，其特征在于，所述滑座的顶部设有电机，所述电机的输出轴连接有齿轮，所述机器人手臂的一侧固定设有齿条，所述齿条与所述齿轮啮合，通过电机驱动齿轮转动带动齿条上下移动。

4.根据权利要求1所述的多功能装配用机器人，其特征在于，所述机器人手臂设有抱闸机构。

5.根据权利要求1所述的多功能装配用机器人，其特征在于，所述视觉检测系统包括相连接的工业相机、辅助光源和视觉数据采集器，所述数据采集器连接至上位机，所述机器人手臂的四周均设有所述工业相机。

6.根据权利要求5所述的多功能装配用机器人，其特征在于，所述力感知系统包括相连接的六维力传感器，专用电源和数据采集器，力数据采集器连接至所述上位机。

7.根据权利要求6所述的多功能装配用机器人，其特征在于，所述机器人手臂的一侧设有控制把手。

8.根据权利要求7所述的多功能装配用机器人，其特征在于，所述六维力传感器包括两个，一个所述六维力传感器设于所述快换接口与所述机器人手臂之间，另一个所述六维力传感器设于所述机器人手臂的一侧与所述控制把手之间。

9.根据权利要求1-8任一项所述的多功能装配用机器人，其特征在于，所述快换接口包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部安装在所述机器人手臂的末端，所述第二连接部安装在工具头的上端，所述第一连接部通过控制压缩空气快速夹紧或放下所述第二连接部。

10.根据权利要求9所述的多功能装配用机器人，其特征在于，所述第一连接部包括压缩弹簧、锥形台、第一电气接口、钢球组以及两个锥形定位销，所述锥形台通过所述压缩弹簧连接在所述机器人手臂的末端，所述锥形台外设有外壳，所述外壳上设有压缩空气入口，所述锥形台的底端外壳内嵌有所述钢球组，所述外壳对应设有钢球出入口，两个所述锥形定位销分别设于所述外壳的底部钢球出入口的两侧；所述第二连接部包括壳体和设于所述壳体上的销孔、内环槽和第二电气接口，所述销孔的设置位置与所述锥形定位销的位置对应，所述内环槽的设置位置与所述钢球组的位置对应，当所述第一连接部与第二连接部夹紧后，所述锥形定位销插入所述销孔中，所述钢球组卡入所述所述内环槽中，所述第一电气接口与第二电气接口接触并连通。