CN106393120A - 一种机器人末端执行器可重构装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人技术领域，具体地说是一种机器人末端执行器可重构装置。包括连接主盘、工具副盘、可换工具手爪、可换工具手指及工具副盘机架，其中工具副盘放置在工具副盘机架上，所述可换工具手爪与工具副盘可拆卸连接，所述可换工具手指与可换工具手爪可拆卸连接，所述连接主盘连接在机器人执行末端、可与工具副盘连接，通过可换工具手爪和可换工具手指的重构，实现不同规格及形状的零件夹取。本发明结构紧凑、末端执行器可重构且灵活可靠、适用范围广。

Description

一种机器人末端执行器可重构装置
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体地说是一种机器人末端执行器可重构装置。
背景技术
由于零件种类和规格的不同，工业机器人在进行例如上下料、分拣等作业操作时，需要根据零件形状和尺寸的不同，对机器人末端执行器的夹持手爪和手指进行快速的、可重构的替换。机器人可重构末端执行器是一套具有不同形状和尺寸特征的机械模块组成的，能以搭积木的方式通过机械模块之间简单、快速的组装和拆卸来改变末端执行器结构，提高工业机器人作业的适应性。
在目前研制的可替换末端执行器，替换手爪的接口的结构和尺寸不一致，降低了互换性；机械接口没有定位设计，增加各接口间的连接调整时间；机械接口缺少自动锁紧机构，降低了接口间连接的可靠性。上述问题的存在，直接影响了可重构末端执行器的灵活性、可靠性和实用性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种机器人末端执行器可重构装置。该装置结构紧凑、末端执行器可重构且灵活可靠、适用范围广。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种机器人末端执行器可重构装置，包括连接主盘、工具副盘、可换工具手爪、可换工具手指及工具副盘机架，其中工具副盘放置在工具副盘机架上，所述可换工具手爪与工具副盘可拆卸连接，所述可换工具手指与可换工具手爪可拆卸连接，所述连接主盘连接在机器人执行末端、可与工具副盘连接，通过可换工具手爪和可换工具手指的重构，实现不同规格及形状的零件夹取。
所述连接主盘包括主盘体、定位销、锁紧钢球、气动连杆、锁紧盘及连接盘，其中主盘体和连接盘均为中空结构、且相互连接，所述连接盘的内壁上沿周向设有多个与外壁连通的球形槽，所述气动连杆的一端与容置于主盘体腔体内的活塞连接，另一端与容置于连接盘腔体内的锁紧盘连接，所述锁紧钢球为多个、分别容置于所述连接盘内部的球形槽内，所述锁紧钢球通过锁紧盘的推动，可部分伸出连接盘的外侧，所述定位销设置于主盘体的下端面上、且至少为两个。
所述主盘体上设有単相回路气密通道，用于通气推动所述活塞向下运动，从而推动锁紧盘向下运动。
所述锁紧盘的外圆周上沿周向设有多个V型槽，分别用于锁紧多个锁紧钢球。
所述锁紧盘上的V型槽为90度槽，所述锁紧盘的端部具有锥度。
所述主盘体上设有气动控制模块，所述气动控制模块用于控制连接主盘和工具副盘的连接锁紧及控制气体流向、流量状态，实现对工具手指的夹紧和松开控制。
所述工具副盘包括工具盘体、连接端及刚性密封圈，其中工具盘体的下端与连接端连接，所述连接端用于与所述可换工具手爪连接，所述工具盘体的上端设有圆形凹槽，所述圆形凹槽的内壁上设有环形槽，所述刚性密封圈容置于该环形槽内，用于与连接主盘连接。
所述刚性密封圈上设有密封孔，用于将连接主盘和工具副盘内的气体通道连通。
所述工具副盘机架的上端设有多个用于放置工具副盘的工位，每个工位上设有用于固定工具副盘的一个或两个旋转气缸，所述工具副盘机架的底部设有地脚螺栓。
所述可换工具手爪包括短轴类零件工具手爪、长轴类零件工具手爪、环形类零件工具手爪及非规则形状类零件工具手爪。
本发明具有以下优点及有益效果：
1.本发明公开的一种机器人末端执行器可重构装置，所有主要部件中轴线重合，外框尺寸采用与机器人第六关节相同的圆盘结构，整体结构紧凑、体积小、惯量小。
2.本发明通过自动、快速替换工具副盘，可实现多种类型零件夹取替换。同时，通过气体单向回路，气动连杆和钢球所在的90°V型槽实现自锁功能，在气动控制模块失效、气压泄露不足时，保证连接主盘和工具副盘仍锁紧连接，防止工具副盘和工具手爪在机器人工作过程中脱落；同时，钢球运动机构的无弹簧设计，又能实现连接主盘和工具副盘可靠脱离。
3.本发明中连接主盘和工具副盘连接，采用止口、定位销的法兰设计，使连接准确快速；可换工具手指与工具手爪通过凹槽三面定位、螺钉手动连接固定，实现四个种类、不同尺寸规格零件的快速夹取替换。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的连接主盘的结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为本发明的连接主盘的剖视图；
图5为图4中的A处放大图；
图6为本发明的工具副盘的结构示意图；
图7为本发明的工具副盘的轴测图；
图8为本发明的工具副盘机架的结构示意图。
其中：1为连接主盘，2为工具副盘，3为可换工具手爪，4为可换工具手指，5为工具副盘机架，6为机器人第六关节腕口，7为连接法兰I，8为连接法兰II，9为旋转气缸，10为地脚螺栓，11为主盘体，12为定位销，13为锁紧钢球，14为气动控制模块，15为气动连杆，16为锁紧盘，17为连接盘，21为工具盘体，22为连接端，23为刚性密封圈，31为短轴类零件工具手爪，32为长轴类零件工具手爪，33为环形类零件工具手爪，34为非规则形状类零件工具手爪。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，一种机器人末端执行器可重构装置，包括连接主盘1、工具副盘2、可换工具手爪3、可换工具手指4及工具副盘机架5，其中工具副盘2放置在工具副盘机架5上，所述可换工具手爪3与工具副盘2可拆卸连接，所述可换工具手指4与可换工具手爪3可拆卸连接，所述连接主盘1的止口端通过连接法兰I7连接在机器人第六关节腕口上，通过机器人的驱动使连接主盘1与工具副盘2连接，通过可换工具手爪3和可换工具手指4的重构，实现不同规格及形状的零件夹取。
所述可换工具手爪3包括短轴类零件工具手爪31、长轴类零件工具手爪32、环形类零件工具手爪33及非规则形状类零件工具手爪34。
如图2-4所示，所述连接主盘1包括主盘体11、定位销12、锁紧钢球13、气动连杆15、锁紧盘16及连接盘17，其中主盘体11和连接盘17均为中空结构、且相互连接，所述连接盘17的内壁上沿周向设有多个与外壁连通的球形槽，所述气动连杆15的一端与容置于主盘体11腔体内的活塞连接，另一端与容置于连接盘17腔体内的锁紧盘16连接，所述锁紧钢球13为多个、分别容置于所述连接盘17内部的球形槽内，所述锁紧钢球13通过锁紧盘16的推动，可部分伸出连接盘17的外侧。所述定位销12设置于主盘体11的下端面上、且至少为两个。
所述主盘体11上设有単相回路气密通道，用于通气推动所述活塞向下运动，从而推动锁紧盘16向下运动。所述锁紧盘16的外圆周上沿周向设有多个V型槽，分别用于锁紧多个锁紧钢球13。
如图5所示，所述锁紧盘16上的V型槽的角度α为90度，所述锁紧盘16的端部具有锥度。
所述主盘体11上设有气动控制模块14，所述气动控制模块14用于控制连接主盘1和工具副盘2的连接锁紧及控制气体流向、流量状态，实现对工具手指的夹紧和松开控制。
如图6-7所示，所述工具副盘2包括工具盘体21、连接端22及刚性密封圈23，其中工具盘体21的下端与连接端22连接，所述连接端22用于与所述可换工具手爪3连接，所述工具盘体21的上端设有圆形凹槽，所述圆形凹槽的内壁上设有环形槽，所述刚性密封圈23容置于该环形槽内，用于与连接主盘1连接。通过主盘体止口和两个定位销实现与工具副盘2的定位、通过锁紧钢球13和气动控制模块4实现与工具副盘2的连接锁紧与松开。
所述刚性密封圈23上设有密封孔，用于将连接主盘1和工具副盘2内的气体通道连通。
如图8所示，所述工具副盘机架5的上端设有多个用于放置工具副盘2的工位，每个工位上设有用于固定工具副盘2的一个或两个旋转气缸9，所述工具副盘机架5的底部设有地脚螺栓10。
本发明的一实施例中，所述工具副盘机架5上设有四个工具副盘2，每个工具副盘2通过对称设置的两个旋转气缸9固定。四个工具副盘2的下端分别通过四个连接法兰8和螺栓安装短轴类零件工具手爪31、长轴类零件工具手爪32、环形类零件工具手爪33、非规则形状类零件工具手爪等4种类型工具手爪；最后根据当前作业需要，工具手指和工具手爪通过凹槽三面定位、螺钉手动连接固定，将不同尺寸规格的工具手指通过螺栓连接到可换工具手爪3上，同种零件不同尺寸规格的快速夹取替换。
所述工具副盘机架5主要由3根40X40X1000mm铝型材1根40X80X1000铝型材和多组旋转压紧气缸、多套地脚螺栓组成。首先将机架通过膨胀螺栓固定在地面上，然后将工具副盘2固定在机架上。
以上部件安装完成后，根据机器人夹取零件指令，如果夹取短轴类零件，首先机器人运动到工具副盘机架5的短轴类工具副盘正上方；然后机器人向下运动使主盘体11通过定位销12***工具副盘2；同时气动控制模块14的三位五通电磁阀工作，气体通过单向流通通道，将锁紧钢球13压入到V型环槽中，并且将刚性密封圈压紧，触发气动连杆处的接近开关，确认连接主盘1和工具副盘2连接锁紧；然后机器人向上运动，将短轴类工具副盘提出工具副盘机架5，同时工具副盘机架5的固定法兰处的接近开关触发，确认短轴类工具副盘脱离工具副盘机架5。
通过工具手爪和手指的可重构设计，实现一台机器人对四个种类、不同尺寸规格零件的快速夹取替换。所述工具副盘机架5实现工具副盘2的摆放与定位作用，并通过旋转压紧气缸及接近开关，检测确定工具副盘2已被机器人抓取与放下。
综上所述，所述连接主盘1的定位销12和锁紧钢球13，工具副盘的刚性密封圈及气动控制模块共同实现连接主盘1与工具副盘2快速地、自动地、可靠地连接与脱离，同时实现工具手指的夹紧和松开控制。所述连接主盘定位销前端采用1∶20锥度，通过螺纹固定在主盘体上，主盘体固定2个锥销，可实现双锥面锁紧，保证主盘和副盘间的快速定位；所述连接主盘和工具副盘上开有气体单向流通的通道，所述气动控制模块带有三位五通电磁阀使气体通过单向流通通道，所述连接主盘的锁紧钢球通过气动控制模块将主盘和副盘连接锁紧，并且锁紧钢球通过90°V型槽和盘体中间气动连杆可实现自锁功能，在气动控制模块失效、气压泄露不足时，保证主盘和副盘仍锁紧连接，防止副盘和手爪在机器人工作过程中脱落，同时钢球运动机构的无弹簧设计，又能实现连接主盘和工具副盘可靠脱离，所述刚性密封圈是当连接主盘和工具副盘连接后，主盘体气体通过密封圈的密封孔进入工具盘体，使气体从主盘体进入工具盘中无泄露现象，以保证钢球锁紧的气密性；所述气动控制模块控制气体流向、流量状态，实现对工具手指的夹紧和松开控制。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人末端执行器可重构装置，其特征在于，包括连接主盘(1)、工具副盘(2)、可换工具手爪(3)、可换工具手指(4)及工具副盘机架(5)，其中工具副盘(2)放置在工具副盘机架(5)上，所述可换工具手爪(3)与工具副盘(2)可拆卸连接，所述可换工具手指(4)与可换工具手爪(3)可拆卸连接，所述连接主盘(1)连接在机器人执行末端、可与工具副盘(2)连接，通过可换工具手爪(3)和可换工具手指(4)的重构，实现不同规格及形状的零件夹取。
2.根据权利要求1所述的机器人末端执行器可重构装置，其特征在于，所述连接主盘(1)包括主盘体(11)、定位销(12)、锁紧钢球(13)、气动连杆(15)、锁紧盘(16)及连接盘(17)，其中主盘体(11)和连接盘(17)均为中空结构、且相互连接，所述连接盘(17)的内壁上沿周向设有多个与外壁连通的球形槽，所述气动连杆(15)的一端与容置于主盘体(11)腔体内的活塞连接，另一端与容置于连接盘(17)腔体内的锁紧盘(16)连接，所述锁紧钢球(13)为多个、分别容置于所述连接盘(17)内部的球形槽内，所述锁紧钢球(13)通过锁紧盘(16)的推动，可部分伸出连接盘(17)的外侧，所述定位销(12)设置于主盘体(11)的下端面上、且至少为两个。
3.根据权利要求2所述的机器人末端执行器可重构装置，其特征在于，所述主盘体(11)上设有単相回路气密通道，用于通气推动所述活塞向下运动，从而推动锁紧盘(16)向下运动。
4.根据权利要求2所述的机器人末端执行器可重构装置，其特征在于，所述锁紧盘(16)的外圆周上沿周向设有多个V型槽，分别用于锁紧多个锁紧钢球(13)。
5.根据权利要求4所述的机器人末端执行器可重构装置，其特征在于，所述锁紧盘(16)上的V型槽为90度槽，所述锁紧盘(16)的端部具有锥度。
6.根据权利要求1所述的机器人末端执行器可重构装置，其特征在于，所述主盘体(11)上设有气动控制模块(14)，所述气动控制模块(14)用于控制连接主盘(1)和工具副盘(2)的连接锁紧及控制气体流向、流量状态，实现对工具手指的夹紧和松开控制。
7.根据权利要求1所述的机器人末端执行器可重构装置，其特征在于，所述工具副盘(2)包括工具盘体(21)、连接端(22)及刚性密封圈(23)，其中工具盘体(21)的下端与连接端(22)连接，所述连接端(22)用于与所述可换工具手爪(3)连接，所述工具盘体(21)的上端设有圆形凹槽，所述圆形凹槽的内壁上设有环形槽，所述刚性密封圈(23)容置于该环形槽内，用于与连接主盘(1)连接。
8.根据权利要求7所述的机器人末端执行器可重构装置，其特征在于，所述刚性密封圈(23)上设有密封孔，用于将连接主盘(1)和工具副盘(2)内的气体通道连通。
9.根据权利要求1所述的机器人末端执行器可重构装置，其特征在于，所述工具副盘机架(5)的上端设有多个用于放置工具副盘(2)的工位，每个工位上设有用于固定工具副盘(2)的一个或两个旋转气缸(9)，所述工具副盘机架(5)的底部设有地脚螺栓(10)。
10.根据权利要求1所述的机器人末端执行器可重构装置，其特征在于，所述可换工具手爪(3)包括短轴类零件工具手爪(31)、长轴类零件工具手爪(32)、环形类零件工具手爪(33)及非规则形状类零件工具手爪(34)。
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