CN114536409B - 适用于机器人力过载故障恢复的柔性离合装置 - Google Patents

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Abstract

一种适用于机器人力过载故障恢复的柔性离合装置，包括：相连的执行固连机构、移动固连机构和连接驱动单元，其中：执行固连机构与执行机构相连，连接驱动单元与移动平台相连；的执行固连机构包括：依次相连的气缸筒、气缸盘、传动筒和引导盘；移动固连机构包括：依次相连的锥形销、移动盘和压紧螺母；连接驱动单元包括：依次相连的气缸机构和柔性牵引机构；本发明采用气动线驱的方式实现剥皮机构与机器人末端的分离和连接，可实现剥线机构与机械臂分离，卸掉机器人运动干涉力，确保机器人可上电继续工作，在剥皮机构姿态调整到电缆方向一致时，控制与机械臂连接，从而继续开展维护作业，提高了自动剥线作业的成功率，提高了生产效率和质量。

Description

适用于机器人力过载故障恢复的柔性离合装置
技术领域
本发明涉及的是一种机器人领域的技术，具体是一种适用于机器人力过载故障恢复的柔性离合装置，适用于机器人外部插装、拧螺钉、打磨等接触作业过程中，与作业对象或环境发生碰撞导致机器人力过载，出现卡死无法处理的情形，提高了生产效率和质量，提升了自动化和智能化水平。
背景技术
采用机器人或者自动剥线装置对高压电缆进行剥线操作时，时常出现剥线机构在剥线过程由于机器人运动方向与电缆方向不一致，导致剥皮机构在剥皮过程中与电缆出现运动干涉，机器人与剥皮机构连接处出现较大阻力，触发机器人安全保护，从而锁死机器人关节运动。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种适用于机器人力过载故障恢复的柔性离合装置，采用气动线驱的方式实现剥皮机构与机器人末端的分离和连接，针对将关节卡死状态下，可实现剥线机构与机械臂分离，卸掉机器人运动干涉力，确保机器人可上电继续工作，并且在剥皮机构姿态调整到电缆方向一致时，可控制将剥皮机构与机械臂连接，从而继续开展维护作业，提高了自动剥线作业的成功率，提高了生产效率和质量。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种柔性离合装置，包括：相连的执行固连机构、移动固连机构和连接驱动单元，其中：执行固连机构与执行机构相连，连接驱动单元与移动平台相连。
所述的执行固连机构包括：依次相连的气缸筒、气缸盘、传动筒和引导盘，其中：气缸筒与执行机构相连。
所述的移动固连机构包括：依次相连的锥形销、移动盘和压紧螺母，其中：锥形销两端对称设置于引导盘上并与连接驱动单元相连，移动盘通过压紧螺母与锥形销相连并与移动平台相连。
所述的连接驱动单元包括：依次相连的气缸机构和用于卸载机器人工具过载外力的柔性牵引机构，其中：柔性牵引机构分别与执行固连机构和移动固连机构相连，气缸机构设置于执行固连机构上实现柔性离合机构的开合。
所述的气缸机构包括：依次相连的气管、双向气缸和第一滑块，其中：气管分别设置于双向气缸的头部和尾部，双向气缸设置于气缸盘中心上，第一滑块设置于双向气缸的末端。
所述的双向气缸末端设有用于固定第一滑块的调节螺母。
所述的双向气缸上设有用于与气缸盘固定连接的气缸固定块。
所述的柔性牵引机构包括：依次相连的导轨、连接轴、第二滑块和牵引绳，其中：导轨设置于传动筒两侧，第二滑块设置于导轨上，连接轴穿过第一滑块的两侧并设置于第二滑块上，牵引绳一端设置于连接轴上，另一端穿过引导盘通过压紧螺母设置于锥形销上。
本发明涉及一种基于上述柔性离合装置的控制***，包括：控制模块以及依次相连的气泵、恒压阀、二位五通电磁阀和双向气缸，其中：控制模块分别与二位五通电磁阀和双向气缸相连，该控制模块包括：力过载报警单元、柔性离合装置开合控制单元、柔性离合装置压力检测单元和机器人故障消除单元，其中：力过载报警单元与柔性离合装置开合控制单元相连并传输故障恢复指令，柔性装置开合控制单元与二位五通电磁阀和双向气缸相连相连并传输柔性开合机构打开动作指令，柔性离合装置压力检测单元与机器人故障消除单元相连并传输末端工具已经与机器人可靠连接的确认信息，从而可解除机器人力故障报警。
所述的双向气缸上设有磁性开关。
技术效果
与现有技术相比，本发明能够在剥皮机构运动方向偏离导致机器人关节因力超载而出现报警卡死状态下，将剥皮机构和机器人关节分离，并在消除机器人报警信号后通过控制气缸将机器人关节和剥皮机构重新连接，从而恢复机器人作业；本发明内置双向气缸，与牵引绳固连，当气缸处于最小位置时，牵引绳拉紧，可将剥皮机构和机器人关节紧固，当气缸处于工作位置时，牵引绳松开，可卸掉剥皮机构和机器人关节之间的卡紧力，从而可在机器人控制器上消除报警。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明内部结构示意图；
图3为本发明气路控制示意图；
图中：剥线机构1、柔性离合装置2、机械臂3、气缸筒4、气缸盘5、传动筒6、引导盘7、锥形销8、移动盘9、压紧螺母10、气管11、双向气缸12、气缸固定块13、调节螺母14、第一滑块15、导轨16、连接轴17、第二滑块18、牵引绳19、气泵20、恒压阀21、二位五通电磁阀22、执行固连机构23、移动固连机构24、连接驱动单元25、气缸机构26、柔性牵引机构27、控制***28、磁性开关29。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种适用于机器人力过载故障恢复的柔性离合装置，其中包含：执行固连机构23、移动固连机构24和连接驱动单元25，其中：执行固连机构23通过螺纹与剥线机构1固定相连，连接驱动单元25通过螺纹与机械臂3同轴固定相连。
所述的执行固连机构24包括：依次相连的气缸筒4、气缸盘5、传动筒6和引导盘7，其中：气缸筒4与剥线机构1的安装端面固定相连。
所述的移动固连机构24包括：依次相连的锥形销8、移动盘9和压紧螺母10，其中：锥形销8两端对称设置于引导盘7上并与连接驱动单元25相连，用于提高重新连接的速度和准确度，移动盘9通过压紧螺母10与锥形销8螺纹配合并与机械臂3的安装端面相连。
所述的连接驱动单元25包括：依次相连的气缸机构26和柔性牵引机构27，其中：气缸机构26设置于气缸盘5上，柔性牵引机构27分别与传动筒6和锥形销8相连。
所述的气缸机构26包括：依次相连的气管11、用于减少缓冲和机械损耗的双向气缸12和第一滑块15，其中：气管11分别设置于双向气缸12的头部和尾部，用于提供动力控制双向气缸12活塞运动，双向气缸12设置于气缸盘5中心上，第一滑块15设置于双向气缸12活塞杆的末端。
所述的双向气缸12末端设有用于固定第一滑块的调节螺母14。
所述的双向气缸21上设有用于与气缸盘5固定连接的气缸固定块13。
所述的柔性牵引机构27包括：依次相连的导轨16、连接轴17、第二滑块18和牵引绳19，其中：导轨16设置于传动筒6两侧，第二滑块18设置于导轨16上两侧，可实现20mm行程的直线运动，连接轴17穿过第一滑块15两侧的配合孔并设置于两侧的第二滑块18上，牵引绳19一端设置于连接轴17上，另一端穿过引导盘7上的锥形孔通过压紧螺母10固定设置于锥形销8上，用于将双向气缸12活塞杆回缩的力传递给移动盘9。
所述的柔性离合装置采用牵引绳19连接机械臂3和剥皮机构1，当气缸处于最小位置时，牵引绳拉紧，可将剥皮机构和机器人关节紧固并保持恒定结合力，当气缸处于工作位置时，牵引绳松开，可卸掉剥皮机构和机器人关节之间的卡紧力，从而可在机器人控制器上消除报警。当机械臂3因外部力过载卡死报警后，通过双向气缸12张开运动使得剥皮机构1和机械臂3末端分离，卸去机械臂3末端的过载力，使得机械臂3恢复到正常作业状态；在双向气缸12恢复到初始状态后，连接机械臂3末端与剥皮机构1，确保其正常工作。
本实施例涉及一种基于上述柔性离合装置的控制装置，包括：依次相连的气泵20、恒压阀21、二位五通电磁阀22和双向气缸12，以及控制***28，其中：控制***28分别与二位五通电磁阀22和双向气缸12相连。
所述的双向气缸12上设有用于测量气缸活塞位置的磁性开关29，用于控制移动固连机构24和执行固连机构23分离的距离。
在正常工作状态下，控制二位五通电磁阀22使得双向气缸12的活塞杆收缩，带动第一滑块15和穿过第一滑块15的连接轴17运动，从而将力通过牵引绳19传递给锥形销8和移动盘9，移动盘9在拉力作用下和引导盘7贴合在轴向上固定位置，锥形销8与引导盘7上的锥形孔贴合，确定轴向位置，从而将机械臂3上的扭矩传递给剥线机构1实现转动。
当剥线机构1在剥线过程中超出了机械臂3的活动范围造成死机，控制二位五通电磁阀22使得双向气缸12的活塞杆伸长，根据需要可以使活塞杆完全伸长或者停留在磁性开关29的位置。双向气缸12伸长后，引导盘7和移动盘9可以在一定范围内分开，剥线机构1不再受到阻力可以顺利重启。重启后，控制二位五通电磁阀22使得双向气缸12的活塞杆收缩，锥形销8再次受到牵引绳19的拉力，依靠绳的引导和锥形孔的倾角以及锥形销8末端的半球形设计，可以顺利使锥形销8进入引导盘7的锥形孔中，从而重新回到工作状态。
在双向气缸的行程为20mm时，两侧机构能分离的最大距离为20mm，轴线偏差在±20°之间，可适合大部分机器人末端工具、执行机构和机器人末端之间的柔性可分离连接。
经过具体实际实验，在负载10KG的机器人检测到外力过载50％导致报警的具体环境下，以0.8MPa恒压参数启动，气缸缸径为20mm时，能够得到的实验数据是：在机器人0.5m/s运行时，机器人负载不大于10KG。
与现有技术相比，本装置相比于通过拆解机构解决运动干涉，从而减小机器人外力，消除机器人力过载报警的处理方式，具有快速、简单、安全、可靠的优点。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (7)

1.一种适用于机器人力过载故障恢复的柔性离合装置，其特征在于，包括：相连的执行固连机构、移动固连机构和连接驱动单元，其中：执行固连机构与执行机构相连，连接驱动单元与移动平台相连；
所述的连接驱动单元包括：依次相连的气缸机构和用于卸载机器人工具过载外力的柔性牵引机构，其中：柔性牵引机构分别与执行固连机构和移动固连机构相连，气缸机构设置于执行固连机构上实现柔性离合机构的开合；
所述的气缸机构包括：依次相连的气管、双向气缸、气缸固定块、调节螺母和第一滑块，其中：气管分别设置于双向气缸的头部和尾部，双向气缸通过气缸固定块设置于气缸盘中心上，第一滑块通过调节螺母设置于双向气缸的末端；
所述的柔性牵引机构包括：依次相连的导轨、连接轴、第二滑块和牵引绳，其中：导轨设置于传动筒两侧，第二滑块设置于导轨上，连接轴穿过第一滑块的两侧并设置于第二滑块上，牵引绳一端设置于连接轴上，另一端穿过引导盘通过压紧螺母设置于锥形销上。
2.根据权利要求1所述的柔性离合装置，其特征是，所述的执行固连机构包括：依次相连的气缸筒、气缸盘、传动筒和引导盘，其中：气缸筒与执行机构相连。
3.根据权利要求1所述的柔性离合装置，其特征是，所述的移动固连机构包括：依次相连的锥形销、移动盘和压紧螺母，其中：锥形销两端对称设置于引导盘上并与连接驱动单元相连，移动盘通过压紧螺母与锥形销相连并与移动平台相连。
4.根据权利要求1所述的柔性离合装置，其特征是，所述的双向气缸末端设有用于固定第一滑块的调节螺母。
5.根据权利要求1所述的柔性离合装置，其特征是，所述的双向气缸上设有用于与气缸盘固定连接的气缸固定块。
6.一种基于权利要求1～5中任一所述的柔性离合装置的控制***，其特征在于，包括：控制模块以及依次相连的气泵、恒压阀、二位五通电磁阀和双向气缸，其中：控制模块分别与二位五通电磁阀和双向气缸相连；该控制模块包括：力过载报警单元、柔性离合装置开合控制单元、柔性离合装置压力检测单元和机器人故障消除单元，其中：力过载报警单元与柔性离合装置开合控制单元相连并传输故障恢复指令，柔性装置开合控制单元与二位五通电磁阀和双向气缸相连并传输柔性开合机构打开动作指令，柔性离合装置压力检测单元与机器人故障消除单元相连并传输末端工具已经与机器人可靠连接的确认信息，从而可解除机器人力故障报警。
7.根据权利要求6所述的控制***，其特征是，所述的双向气缸上设有磁性开关。
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