機器人有限柔性腕關節(jié)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種機器人有限柔性腕關節(jié)，屬于工業(yè)機器人技術領域，解決需要機器人手腕有柔性的技術問題。具體說包括小法蘭、芯套、關節(jié)軸承、十字殼、拉簧、十字滑塊、滾珠、壓簧、彈簧座和大法蘭等，小法蘭與芯套固定，芯套外有關節(jié)軸承，關節(jié)軸承外裝十字殼，十字殼內置十字滑塊，十字滑塊與十字殼軌道間埋滾珠，十字滑塊與大法蘭軌道間埋滾珠，十字滑塊與彈簧座間設壓簧保持位移原點，小法蘭與十字殼間設拉簧保持角度原點。機器人有限柔性腕關節(jié)有五自由度有限柔性，尤其適用于機器人往模具內精確植入嵌件的場合，解決因為要求機器人手腕三維坐標和空間姿態(tài)精確而需要對機器人進行極大難度、費時費力示教編程過程的業(yè)內難題。
【專利說明】
機器人有限柔性腕關節(jié)
技術領域
[0001]本實用新型屬于工業(yè)機器人技術領域，具體涉及一種機器人有限柔性腕關節(jié)。
【背景技術】
[0002]在注塑機注塑前需要往模具內預先嵌入零件的場合，當前主要采用人工手工預先嵌入和應用機器人自動預先嵌入兩種方式，而其中應用機器人自動預先嵌入零件至模具內的方式中，以目前技術都需要對機器人進行精確編程，必須依靠事先編程的精確程度和機器人本身的定位精度、重復定位精度來保證預先嵌入零件的嵌入精度。
[0003]當前技術存在以下問題:1.采用人工手工預先嵌入零件進模具的方式生產效率低，而且其安全性差;2.應用機器人自動預先嵌入零件進模具的方式，為保證預先嵌入零件準確進入模具型腔而需要對機器人進行精確編程的難度相當大;3.應用機器人自動嵌入零件進模具的方式，受機器人定位精度和重復定位精度的影響，存在有時無法準確嵌入而影響生產效率或者因嵌入件位置偏差致使產品報廢乃至預先嵌入零件不到位情況下合模而損壞模具的隱患;4.當模具從注塑機上拆下修理后，重新裝上注塑機恢復正常生產前，同樣還需要耗費很長的生產準備時間對機器人再次進行精確示教編程。

【發(fā)明內容】

[0004]針對當前技術中存在的諸多問題，本實用新型提出一種應用于機器人精確預先嵌入零件到注塑模具內場合的一種機器人有限柔性腕關節(jié)。
[0005]所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，包括與機器人腕部法蘭連接的小法蘭，其特征在于所述的小法蘭上安裝芯套，芯套外安裝關節(jié)軸承，關節(jié)軸承外安裝十字殼，十字殼上開有四組滾珠導軌槽，大法蘭上開有四組成十字分布導軌槽，大法蘭上四組十字分布導軌槽與十字殼上四組滾珠導軌槽之間均布十字滑塊I和十字滑塊II各兩組，十字滑塊I和十字滑塊II上開有空間十字交叉的導軌槽，十字滑塊I上部導軌槽與十字殼導軌槽之間埋入滾珠I和滾珠II，十字滑塊II上部導軌槽與十字殼導軌槽之間埋入滾珠III和滾珠IV，十字滑塊I和十字滑塊II下部導軌槽與大法蘭導軌槽之間埋入滾珠V和滾珠VI，十字滑塊I和十字滑塊II各端面外側統(tǒng)一從內到外依次安裝內擋片、密封墊、外擋片和壓板，十字滑塊I下部外側與彈簧座之間裝有壓簧I，十字滑塊II下部外側與彈簧座之間裝有壓簧II，十字滑塊I和十字滑塊II上部左外側與彈簧片I之間裝有壓簧III，十字滑塊I和十字滑塊II上部右外側與彈簧片II之間裝有壓簧IV，彈簧座固定于大法蘭外側，彈簧片I和彈簧片II固定于十字殼外偵U，小法蘭與十字殼之間通過支柱I和支柱II安裝拉簧I，小法蘭與十字殼之間通過支柱III和支柱IV安裝拉簧II。
[0006]所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于所述的芯套與十字殼之間安裝有關節(jié)軸承獲得三自由度轉角柔性功能。
[0007]所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于所述的十字殼導軌槽與大法蘭導軌槽之間安裝有十字滑塊I和十字滑塊II，并在配對導軌槽內埋入滾珠1、滾珠II和滾珠II1、滾珠IV來獲得二自由度位移柔性功能。
[0008]所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于所述的小法蘭與十字殼之間通過四組均布的支柱I和支柱II安裝拉簧I，通過四組均布的支柱III和支柱IV安裝拉簧II，四組正向預拉均布的拉簧I和四組反向預拉均布的拉簧II其所提供的預拉力相對于關節(jié)軸承球面回轉中心的力矩相互平衡，保持三自由度轉角原點初始狀態(tài)。
[0009]所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于所述的四組均布十字滑塊I下部外側與彈簧座I之間均裝有壓簧I，十字滑塊II下部外側與彈簧座II之間均裝有壓簧II，兩組均布的壓簧I和壓簧II處于預壓力兩兩相互平衡狀態(tài)，四組均布十字滑塊I上部左外側與彈簧片I之間裝有壓簧III，十字滑塊I上部右外側與彈簧片II之間裝有壓簧IV，壓簧III和壓簧IV處于預壓力相互平衡狀態(tài)，兩組預壓力平衡的壓簧I和壓簧II，四組預壓力平衡的壓簧III和壓簧IV，共同構建并保持二自由度位移原點初始狀態(tài)。
[0010]所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于需要機器人有限柔性腕關節(jié)實現(xiàn)角度柔性時，十字殼圍繞關節(jié)軸承轉動相應角度，四組均布的拉簧I和拉簧II預拉長度和預拉力發(fā)生對應的變化，待柔性關節(jié)需要復位至角度原點時，在四組均布的拉簧I和拉簧II初始狀態(tài)預拉力的平衡作用下，十字殼圍繞關節(jié)軸承逆向轉動相應角度復位至角度原點初始狀
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[0011]所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于需要機器人有限柔性腕關節(jié)實現(xiàn)位移柔性時，大法蘭與十字殼之間通過十字滑塊I借助滾珠I和滾珠II的滾動和十字滑塊II借助滾珠III和滾珠IV的滾動實現(xiàn)相應的位移，兩組壓簧I和壓簧II以及四組壓簧III和壓簧IV預壓長度和預壓力發(fā)生對應的變化，待柔性關節(jié)需要復位至位移原點時，在壓簧I和壓簧II以及壓簧III和壓簧IV初始狀態(tài)預壓力的平衡下，大法蘭沿十字殼軌道逆向移動相應位移復位至位移原點初始狀態(tài)。
[0012]所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于十字滑塊I和十字滑塊II導軌槽外各端面從內到外依次裝有內擋片、密封墊、外擋片和壓板，達到防止?jié)L珠脫落、潤滑脂保持和防塵的功能。
[0013]通過采用上述技術，與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果如下:
[0014]I)本實用新型通過設置五自由度的柔性機構，可以用低精度國產機器人替代高精度進口機器人完成向注塑模具埋入預嵌件工作，大幅降低機器人投資成本；
[0015]2)本實用新型通過設置五自由度的柔性機構，極大簡化機器人編程過程，對機器人位置和姿態(tài)編程調試精度要求降低至毫米級位移要求和度級角度要求，大幅縮短機器人調試時間；
[0016]3)本實用新型通過設置五自由度的柔性機構，在模具下線維修后再次安裝上注塑機時，不必重新對機器人進行編程，縮短生產準備時間使生產效率得以提高；
[0017]3)本實用新型通過設置五自由度的柔性機構獲得一種機器人有限柔性腕關節(jié)，可以消除目前生產技術中預嵌入件進入模具型腔時可能對機器人的產生的額外附加力，確保機器人剛度和精度穩(wěn)定性長期不受非正常負載的負面影響，柔性自動匹配功能可以使機器人以更高的運行速度把預嵌件埋入模具型腔，生產效率得以提高，可以在工業(yè)化生產中推廣。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的主視圖結構不意圖；
[0019]圖2為本實用新型的左視圖結構不意圖；
[0020]圖3為本實用新型的俯視圖結構不意圖。
[0021 ]圖中:1-小法蘭，2-芯套，3-關節(jié)軸承，4-十字殼，5-十字滑塊I，6_滾珠I，7_彈簧座I，8-壓簧I，9-大法蘭，10-滾珠II，11-壓簧II，12-彈簧座II，13-滾珠III，14-十字滑塊II，15-滾珠IV，16-支柱I，17-拉簧I，18-支柱II，19-彈簧片I，20-壓簧III，21-滾珠V，22-滾珠VI，23-內擋片，24-密封墊，25-外擋片，26-壓板，27-壓簧IV，28-彈簧片11，29-支柱III，30-拉簧II，31-支柱IV，32-拉簧III，33-拉簧IV，34-拉簧V，35-拉簧VI，36-拉簧VII，37-拉簧
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【具體實施方式】
[0022]以下結合說明書附圖對本實用新型作進一步的描述:
[0023]如圖1、圖2、圖3所示，機器人有限柔性腕關節(jié)，包括小法蘭I，所述的小法蘭I下面安裝芯套2，芯套2外面安裝關節(jié)軸承3，關節(jié)軸承3外面安裝十字殼4，十字殼4下面開有四組滾珠導軌槽，十字殼4下是大法蘭9，大法蘭9上面開有四組成十字分布導軌槽，大法蘭9上四組十字分布導軌槽與十字殼4下四組滾珠導軌槽之間均勻分布設置十字滑塊I 5和十字滑塊II 14各兩組，十字滑塊I 5和十字滑塊II 14側面開有兩組成空間十字交錯的導軌槽，十字滑塊I 5上部導軌槽與十字殼4導軌槽之間埋入滾珠16和滾珠II 10，十字滑塊II 14上部導軌槽與十字殼4導軌槽之間埋入滾珠III13和滾珠IV 15，十字滑塊I 5和十字滑塊II 14下部導軌槽與大法蘭9導軌槽之間埋入滾珠V21和滾珠VI22，十字滑塊I 5和十字滑塊II 14兩端面外側從內到外依次安裝內擋片23、密封墊24、外擋片25和壓板26，十字滑塊I 5下半部左外側與彈簧座I 7之間裝有壓簧I 8，十字滑塊II 14下半部右外側與彈簧座II 12之間裝有壓簧II 11，十字滑塊I 5和十字滑塊II 14上半部左外側與彈簧片I 19之間裝有壓簧11120，十字滑塊I 5和十字滑塊II 14上部右外側與彈簧片II 28之間裝有壓簧IV27，彈簧座I 7固定于大法蘭9外側，彈簧片I 19和彈簧片II 28固定于十字殼4外側，小法蘭I與十字殼4之間通過四組相對于中心軸線均布的支柱I 16和支柱II 18安裝拉簧117，小法蘭I與十字殼4之間通過四組相對于中心軸線均布的支柱III29和支柱IV31安裝拉簧II 3，四組均布的拉簧I 17和拉簧II 3處于預拉伸狀態(tài)，并且預拉力相互平衡，使小法蘭I與十字殼4之間處于有初始張緊力的平衡狀態(tài)。
[0024]本實用新型機器人有限柔性腕關節(jié)的小法蘭I安裝于機器人手臂前端法蘭處，當機器人連同本實用新型機器人有限柔性腕關節(jié)以及前端安裝的終端用戶執(zhí)行部件接近工作對象時，允許機器人手臂前端的終端用戶執(zhí)行部件的空間坐標和姿態(tài)在X方向位移、Y方向位移、繞X軸轉角、繞Y軸轉角、繞Z軸轉角等五自由度方向與理論正確空間坐標和姿態(tài)之間存在復合性誤差，本實用新型機器人有限柔性腕關節(jié)可以自動補償該復合性誤差，具體實現(xiàn)過程如下:
[0025]I)機器人手臂前端法蘭實際坐標與理論正確坐標之間存在X方向位移誤差需要修正時，本柔性腕關節(jié)十字殼4和大法蘭9之間在X方向左右兩端安裝的壓簧I 8和壓簧II 11，一側壓簧壓縮量增大，同時另一側壓簧預壓縮量縮小，大法蘭9相對于十字殼4沿X方向修正位移，從而達到自動修正機器人前端法蘭坐標X方向位移偏差目的，如圖1所示；
[0026]2)機器人手臂前端法蘭實際坐標與理論正確坐標之間存在Y方向位移誤差需要修正時，本柔性腕關節(jié)十字殼4和大法蘭9之間在Y方向左右兩端安裝的壓簧II120和壓簧IV27，一側壓簧壓縮量增大，同時另一側壓簧預壓縮量縮小，大法蘭9相對于十字殼4沿Y方向修正位移，從而達到自動修正機器人前端法蘭坐標Y方向位移偏差目的，如圖2所示；
[0027]3)機器人手臂前端法蘭實際空間姿態(tài)與理論正確空間姿態(tài)之間存在繞X軸轉角誤差需要修正時，當柔性腕關節(jié)十字殼4相對于小法蘭I圍繞穿透關節(jié)軸承中心點的X軸順時針旋轉來修正機器人手臂前端法蘭X軸轉角誤差時，如圖3所示的拉簧II 30和拉簧III32拉伸量增大的同時拉簧VI35和拉簧VII36預拉伸量縮??；當柔性腕關節(jié)十字殼4相對于小法蘭I沿穿透關節(jié)軸承中心點的X軸逆時針旋轉來修正機器人手臂前端法蘭X軸轉角誤差時，如圖3所示的拉簧11 30和拉簧11132預拉伸量縮小的同時拉簧VI35和拉簧VII36拉伸量增大；當機器人手臂前端法蘭撤離工作區(qū)域需要繞X軸轉角復位至原點時，拉簧1130、拉簧III32以及拉簧VI35、拉簧VII36均恢復至初始預拉伸長度狀態(tài)；
[0028]4)機器人手臂前端法蘭實際空間姿態(tài)與理論正確空間姿態(tài)之間存在繞Y軸轉角誤差需要修正時，當柔性腕關節(jié)十字殼4相對于小法蘭I在圍繞穿透關節(jié)軸承中心點的Y軸順時針旋轉來修正機器人手臂前端法蘭Y軸轉角誤差時，如圖3所示的拉簧I 17和拉簧VIII
(37)拉伸量增大的同時拉簧IV33和拉簧V34預拉伸量縮??；當柔性腕關節(jié)十字殼4相對于小法蘭I在圍繞穿透關節(jié)軸承中心點的Y軸逆時針旋轉來修正機器人手臂前端法蘭Y軸轉角誤差時，如圖3所示的拉簧I 17和拉簧VIII(37)預拉伸量縮小的同時拉簧IV33和拉簧V34拉伸量增大；當機器人手臂前端法蘭撤離工作區(qū)域需要繞Y軸轉角復位至原點時，拉簧I 17、拉簧VIII (37)以及拉簧IV33、拉簧V34均恢復至初始預拉伸長度狀態(tài)；
[0029]5)機器人手臂前端法蘭實際空間姿態(tài)與理論正確空間姿態(tài)之間存在繞Z軸轉角誤差需要修正時，如圖3所示，當柔性腕關節(jié)十字殼4相對于小法蘭I在圍繞穿透關節(jié)軸承中心點的Z軸順時針旋轉來修正機器人手臂前端法蘭Z軸轉角誤差時，拉簧II 30、拉簧IV33、拉簧VI35和拉簧VIII (37)拉伸量增大的同時拉簧I 17、拉簧11132、拉簧￥34和拉簧￥1136預拉伸量縮小；當柔性腕關節(jié)十字殼4相對于小法蘭I在圍繞穿透關節(jié)軸承中心點的Z軸逆時針旋轉來修正機器人手臂前端法蘭Z軸轉角誤差時，拉簧II 30、拉簧IV33、拉簧VI35和拉簧VIIK37)預拉伸量縮小的同時拉簧I 17、拉簧II132、拉簧V 34和拉簧VII36拉伸量增大；當機器人手臂前端法蘭撤離工作區(qū)域需要繞Z軸轉角復位至原點時，拉簧II 30、拉簧IV33、拉簧VI35、拉簧VIII (37)以及拉簧I 17、拉簧11132、拉簧V34、拉簧VII36均恢復至初始預拉伸長度狀態(tài)；
[0030]本實用新型通過采用上述技術，得到的機器人有限柔性腕關節(jié)，以兩組預壓狀態(tài)的壓簧I 8、壓簧II 11和四組預壓狀態(tài)的壓簧11120、壓簧IV27聯(lián)合補償X、Y方向位移誤差，以預拉狀態(tài)的拉簧II 30、拉簧IV33、拉簧VI35、拉簧VIII(37)和拉簧I 17、拉簧11132、拉簧V34、拉簧VII36聯(lián)合補償Χ、Υ、Ζ軸轉角誤差，實現(xiàn)機器人腕關節(jié)五自由度柔性。
【主權項】
1.機器人有限柔性腕關節(jié)，包括與機器人腕部法蘭連接的小法蘭(I)，其特征在于所述的小法蘭(I)下安裝芯套(2)，芯套(2)外安裝關節(jié)軸承(3)，關節(jié)軸承(3)外安裝十字殼(4)，十字殼(4)下開有四組滾珠導軌槽，大法蘭(9)上開有四組成十字分布導軌槽，大法蘭(9)上四組十字分布導軌槽與十字殼(4)下四組滾珠導軌槽之間均布十字滑塊1(5)和十字滑塊II(14)各兩組，十字滑塊1(5)和十字滑塊11(14)上開有成空間十字交錯的導軌槽，十字滑塊I(5)上部導軌槽與十字殼(4)導軌槽之間埋入滾珠I (6)和滾珠11(10)，十字滑塊II (14)上部導軌槽與十字殼(4)導軌槽之間埋入滾珠111(13)和滾珠IV(15)，十字滑塊1(5)和十字滑塊II(14)下部導軌槽與大法蘭(9)導軌槽之間埋入滾珠V(21)和滾珠VI(22)，十字滑塊I(5)和十字滑塊11(14)各端面外側統(tǒng)一從內到外依次安裝內擋片(23)、密封墊(24)、外擋片(25)和壓板(26)，十字滑塊1(5)下部左外側與彈簧座1(7)之間裝有壓簧I (8)，十字滑塊11(14)下部右外側與彈簧座11(12)之間裝有壓簧11(11)，十字滑塊1(5)和十字滑塊11(14)上部左外側與彈簧片1(19)之間裝有壓簧111(20)，十字滑塊1(5)和十字滑塊11(14)上部右外側與彈簧片11(28)之間裝有壓簧IV(27)，彈簧座1(7)固定于大法蘭(9)外側，彈簧片1(19)和彈簧片II (28)固定于十字殼(4)外側，小法蘭(I)與十字殼(4)之間通過支柱I (16)和支柱II(18)安裝拉簧1(17)，小法蘭(I)與十字殼(4)之間通過支柱111(29)和支柱IV(31)安裝拉簧11(30)。2.根據(jù)權利要求1所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于所述的芯套(2)與十字殼(4)之間安裝有關節(jié)軸承(3)獲得三自由度轉動柔性功能。3.根據(jù)權利要求1所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于所述的十字殼(4)導軌槽與大法蘭(9)導軌槽之間安裝有十字滑塊1(5)和十字滑塊II (14)，并在配對導軌槽內埋入滾珠I(6)、滾珠II(10)和滾珠III(13)、滾珠IV( 15)來獲得二自由度位移柔性功能。4.根據(jù)權利要求1所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于所述的小法蘭(I)與十字殼(4)之間通過四組均布的支柱I (16)和支柱II (18)安裝拉簧I (17)，通過四組均布的支柱111(29)和支柱IV(31)安裝拉簧11(30)，四組正向預拉均布的拉簧1(17)和四組反向預拉均布的拉簧11(30)其所提供的預拉力相對于關節(jié)軸承(3)球面回轉中心的力矩相互平衡，保持三自由度轉角原點初始狀態(tài)。5.根據(jù)權利要求1所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于所述的四組均布十字滑塊1(5)下部外側與彈簧座1(7)之間均裝有壓簧1(8)，十字滑塊11(14)下部外側與彈簧座II(12)之間均裝有壓簧11(11)，兩組均布的壓簧1(8)和壓簧II(Il)處于預壓力兩兩相互平衡狀態(tài)，四組均布十字滑塊I (5)上部左外側與彈簧片I (19)之間裝有壓簧III (20)，十字滑塊I(5)上部右外側與彈簧片11(28)之間裝有壓簧IV(27)，壓簧111(20)和壓簧IV(27)處于預壓力相互平衡狀態(tài)，兩組預壓力平衡的壓簧1(8)和壓簧11(11)，四組預壓力平衡的壓簧III(20)和壓簧IV(27)，共同構建并保持二自由度位移原點初始狀態(tài)。6.根據(jù)權利要求1或3所述的機器人有限柔性腕關節(jié)，其特征在于十字滑塊1(5)和十字滑塊II(14)導軌槽外各端面從內到外依次裝有內擋片(23)、密封墊(24)、外擋片(25)和壓板(26) ο
【文檔編號】B29C45/14GK205415680SQ201520891903
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年11月10日
【發(fā)明人】方勇
【申請人】方勇