CN216179329U - 带有调偏功能的打磨机器人末端执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有调偏功能的打磨机器人末端执行器，圆筒法兰与机器人末端连接，圆筒法兰另一侧与主梁连接，主梁上装有驱动轮组件，通过与驱动电机组件相连为执行器提供打磨动力，主梁上固定有张紧气缸和恒力执行气缸，张紧气缸与具有调偏功能的张紧轮组件连接，恒力执行气缸与接触轮组件连接，接触轮组件上固定安装一视觉传感器组件，以驱动轮、张紧轮和接触轮为支点支撑打磨砂带，张紧气缸伸出推动张紧轮以实现砂带张紧，砂带通过摩擦力带动接触轮与张紧轮旋转，接触轮外圈顶着砂带与工件表面实时接触，对目标位置实现打磨抛光。本实用新型可用于对工作空间狭小、工况复杂、操作灵活性较差以及大型不易移动的工件表面的打磨抛光。

Description

带有调偏功能的打磨机器人末端执行器

技术领域

本实用新型涉及智能打磨领域，特别是涉及一种带有调偏功能的打磨机器人末端执行器。

背景技术

伴随着科学技能飞速发展的今天，工业自动化和智能化正在迅速占据市场，打磨抛光行业的自动化也在迅速崛起。传统的打磨抛光设备多为固定刀具，而通过被夹持的工件在打磨刀具上的运动完成打磨，但是此方式多应用于小尺寸，易装夹的工件的磨抛，不适合大型工件磨抛，且应用灵活性较差。

为此，现有公开号为CN112123123A的中国实用新型专利公开了《一种机器人末端砂带机》，包括支座、驱动轮、接触轮、一个以上的张紧轮以及砂带；所述张紧轮安装在所述支座上并与所述支座之间间距可调，所述支座上连接有固定块，所述固定块上连接有一根以上的滑杆，第一滑块和第二滑块滑动安装在一根以上的所述滑杆上，所述第一滑块位于所述第二滑块的外侧，所述接触轮安装在所述第一滑块上，所述第二滑块的面向所述第一滑块的一侧安装有力度传感器，所述力度传感器和所述第一滑块之间连接有浮动弹簧，所述滑杆上套设有缓冲弹簧，且所述缓冲弹簧位于所述固定块和所述第二滑块之间。虽然该实用新型的砂带机可以做到力控打磨，自动化程度高，配合机器人灵活性较好；但结构较复杂，金属安装部件较多，对机器人末端承载造成负担，整体结构较笨重，不适合大型工件的打磨、抛光。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种带有调偏功能的打磨机器人末端执行器，其包括保护组件、圆筒法兰、打磨组件、视觉传感器组件和驱动电机，所述圆筒法兰的第一端与机器人末端固定连接，所述圆筒法兰的第二端与所述打磨组件的第一端固定连接，所述打磨组件的第二端设置有所述保护组件、所述驱动电机和所述视觉传感器组件；所述保护组件包括恒力执行气缸和主梁，所述主梁上设置有恒力执行气缸定位面、驱动轮组件安装孔、电机连接圆筒定位面、导向柱定位孔和张紧气缸定位面，所述恒力执行气缸定位面、所述张紧气缸定位面和所述恒力执行气缸定位面在空间上相互两两垂直设置；所述圆筒法兰包括连接杆、第一圆盘法兰和第二圆盘法兰，所述连接杆的第一端与所述第一圆盘法兰固定连接，所述第二圆盘法兰与所述连接杆的第二端固定连接；所述打磨装置包括驱动轮组件、张紧轮组件、张紧气缸、接触轮组件和砂带，所述驱动轮组件、张紧气缸、所述张紧轮组件和所述接触轮组件组成三角形结构，在所述三角形结构的外侧用所述砂带包覆；所述张紧气缸的第一端与所述张紧轮组件固定连接；所述驱动轮组件包括驱动轴轴承、驱动轴、圆柱套筒和驱动轮，所述驱动轴轴承与所述圆柱套筒紧密连接，所述圆柱套筒与所述驱动轮紧密连接，所述驱动轴轴承包括两个传动盘和传动杆，所述传动杆的两端与所述两个传动盘固定连接，所述驱动轴与所述驱动轴轴承固定连接；所述张紧轮组件包括张紧轮、压板、张紧轮支撑架、调整螺钉、锁紧螺母和旋转中心螺钉，所述张紧轮支撑架与所述张紧轮套设连接，所述张紧轮支撑架的第一端对称设置有两个所述调整螺钉，所述调整螺钉上设置有所述锁紧螺母，所述张紧轮支撑架的第二端设置有所述旋转中心螺钉；所述接触轮包括接触轮支撑架和接触轮，所述接触轮支撑架与所述接触轮套设连接，所述接触轮支撑架上设置有视觉传感器组件定位面，所述接触轮包括轮毂和接触层，所述接触层与所述轮毂套设连接；所述视觉传感器组件包括视觉传感器和防尘罩，所述防尘罩包括活动伸缩杆和防尘盖板，所述视觉传感器设置在所述防尘罩中。

优选地，所述驱动轮和所述张紧轮设置为中凸形结构，所述驱动轮和所述张紧轮的宽度均宽于所述砂带。

优选地，通过所述旋转中心螺钉的转动能够调整所述张紧轮的位置，使所述驱动轮、所述张紧轮和所述接触轮的三个轮心所确定的平面处于所述砂带的中央位置。

优选地，进行打磨工作时，利用所述恒力执行气缸内部气压变化测取所述接触轮上的正压力，通过反馈的正压力不断调整气压进一步调整所述恒力执行气缸的作用端伸出长度以调节磨削力。

优选地，所述活动推杆的伸出或缩回能带动所述防尘盖板打开或收回。

优选地，所述视觉传感器组件通过所述防尘罩与所述视觉组件定位面固定连接。

优选地，所述恒力执行气缸与所述恒力执行气缸定位面固定连接，所述驱动轮组件与所述驱动轮组件安装孔固定连接，所述驱动电机与所述电机连接圆筒定位面固定连接，所述导向柱定位孔与所述接触轮组件固定安装，所述张紧气缸定位面与所述张紧气缸的第二端固定连接。

优选地，所述恒力执行气缸为长方体结构，所述连接杆为空心圆柱结构。

优选地，所述第一圆盘法兰和所述第二圆盘法兰均为圆形板结构，所述第一圆盘法兰上开设有多个均匀的螺纹孔，所述第二圆盘法兰上开设有多个均匀的螺纹孔。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1.本实用新型的驱动轮和张紧轮设计成凸形结构，从而方便砂带对中定位，辅助张紧轮的调偏功能，能确保砂带均匀稳定的贴合三个轮子。

2.本实用新型打磨时可根据接触轮上的受力情况，调节输出打磨力，在工作过程中完成打磨误差补偿，实现恒力打磨，提高磨削质量。

3.本实用新型结构简单，重量较小，可用于工作空间狭小、工况复杂、操作灵活性较差以及一些大型不易移动的工件表面的打磨抛光。

4.本实用新型工作时，充分利用工业机器人的灵活性搭配体积较小的打磨执行器，使用视觉传感器对工件表面进行视觉扫描测量，并根据视觉传感器与接触轮在结构设计上固定的手眼关系，完成接触轮对目标位置的精确定位。

附图说明

图1为本实用新型所提供的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器整体组成示意图；

图2为本实用新型所提供的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器主梁结构图；

图3为本实用新型所提供的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器驱动轮组件结构图；

图4为本实用新型所提供的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器张紧轮组件结构图；

图5为本实用新型所提供的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器张紧轮组件左侧示意图；

图6为本实用新型所提供的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器张紧轮组件右侧示意图；

图7为本实用新型所提供的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器接触轮组件结构图；

图8为本实用新型所提供的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器视觉传感器组件结构图。

其中:1-机器人末端；2-圆筒法兰；3-张紧气缸；4-驱动轮组件；5-主梁；6-驱动电机组件；7-恒力执行气缸；8-视觉传感器组件；9-砂带；10-接触轮组件；11-张紧轮组件；12-恒力执行气缸定位面；13-驱动轮组件安装孔；15-电机连接圆筒定位面；16-导向柱定位孔；17-张紧气缸定位面；18-驱动轴轴承；19-驱动轴；20-圆柱套筒；21-驱动轮；22-张紧轮；23-压板；24-张紧轮支撑架；25-调整螺钉；26-锁紧螺母；27-旋转中心螺钉；28-接触轮支撑架；29-视觉传感器组件定位面；30-接触轮；31-轮毂；32-接触层；33-视觉传感器；34-防尘罩；35-防尘盖板；36-活动推杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所述为一种带有调偏功能的打磨机器人末端执行器的整体组成示意图，其中，圆筒法兰2法兰盘端与机器人末端1连接，圆筒法兰2的非法兰盘端与主梁5相连，起到连接打磨执行器和机器人的作用，承载整个打磨头的重量，圆筒法兰2的非法兰盘连接端设计了密肋结构，以增大连接端的刚度；主梁5上装有驱动轮组件4，通过与驱动电机组件6相连为执行器提供打磨动力，主梁5上固定有张紧气缸3和恒力执行气缸7，张紧气缸3与具有调偏功能的张紧轮组件11连接，恒力执行气缸7与接触轮组件10连接，接触轮组件10上又固定安装一视觉传感器组件8，以驱动轮21、张紧轮22和接触轮30为支点支撑砂带9。

如图2所述为主梁5的结构图，其材质为铸铁，主梁5包含有驱动轮组件安装孔13、电机连接圆筒定位面15、恒力执行气缸定位面12、张紧气缸定位面17和导向柱定位孔16，便于各设备组件集成的定位安装。具体地，主梁5整体固定在圆筒法兰2上，驱动轮组件安装孔13上装有驱动轮组件4，驱动电机组件6通过联轴器与驱动轮组件4相连，驱动电机组件6上的连接圆筒安装在电机连接圆筒定位面15上，垂直于电机连接圆筒定位面15设计伸出一块定位板，其上设计了恒力执行气缸定位面12，用以安装恒力执行气缸7，主梁5中间横放一块安装板，其上有张紧气缸定位面17，用于固定安装张紧气缸3，主梁5侧面开有3个定位孔，为导向柱定位孔16，用于接触轮组件10的安装，起到定位和引导接触轮做精准移动的作用。

如图3所述为驱动轮组件结构图，在驱动轴19中间安装有驱动轮21，二者间配以平键连接，驱动轮21右侧采用轴肩定位，左侧采用圆柱套筒20定位，在驱动轮21两端安装驱动轴轴承18，减小阻力并提高转动时的稳定性，驱动轴19左轴端开有键槽，用于连接联轴器。作为打磨执行器的动力输入与传递装置，驱动轮21为主动轮，且驱动轮21中间均设计为中凸形，凸起部分单边高度3mm，能有效防止砂带9在转动时中心出现位置偏移，且轮子宽度略宽于砂带9，避免执行器启动时砂带9可能出现少量横向移动损坏其它部件，同时使得砂带9在高速转动时不会对轮的侧面产生挤压，有效延长砂带9使用寿命。

如图4所示为张紧轮组件结构图，主要包括张紧轮22、压板23、张紧轮支撑架24，通过压板23和张紧轮支撑架24将轴端设计有水平台阶面的张紧轮轴固定，张紧轮22属于从动轮，在轮子内圈两端安装轴承，装于张紧轮轴上，在打磨执行器工作过程中，张紧轮组件11起到提供张紧力和辅助调偏的作用，整个张紧轮组件11通过外部的张紧轮支撑架24定位安装在张紧气缸3的作用端，通过控制张紧气缸3的伸出长度实现砂带9的张紧与松弛，可高效便捷更换砂带9，而调节张紧气缸22的气压还可调整砂带9张紧时的张紧力，在满足正常工作的情况下，调至合适的张紧力可提高磨削加工的效率和质量，对提高砂带7使用寿命也有一定的作用。

另外，为保证驱动轮21、张紧轮22、接触轮30的三个轮心所确定的平面处于砂带9中央位置，除了驱动轮21和张紧轮22中间设计成中凸形外，考虑到末端执行器在加工过程中存在的误差以及工作时会产生一定的振动等因素，故在张紧轮组件11中设计了砂带9的调偏机构，使张紧轮22的安装轴在径向能进行微小偏移以张紧轮组件11的位置，如图5-图6所示为张紧轮支撑架24左侧示意图，调整螺钉25能够实现轴的水平位置微调，一个调整螺钉25向里旋入一定微量，另一个调整螺钉25向外旋出相应距离，同时通过锁紧螺母26进行锁紧，以防止轴的位置再发生偏移，影响张紧轮22的位置；张紧轮22所处的阶梯轴右侧末端开有通孔，旋转中心螺钉27穿过轴孔，轴端水平台阶面与支架凸台水平重合。通过旋转调整螺钉25，使得张紧轮22的安装轴能以旋转中心螺钉27为中心在水平面内转动，使驱动轮21、张紧轮22及接触轮30的三个轮心所确定的平面处于砂带9的中央位置，再配合张紧轮22的中凸形表面，能够有效地调整砂带9位置。

如图7所示为接触轮组件结构图，接触轮30的轴系安装方式与张紧轮22的安装方式类似，均为被动轮安装方式，但其接触轮支撑架28设计一块伸出的定位板，用于与恒力执行气缸7的作用端固定，接触轮支撑架28可随恒力执行气缸7作用端不同的伸长量改变竖直位置，而为避免接触轮支撑架28随恒力执行气缸7移动时出现窜动导致接触轮30偏移对打磨精度产生影响，在接触轮支撑架28的上接触面与主梁5侧面的导向柱定位面上均开有三个光孔，用以安装导向柱，其结构本身起到定位和引导接触轮做精准移动的作用。

进行打磨抛光工作时，砂带9与加工工件表面直接接触，主要依靠砂带9与接触轮30之间的摩擦力驱动，其磨削效果和稳定性受其结构和材质影响较大，故设计接触轮30由内圈的轮毂31和外圈的接触层32组成，接触层32外表面开有凹槽以增大摩擦力，接触轮30作为被动轮安装于接触轮支撑架28；打磨过程中，接触轮30的外圈顶着砂带9与工件实时接触，利用与接触轮支撑架28相连的恒力执行气缸7内部气压变化测取打磨接触轮8上的正压力，当由于机器人安装误差以及打磨工件未处于完全水平状态等原因造成磨削力不稳定时，则调整恒力执行气缸7作用端的伸出长度以调节磨削力，实现磨削力的稳定输出，提高磨削质量。

如图8所示，为视觉传感器组件6，其整体安装于接触轮支撑架28侧面的视觉传感器组件定位面29上，包括视觉传感器33、防尘罩34、防尘盖板35、活动推杆36，视觉传感器33采用激光测量技术，其镜头发射激光需要进行防尘保护，故将其安装在防尘罩34内，防尘罩34既用于视觉传感器的安装又作为支撑架与接触轮支撑架28相连接，防尘罩34上方装有可滑动的防尘盖板35，防尘盖板35与活动推杆36的作用端相连接，活动推杆36的非作用端固定在防尘罩34侧方。视觉传感器33工作时，活动推杆36伸出带动防尘盖板35打开，视觉传感器33发射激光，检测目标工件的特征，检测完毕后活动推杆36缩回带动防尘盖板35收回，起到防尘保护的作用；另外，视觉传感器组件8整体通过防尘罩34固定安装于接触轮组件10上，这样可保证视觉传感器33与接触轮30的位置相对固定，即保证打磨时有固定的手眼关系，确保测量数据与执行目标间的一致性。

工作过程：

工作时，机器人带动末端执行器移动到工件的待打磨区域，启动视觉传感器33并运行活动推杆36带动防尘盖板35运动，打开防尘罩34，视觉传感器33检测工件特征，检测完毕后关闭防尘盖板；张紧气缸3的作用端伸出推动张紧轮组件11以驱动轮21、张紧轮22和接触轮30为支点张紧砂带9；驱动电机转动将转矩传递给驱动轮21，以其为主动轮通过与砂带9间的摩擦带动张紧的砂带转动，张紧轮22和接触轮30被砂带带动而被动旋转，机器人根据视觉传感器33采集的数据持续运动并带动执行器使接触轮30移动到目标打磨抛光区域以完成修磨。

综上，本实用新型的优点在于：驱动轮21和张紧轮22侧面设计成中凸形，方便砂带9对中，辅助张紧轮22的调偏功能，确保砂带9均匀稳定的贴合三个轮子；打磨时可根据接触轮30上的受力情况，调节输出打磨力，在工作过程中完成打磨误差补偿，实现恒力打磨，提高磨削质量；结构简单，重量较小，可用于工作空间狭小，工况复杂，操作灵活性较差以及一些大型不易移动的工件表面的打磨抛光，工作时，充分利用工业机器人的灵活性搭配体积较小的打磨执行器，使用视觉传感器33可对工件表面进行视觉扫描测量，并根据视觉传感器33与接触轮30在结构设计上固定的手眼关系，完成接触轮30对目标位置的精确定位。

本文中应用具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种带有调偏功能的打磨机器人末端执行器，其特征在于：其包括保护组件、圆筒法兰、打磨组件、视觉传感器组件和驱动电机，所述圆筒法兰的第一端与机器人末端固定连接，所述圆筒法兰的第二端与所述打磨组件的第一端固定连接，所述打磨组件的第二端设置有所述保护组件、所述驱动电机和所述视觉传感器组件；

所述保护组件包括恒力执行气缸和主梁，所述主梁上设置有恒力执行气缸定位面、驱动轮组件安装孔、电机连接圆筒定位面、导向柱定位孔和张紧气缸定位面，所述恒力执行气缸定位面、所述张紧气缸定位面和所述恒力执行气缸定位面在空间上相互两两垂直设置；

所述圆筒法兰包括连接杆、第一圆盘法兰和第二圆盘法兰，所述连接杆的第一端与所述第一圆盘法兰固定连接，所述第二圆盘法兰与所述连接杆的第二端固定连接；

所述打磨组件包括驱动轮组件、张紧轮组件、张紧气缸、接触轮组件和砂带，所述驱动轮组件、张紧气缸、所述张紧轮组件和所述接触轮组件组成三角形结构，在所述三角形结构的外侧用所述砂带包覆；所述张紧气缸的第一端与所述张紧轮组件固定连接；所述驱动轮组件包括驱动轴轴承、驱动轴、圆柱套筒和驱动轮，所述驱动轴轴承与所述圆柱套筒紧密连接，所述圆柱套筒与所述驱动轮紧密连接，所述驱动轴轴承包括两个传动盘和传动杆，所述传动杆的两端与所述两个传动盘固定连接，所述驱动轴与所述驱动轴轴承固定连接；所述张紧轮组件包括张紧轮、压板、张紧轮支撑架、调整螺钉、锁紧螺母和旋转中心螺钉，所述张紧轮支撑架与所述张紧轮套设连接，所述张紧轮支撑架的第一端对称设置有两个所述调整螺钉，所述调整螺钉上设置有所述锁紧螺母，所述张紧轮支撑架的第二端设置有所述旋转中心螺钉；所述接触轮包括接触轮支撑架和接触轮，所述接触轮支撑架与所述接触轮套设连接，所述接触轮支撑架上设置有视觉传感器组件定位面，所述接触轮包括轮毂和接触层，所述接触层与所述轮毂套设连接；

所述视觉传感器组件包括视觉传感器和防尘罩，所述防尘罩包括活动伸缩杆和防尘盖板，所述视觉传感器设置在所述防尘罩中。

2.根据权利要求1所述的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器，其特征在于：所述驱动轮和所述张紧轮设置为中凸形结构，所述驱动轮和所述张紧轮的宽度均宽于所述砂带。

3.根据权利要求1所述的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器，其特征在于：通过所述旋转中心螺钉的转动能够调整所述张紧轮的位置，使所述驱动轮、所述张紧轮和所述接触轮的三个轮心所确定的平面处于所述砂带的中央位置。

4.根据权利要求1所述的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器，其特征在于：进行打磨工作时，利用所述恒力执行气缸内部气压变化测取所述接触轮上的正压力，通过反馈的正压力不断调整气压进一步调整所述恒力执行气缸的作用端伸出长度以调节磨削力。

5.根据权利要求1所述的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器，其特征在于：所述活动伸缩杆的伸出或缩回能带动所述防尘盖板打开或收回。

6.根据权利要求1所述的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器，其特征在于：所述视觉传感器组件通过所述防尘罩与所述视觉传感器组件定位面固定连接。

7.根据权利要求1所述的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器，其特征在于：所述恒力执行气缸与所述恒力执行气缸定位面固定连接，所述驱动轮组件与所述驱动轮组件安装孔固定连接，所述驱动电机与所述电机连接圆筒定位面固定连接，所述导向柱定位孔与所述接触轮组件固定安装，所述张紧气缸定位面与所述张紧气缸的第二端固定连接。

8.根据权利要求1所述的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器，其特征在于：所述恒力执行气缸为长方体结构，所述连接杆为空心圆柱结构。

9.根据权利要求1所述的带有调偏功能的打磨机器人末端执行器，其特征在于：所述第一圆盘法兰和所述第二圆盘法兰均为圆形板结构，所述第一圆盘法兰上开设有多个均匀的螺纹孔，所述第二圆盘法兰上开设有多个均匀的螺纹孔。

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