一種機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)包括上磁性法蘭、下磁性法蘭、氣爪、夾持支架和夾持夾片；上磁性法蘭固定在機(jī)械臂末端，下磁性法蘭下端安裝氣爪，氣爪下端安裝夾持支架，夾持支架安裝夾持夾片；所述的下磁性法蘭與上磁性法蘭接觸面中心位置設(shè)置定位凸起，該接觸面其他位置設(shè)置一個(gè)防轉(zhuǎn)凸起，上磁性法蘭對(duì)應(yīng)位置設(shè)置相應(yīng)的凹槽；上磁性法蘭與下磁性法蘭之間通過(guò)磁力作用連接在一起，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)在正常工作時(shí)為剛性結(jié)構(gòu)；當(dāng)夾持支架和夾持夾片發(fā)生碰撞時(shí)，上磁性法蘭和下磁性法蘭脫離，從而吸收沖擊能量保護(hù)機(jī)械臂。
【專利說(shuō)明】
-種機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種機(jī)械臂防撞保護(hù)機(jī)構(gòu)，尤其適用于分煉機(jī)械臂。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)機(jī)械臂是可W完成預(yù)定動(dòng)作的一種自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，由于其工作內(nèi)容和外形 與人類手臂有相似性，固被稱為工業(yè)機(jī)械臂。工業(yè)機(jī)械臂的應(yīng)用十分廣泛，遍布于點(diǎn)爆、弧 輝、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝碼操等各個(gè)工位。對(duì)于不同的工作環(huán)境和工作目標(biāo)，機(jī)械臂 要承擔(dān)相應(yīng)的的工作內(nèi)容。
[0003] 運(yùn)用工業(yè)機(jī)械臂對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，可W在保障人身安全、降低工作環(huán)境對(duì)人 體造成的危害、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，還可W提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，節(jié)約 生產(chǎn)原材料W及降低生產(chǎn)成本，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。常見 的工業(yè)機(jī)械臂包括六個(gè)自由度的六軸垂直多關(guān)節(jié)機(jī)械臂、四自由度的四軸搬運(yùn)機(jī)械臂和 SCARA裝配機(jī)械臂W及DELTA并聯(lián)拾取機(jī)械臂等。
[0004] 工業(yè)機(jī)械臂都是基于剛性機(jī)構(gòu)連接來(lái)保證系統(tǒng)的精度和機(jī)構(gòu)的剛度。當(dāng)機(jī)械臂按 照人工設(shè)定的軌跡進(jìn)行重復(fù)性工作時(shí)，基本都是假定機(jī)械臂末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作對(duì)象和周 圍環(huán)境是人工預(yù)定的狀態(tài)。而在實(shí)際工況中，由于不確定因素的存在，機(jī)械臂的操作對(duì)象和 作為環(huán)境往往和人工預(yù)定的狀態(tài)不一致。比如機(jī)械臂在執(zhí)行分煉、搬運(yùn)、碼煤等任務(wù)時(shí)，機(jī) 械臂的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)很容易與操作對(duì)象發(fā)生和著變化的操作環(huán)境發(fā)生碰撞。當(dāng)末端執(zhí)行器 發(fā)生碰撞時(shí)會(huì)給剛性機(jī)械臂本體帶來(lái)巨大沖擊甚至直接損壞機(jī)械臂。目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)針對(duì) 運(yùn)一問(wèn)題的相關(guān)專利和文獻(xiàn)，為了保護(hù)末端執(zhí)行器發(fā)生沖擊碰撞時(shí)機(jī)械臂本體的安全，本 文特提出一種具有單向緩沖功能的機(jī)器人末端保護(hù)機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī) 構(gòu)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)，包括上磁性法蘭、下 磁性法蘭、氣爪、夾持支架和夾持夾片；
[0007] 上磁性法蘭固定在機(jī)械臂末端，下磁性法蘭下端安裝氣爪，氣爪下端安裝夾持支 架，夾持支架安裝夾持夾片;所述的下磁性法蘭與上磁性法蘭接觸面中屯、位置設(shè)置定位凸 起，該接觸面其他位置設(shè)置一個(gè)防轉(zhuǎn)凸起，上磁性法蘭對(duì)應(yīng)位置設(shè)置相應(yīng)的凹槽;上磁性法 蘭與下磁性法蘭之間通過(guò)磁力作用連接在一起，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)在正常工作時(shí)為剛性結(jié)構(gòu)； 當(dāng)夾持支架和夾持夾片發(fā)生碰撞時(shí)，上磁性法蘭和下磁性法蘭脫離，從而吸收沖擊能量保 護(hù)機(jī)械臂。
[000引所述的定位凸起為圓錐型，對(duì)中定位圓錐高6~13mm，直徑15~24mm。
[0009] 所述的防轉(zhuǎn)凸起為圓錐型，防轉(zhuǎn)定位圓錐高4~7mm，直徑8~11mm。
[0010] 所述的夾持夾片主體為彎曲的飯金結(jié)構(gòu)，通過(guò)優(yōu)化彎曲角度和長(zhǎng)度使得夾持機(jī)構(gòu) 對(duì)目標(biāo)瓶的適應(yīng)性最好，具體步驟如下：
[0011] 首先，根據(jù)機(jī)械臂末端最后一個(gè)關(guān)節(jié)即上磁性法蘭處伸出的距離要求，在要求范 圍內(nèi)選取目標(biāo)夾持物中屯、相對(duì)夾持機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)中屯、高度差為Η和夾持機(jī)構(gòu)上半段長(zhǎng)度L1;
[0012] 然后，根據(jù)公式
，W目標(biāo)夾持物圓周的覆蓋面 積σ最大為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，在已經(jīng)目標(biāo)夾持物的直徑0的基礎(chǔ)上，確定夾持機(jī)構(gòu)彎曲角 度9W及夾持夾片彎曲后的長(zhǎng)度L2;所述的目標(biāo)夾持物為主要為圓柱形的物體。
[0013] 當(dāng)目標(biāo)夾持物為瓶子時(shí)，夾片彎曲后的長(zhǎng)度L2為15~20mm，夾持機(jī)構(gòu)彎曲角度Θ為 110。~125。。
[0014] 上下磁性法蘭的臨界預(yù)緊力為(a+g)m，其中，m、a分別為末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)的 質(zhì)量和最大加速度。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:該機(jī)構(gòu) 作為機(jī)械臂本體與末端執(zhí)行器的連接機(jī)構(gòu)，在機(jī)械臂最后一個(gè)關(guān)節(jié)上具有冗余性。同時(shí)該 機(jī)構(gòu)在關(guān)節(jié)具有預(yù)緊力，當(dāng)運(yùn)個(gè)方向上的載荷小于預(yù)緊力的時(shí)候，該機(jī)構(gòu)作為一個(gè)剛體保 證機(jī)械臂的剛度；當(dāng)運(yùn)個(gè)方向上的沖擊載荷大于對(duì)應(yīng)預(yù)緊力的時(shí)候，該機(jī)構(gòu)會(huì)解體吸收沖 擊勢(shì)能，保護(hù)機(jī)械臂本體。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明機(jī)構(gòu)正常狀態(tài)示意圖；
[0017] 圖2本發(fā)明裝備在機(jī)械臂狀態(tài)下裝配簡(jiǎn)圖；
[001引圖3本發(fā)明機(jī)構(gòu)剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 普通工業(yè)機(jī)械臂都是基于剛性機(jī)構(gòu)連接，當(dāng)末端執(zhí)行器發(fā)生剛性碰撞時(shí)會(huì)給機(jī)械 臂本體帶來(lái)巨大沖擊甚至直接損壞機(jī)械臂，本文提出一種基于磁性介質(zhì)的機(jī)械臂末端碰撞 保護(hù)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)作為機(jī)械臂本體與末端執(zhí)行器之間的一個(gè)模塊，在空間全部五個(gè)自由度 上都具有保護(hù)效果。同時(shí)該機(jī)構(gòu)在具有預(yù)緊力，當(dāng)每個(gè)方向上的載荷小于對(duì)應(yīng)的預(yù)緊力的 時(shí)候，該機(jī)構(gòu)作為一個(gè)剛體保證機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)；當(dāng)某個(gè)方向上的載荷大于對(duì)應(yīng)預(yù)緊力的時(shí) 候，該磁性機(jī)構(gòu)在碰撞作用下會(huì)脫離，保護(hù)機(jī)械臂本體。
[0020] 如圖1、2所示，一種機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)，包括上磁性法蘭1、下磁性法蘭 2、氣爪3、夾持支架4和夾持夾片5;上磁性法蘭2固定在機(jī)械臂末端，下磁性法蘭2下端安裝 氣爪，氣爪3下端安裝夾持支架4,夾持支架4安裝夾持夾片5;所述的下磁性法蘭2與上磁性 法蘭接觸面中屯、位置設(shè)置定位凸起，該接觸面其他位置設(shè)置一個(gè)防轉(zhuǎn)凸起，上磁性法蘭1對(duì) 應(yīng)位置設(shè)置相應(yīng)的凹槽;上磁性法蘭1與下磁性法蘭2之間通過(guò)磁力作用連接在一起，使得 整個(gè)機(jī)構(gòu)在正常工作時(shí)為剛性結(jié)構(gòu)；當(dāng)夾持支架4和夾持夾片5發(fā)生碰撞時(shí)，上磁性法蘭1和 下磁性法蘭2脫離，從而吸收沖擊能量保護(hù)機(jī)械臂，氣爪7接收機(jī)械臂上的氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)夾持 支架4和夾持夾片5的夾持控制。
[0021] 本發(fā)明下磁性法蘭上設(shè)置圓錐型的定位凸起和防轉(zhuǎn)凸起，與上磁性法蘭上的對(duì)應(yīng) 凹槽相互配合保證正常工作時(shí)末端機(jī)構(gòu)與機(jī)器人之間不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。定位凸起為圓錐 型，對(duì)中定位圓錐高6~13mm，直徑15~24mm。防轉(zhuǎn)凸起為圓錐型，防轉(zhuǎn)定位圓錐高4~7mm， 直徑8~11mm。為了保證機(jī)構(gòu)可靠工作，圓錐的直徑與高度的比在1.8:1最合適，既能有效的 對(duì)中定位，又不干設(shè)機(jī)構(gòu)碰撞時(shí)分離的動(dòng)作。
[0022] 考慮到機(jī)械臂動(dòng)作，引入機(jī)械臂末端最大加速度來(lái)評(píng)定上下法蘭磁性預(yù)緊力。末 端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的質(zhì)量是m，機(jī)械臂末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大加速度為a,當(dāng)a與重力加速度g的方向 一致時(shí)，對(duì)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的作用力也最大，為(a+g)m，運(yùn)個(gè)也是上下磁性法蘭的臨界預(yù)緊力。
[0023] 夾持夾片5采用帶有一定角度的飯金件，角度與飯金件下方彎曲部分的長(zhǎng)度，需要 達(dá)到與夾持目標(biāo)(圓柱體)緊密貼合，達(dá)到抓取狀態(tài)最穩(wěn)定且不容易脫落的目的，因此，通過(guò) 上述考慮，如圖3所示，目標(biāo)夾持物直徑為0，夾持機(jī)構(gòu)兩個(gè)回轉(zhuǎn)中屯、的距離為D，夾持機(jī)構(gòu) 彎曲角度為e，夾持機(jī)構(gòu)上半段長(zhǎng)度b，下半段長(zhǎng)度L2，目標(biāo)夾持物中屯、相對(duì)夾持機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)中 屯、高度差為H。W夾持機(jī)構(gòu)對(duì)目標(biāo)夾持物圓周的覆蓋面積σ為優(yōu)化目標(biāo)，σ越大說(shuō)明抓取穩(wěn)定 性越好。夾持機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵尺寸具體確定方法如下：
[0024] 首先根據(jù)機(jī)械臂末端最后一個(gè)關(guān)節(jié)（即上磁性法蘭1)伸出的距離要求，在要求范 圍內(nèi)選取目標(biāo)瓶中屯、相對(duì)夾持機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)中屯、高度差為Η和夾持機(jī)構(gòu)上半段長(zhǎng)度^;
[0025] 然后根據(jù)選定的和^和山可W得出：
[0026]
[0027] 從上式可W看出，0與目標(biāo)瓶直徑0、夾持機(jī)構(gòu)彎曲角度Θ、夾持機(jī)構(gòu)上半段長(zhǎng)度 下半段長(zhǎng)度L2、目標(biāo)夾持物中屯、相對(duì)夾持機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)中屯、高度差Η相關(guān)。由于本文針對(duì)的目標(biāo) 夾持物為主體為圓柱形的物體，例如市面上常見的普通瓶子，直徑0在一個(gè)確定的范圍，因 此0可W確定。綜上所述，目標(biāo)瓶圓周的覆蓋面積σ與夾持機(jī)構(gòu)彎曲角度ΘΚ及夾持夾片彎 曲后的長(zhǎng)度L2有關(guān)。
[0028] W夾持機(jī)構(gòu)對(duì)目標(biāo)夾持物圓周的覆蓋面積σ為優(yōu)化目標(biāo)，σ越大說(shuō)明抓取穩(wěn)定性越 好。通過(guò)計(jì)算，當(dāng)夾片彎曲后的長(zhǎng)度L2為15~20mm，時(shí)夾持機(jī)構(gòu)彎曲角度Θ為110°~125°時(shí) (Wl20°為最優(yōu)角度），目標(biāo)瓶圓周的覆蓋面積σ最大，夾持穩(wěn)定性最好。
[0029] 本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括上磁性法蘭（1)、下磁性法蘭 (2)、氣爪(3)、夾持支架(4)和夾持夾片(5); 上磁性法蘭(2)固定在機(jī)械臂末端，下磁性法蘭(2)下端安裝氣爪，氣爪(3)下端安裝夾 持支架(4)，夾持支架(4)安裝夾持夾片(5);所述的下磁性法蘭(2)與上磁性法蘭接觸面中 屯、位置設(shè)置定位凸起，該接觸面其他位置設(shè)置一個(gè)防轉(zhuǎn)凸起，上磁性法蘭（1)對(duì)應(yīng)位置設(shè)置 相應(yīng)的凹槽;上磁性法蘭（1)與下磁性法蘭（2)之間通過(guò)磁力作用連接在一起，使得整個(gè)機(jī) 構(gòu)在正常工作時(shí)為剛性結(jié)構(gòu)；當(dāng)夾持支架(4)和夾持夾片巧)發(fā)生碰撞時(shí)，上磁性法蘭（1)和 下磁性法蘭(2)脫離，從而吸收沖擊能量保護(hù)機(jī)械臂。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的定位 凸起為圓錐型，對(duì)中定位圓錐高6~13mm，直徑15~24mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的防轉(zhuǎn) 凸起為圓錐型，防轉(zhuǎn)定位圓錐高4~7mm，直徑8~11mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的夾持 夾片（5)主體為彎曲的飯金結(jié)構(gòu)，通過(guò)優(yōu)化彎曲角度和長(zhǎng)度使得夾持機(jī)構(gòu)對(duì)目標(biāo)瓶的適應(yīng) 性最好，具體步驟如下： 首先，根據(jù)機(jī)械臂末端最后一個(gè)關(guān)節(jié)即上磁性法蘭（1)處伸出的距離要求，在要求范圍 內(nèi)選取目標(biāo)夾持物中屯、相對(duì)夾持機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)中屯、高度差為Η和夾持機(jī)構(gòu)上半段長(zhǎng)度L1; 然后，根據(jù)公式，W目標(biāo)夾持物圓周的覆蓋面積曰最 大為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，在已經(jīng)目標(biāo)夾持物的直徑0的基礎(chǔ)上，確定夾持機(jī)構(gòu)彎曲角度eW 及夾持夾片彎曲后的長(zhǎng)度L2;所述的目標(biāo)夾持物為主要為圓柱形的物體。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)，其特征在于：當(dāng)目標(biāo)夾持 物為瓶子時(shí)，夾片彎曲后的長(zhǎng)度L2為15~20mm，夾持機(jī)構(gòu)彎曲角度Θ為110°~125°。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)，其特征在于:上下磁性法 蘭的臨界預(yù)緊力為(a+g)m，其中，m、a分別為末端磁性過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和最大加速度。
【文檔編號(hào)】B25J19/00GK105835089SQ201610364243
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】李常, 楊濤, 王燕波, 張科, 鄒河彬, 由曉明
【申請(qǐng)人】北京新長(zhǎng)征天高智機(jī)科技有限公司