一种用于工业机器人的末端柔性机械抓取装置转让专利
申请号 : CN201910031728.3
文献号 : CN109648595B
文献日 : 2021-11-05
发明人 : 田威 , 庄志炜 , 廖文和 , 张霖 , 李波 , 崔光裕 , 李宇飞
申请人 : 南京航空航天大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于工业机器人的末端柔性机械抓取装置,其特征在于,所述末端柔性机械抓取装置由快换装置、柔性连接装置、平行背光源(17)、横向夹紧机构和翻边压紧机构组成;
所述快换装置由末端法兰盘(1)、快换器固定端(2)、能源模块固定端(3)、能源模块工具端(4)、快换器工具端(5)和中间法兰盘(6)组成;
末端法兰盘(1)连接工业机器人末端和快换器固定端(2);
中间法兰盘(6)连接T型架(7)和快换器工具端(5);
能源模块固定端(3)与快换器固定端(2)相连接;
能源模块工具端(4)与快换器工具端(5)相连接;
所述横向夹紧机构由平行气缸(16)、两个L型连接块(18)和两个夹紧块(21)组成;
平行气缸(16)固定于箱体(10)底面;
两个夹紧块(21)通过两个L型连接块(18)分别与平行气缸(16)两端相连;
所述翻边压紧机构由固定支架(19)、滑台气缸(20)和压紧块(22)组成;
滑台气缸(20)通过固定支架(19)与L型连接块(18)固连;
压紧块(22)通过螺钉固定于滑台气缸(20)的滑块上;
所述柔性连接装置由T型架(W7)、C型架(11)、光电传感器(13)、连接块(8)、限位块(12)、箱体(10)、矩形弹簧(9)、挡光板(14)、第一导轨(23)、第二导轨(24)、制动器导轨(25)、第二滑块(26)、制动器固定端(27)和第一滑块(28)组成;
箱体(10)通过导轨组件与T型架(7)组成直线滑动机构;
所述导轨组件包括:第一导轨(23)、第一滑块(28)、第二导轨(24)、第二滑块(26)、制动器导轨(25)和制动器固定端(27);
第一导轨(23)与箱体(10)前内壁通过螺钉固连;
第二导轨(24)和制动器导轨(25)与箱体(10)后内壁通过螺钉固连;
第二滑块(26)和制动器固定端(27)与T型架(7)的后表面通过螺钉固连;
第一滑块(28)与T型架(7)的前表面通过螺钉固连;
C型架(11)有两个,通过螺钉固连于T型架(7)的两端;
光电传感器(13)通过螺钉固连于右端的C型架(11)的外侧;
连接块(8)有两个,通过螺钉固定在箱体(10)前后两侧;
矩形弹簧(9)总共有四个,矩形弹簧(9)的一端与连接块(8)通过销轴相连,另外一端与T型架(7)相连,使箱体(10)悬挂在T型架(7)上面,以便于箱体(10)沿着所述导轨组件上下移动;
限位块(12)有两个,通过螺钉固连于箱体(10)左右两侧,挡光板(14)通过螺钉固连于箱体(10)右侧。
2.根据权利要求1所述末端柔性机械抓取装置,其特征在于,平行背光源(17)通过两个连接板(15),分别与箱体(10)的前后两面相连接。
3.根据权利要求1所述末端柔性机械抓取装置,其特征在于,T型架(7)侧视呈T形状结构设置,T型架(7)由顶板和腹板焊接而成。
4.根据权利要求1所述末端柔性机械抓取装置,其特征在于,T型架(7)侧视呈T形状结构设置,T型架(7)通过整体铣削而成。
5.根据权利要求3所述末端柔性机械抓取装置,其特征在于,T型架(7) 的顶板,开设有一组用于与中间法兰盘(6)相连接的内螺纹孔和定位销孔,其中,所述一组用于与中间法兰盘(6)相连接的内螺纹孔和定位销孔,包含六个内螺纹孔和两个定位销孔;
T型架(7)的顶板,与第一导轨(23)、第二导轨(24)和制动器导轨(25)对应的位置,分别开设了三个方形注油孔;
T型架(7)的顶板的侧面,开设了两组用于连接C型架(11)的内螺纹孔和定位销孔,其中,所述两组用于连接C型架(11)的内螺纹孔和定位销孔中,每组包含两个内螺纹孔和两个定位销孔;
T型架(7)的腹板开设了三组用于连接第一滑块(28)、第二滑块(26)和制动器固定端(27)的沉孔,其中,所述三组用于连接第一滑块(28)、第二滑块(26)和制动器固定端(27)的沉孔中,每组包含两个沉孔;
T型架(7)的腹板,开设了三组用于装配第一导轨(23)、第二导轨(24)和制动器导轨(25)的装配工艺孔,其中,所述三组用于装配第一导轨(23)、第二导轨(24)和制动器导轨(25)的装配工艺孔,每组包含两个装配工艺孔,装配工艺孔为呈直槽口形状的通孔。
6.根据权利要求1所述末端柔性机械抓取装置,其特征在于,C型架(11)前视呈C形状结构设置;
C型架(11)的侧面,开设了一组用于连接T型架(7)的沉孔和定位销孔,其中,所述一组用于连接T型架(7)的沉孔和定位销孔,包含两个沉孔和两个定位销孔;同时还开设了一个用于固定光电传感器(13)的内螺纹孔。
7.根据权利要求1所述末端柔性机械抓取装置,其特征在于,光电传感器(13)和挡光板(14)组成位置检测装置,用于检测压紧过程的轴向位移;
挡光板(14)呈阶梯形状结构设置,挡光板(14)的一端通过螺钉连接在箱体(10)的侧面上,另外一端置于光电传感器(13)的光槽内。
8.根据权利要求1所述末端柔性机械抓取装置,其特征在于,所述箱体(10)为长方形壳体结构;
箱体(10)的前表面和后表面,开设有三组用于装配第一导轨(23)、第二导轨(24)和制动器导轨(25)的装配工艺孔,箱体(10)的前表面开设有1组装配工艺孔,箱体(10)的后表面开设有2组装配工艺孔,其中,所述三组用于装配第一导轨(23)、第二导轨(24)和制动器导轨(25)的装配工艺孔中,每组包含两个装配工艺孔,装配工艺孔为呈直槽口形状的通孔;
箱体(10)的前表面和后表面,各自都开设有两组用于连接两个连接块(8)的内螺纹孔,同时各自也都开设有两组用于连接两块连接板(15)的内螺纹孔,其中,所述两组用于连接两个连接块(8)的内螺纹孔,每组包含两个内螺纹孔;所述两组用于连接两块连接板(15)的内螺纹孔,每组包含两个内螺纹孔;
箱体(10)的两个侧面,各自都开设有两组气管贯穿孔,所述气管贯穿孔为呈直槽口形状的通孔;
箱体(10)的两个侧面,同时各自也都开设了两组用于连接限位块(12)的内螺纹孔,其中,所述两组用于连接限位块(12)的内螺纹孔,每组包含3个内螺纹孔;
箱体(10)的右侧面,开设了一组用于连接挡光板(14)的内螺纹孔,其中,所述一组用于连接挡光板(14)的内螺纹孔,每组包含1个内螺纹孔;
箱体(10)的两个侧面上,与限位块(12)连接的部位,各自都开设有一条直槽;
箱体(10)的底面,开设了一组用于连接平行气缸(16)的通孔,其中,所述一组用于连接平行气缸(16)的通孔,每组包含2个通孔。
9.根据权利要求1所述末端柔性机械抓取装置,其特征在于,L型连接块(18)前视呈L形状结构设置,L型连接块(18)的中间设置有加强筋;
L型连接块(18)的侧面开设有两组用于连接平行气缸(16)的通孔和沉孔,其中,所述两组用于连接平行气缸(16)的通孔和沉孔,每组包含2个沉孔和2个通孔;
L型连接块(18)的底面开设有用于连接固定支架(19)的四个通孔、用于连接滑台气缸(20)的两个沉孔和两个销孔、用于连接夹紧块(21)的两个销孔和3个沉孔。
10.根据权利要求1或9所述末端柔性机械抓取装置,其特征在于,夹紧块(21)呈阶梯形状结构设置,靠近压紧块(22)的一端为第一阶梯,中间段为第二阶梯,靠近L型连接块(18)的一端为第三阶梯;
所述第三阶梯上开设有两个呈三角形形状的卡槽和一个工艺槽;
夹紧块(21)的顶端,开设有一组用于与L型连接块(18)相连接的销孔和内螺纹孔,其中,所述一组用于与L型连接块(18)相连接的销孔和内螺纹孔,每组包含2个销孔和3个内螺纹孔。
11.根据权利要求1所述末端柔性机械抓取装置,其特征在于,压紧块(22)底端设置有八个支撑点呈对称分布,且每两个相邻支撑点之间都开设有避让槽;
压紧块(22)底面和侧面,各自都开设有两个于连接滑台气缸(20)的滑块的沉孔。
12.根据权利要求2所述末端柔性机械抓取装置,其特征在于,连接块(8)、C型架(11)、限位块(12)、连接板(15)、L型连接块(18)、固定支架(19)、滑台气缸(20)、夹紧块(21)和压紧块(22),都沿中轴线对称状设置。
说明书 :
一种用于工业机器人的末端柔性机械抓取装置
技术领域
背景技术
手工划线装配,舱段直径小,工人操作空间小,划线装配已经难以满足舱段装配中对效率和
精度的要求。为此,国内的航空制造领域在经过几轮产业升级后,通过大规模应用工业机器
人,在一定程度上实现了自动化。
能抓取几类零件。在需要装配十几种支架零件时,机器人末端需要更换不同的机械抓手,因
此装配效率较低,且设计制造多种机械抓手成本很高。
甚至无法进行制孔装配。
发明内容
和翻边压紧机构组成;
端和快换器固定端(2);中间法兰盘(6)连接T型架(7)和快换器工具端(5);能源模块固定端
(3)与快换器固定端(2)相连接;能源模块工具端(4)与快换器工具端(5)相连接;
气缸(16)两端相连;
的滑块上;
(25)、第二滑块(26)、制动器固定端(27)和第一滑块(28)组成。
型架和快换器的工具端;所述柔性连接装置包含T型架、C型架、连接块、限位块、箱体、导轨
组件、导轨制动器、矩形弹簧和位置检测装置,箱体通过导轨组件与T型架连接,同时,通过
连接块和矩形弹簧,使得箱体悬挂在T型架上,箱体可上下浮动,导轨制动器一端与箱体连
接,另外一端与T型架连接,导轨制动器通气后,可对箱体进行位置锁死;所述平行背光源通
过两个连接板与箱体前后两面相连接;所述横向夹紧机构包含一个平行气缸、两个L型连接
块和两个夹紧块,平行气缸固定于箱体底面,两个夹紧块通过两个L型连接块分别与平行气
缸两端相连;所述翻边压紧机构由固定支架、滑台气缸和压紧块组成,滑台气缸通过固定支
架与L型连接块相连,压紧块固定于滑台气缸的滑动端。
翻边进行制孔和铆接。本发明可配合双目视觉系统,完成所抓取零件位姿的标定。
附图说明
域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附
图。
位块12、光电传感器13、挡光板14、连接板15、平行气缸16、平行背光源17、L型连接块18、固
定支架19、滑台气缸20、夹紧块21、压紧块22、第一导轨23、第二导轨24、制动器导轨25、第二
滑块26、制动器固定端27、第一滑块28、支架零件29、舱段壁30。
具体实施方式
例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类
似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能
解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解,除非特意声明,这里使用的单数形
式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是,本发明的说明书
中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件,但是并不排除
存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解,
当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时,它可以直接连接或耦接到其他元件,或者
也可以存在中间元件。此外,这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使
用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域
技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有
与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用
字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且
除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
形弹簧9、箱体10、C型架11、限位块12、光电传感器13、挡光板14、连接板15、平行气缸16、平
行背光源17、L型连接块18、固定支架19、滑台气缸20、夹紧块21、压紧块22、第一导轨23、第
二导轨24、制动器导轨25、第二滑块26、制动器固定端27、第一滑块28。
快换器固定端2。中间法兰盘6连接T型架7和快换器工具端5。能源模块固定端3与快换器固
定端2相连接。能源模块工具端4与快换器工具端5相连接。
16两端相连。
上。
定端27和第一滑块28组成。
一滑块28与T型架7的前表面面通过螺钉固连。
块12有两个,通过螺钉固连于箱体10左右两侧,挡光板14通过螺钉固连于箱体10右侧。
钉固连,C型架11有两个,通过螺钉固连于T型架7上部两侧,光电传感器13通过螺钉固连于
右端的C型架11外侧,连接块8有两个,通过螺钉固定在箱体10前后两侧,矩形弹簧9总共有
四个,矩形弹簧9一端与连接块8通过销轴相连,另外一端与T型架7相连,使箱体10悬挂在T
型架7上面,当制动器固定端27不通气时,制动器导轨25被放开,箱体10可沿着导轨组件上
下移动,此时末端机械手为柔性状态;当制动器固定端27通气时,制动器导轨25被锁死,箱
体10与T型架7固定,此时末端机械手为刚性状态。限位块12有两个,通过螺钉固连于箱体10
左右两侧,挡光板14通过螺钉固连于箱体10右侧。
个内螺纹孔和两个定位销孔。T型架7的顶板,与第一导轨23、第二导轨24和制动器导轨25对
应的位置,分别开设了三个方形注油孔,开设方形注油孔以便于给导轨上油润滑。
定位销孔。
定端(27)的沉孔,所述三组用于连接第一滑块(28)、第二滑块(26)和制动器固定端(27)的
沉孔中,每组包含两个沉孔。
配工艺孔,每组包含两个装配工艺孔,装配工艺孔为呈直槽口形状的通孔。
位销孔,包含两个沉孔和两个定位销孔。同时还开设了一个用于固定光电传感器13的内螺
纹孔。
在箱体10的侧面上,另外一端置于光电传感器13的光槽内。
的,箱体(10)的前表面开设有1组装配工艺孔,箱体(10)的后表面开设有2组装配工艺孔,与
三根导轨的位置对应,其中,所述三组用于装配第一导轨(23)、第二导轨(24)和制动器导轨
(25)的装配工艺孔中,每组包含两个装配工艺孔,装配工艺孔为呈直槽口形状的通孔。
其中,所述两组用于连接限位块(12)的内螺纹孔,每组包含3个内螺纹孔。箱体10的两个侧
面,同时各自也都开设了一组用于连接挡光板14的内螺纹孔,其中,所述一组用于连接挡光
板(14)的内螺纹孔,每组包含1个内螺纹孔。箱体10的两个侧面上,与限位块12连接的部位,
各自都开设有两条直槽,即一个侧面上开有1条直槽。
中,所述两组用于连接平行气缸(16)的通孔和沉孔,每组包含2个沉孔和2个通孔。L型连接
块(18)的底面开设有用于连接固定支架(19)的四个通孔、用于连接滑台气缸(20)的两个沉
孔和两个销孔、用于连接夹紧块(21)的两个销孔和3个沉孔。
接块(18)相连接的销孔和内螺纹孔,每组包含2个销孔盒3个内螺纹孔。这些特殊结构设计,
使得夹紧块可适应11种不同类型的支架零件的抓取。
台气缸20的滑块的沉孔。压紧块22由滑台气缸20驱动,能上下伸缩,可适应11种支架零件翻
边的压紧;避让槽的开设,使压紧块可有效避开所有钻孔位置,避免了压紧块对钻头的干
涉。
支架零件正上方,平行气缸16反向通气,使夹紧装置闭合,此时夹紧块21将支架零件在水平
方向上牢牢固定,下一步,工业机器人末端垂直向下运动5mm压紧支架零件,使支架零件上
表面边缘牢牢贴合在夹紧块21的第二阶梯缘上,因为采用了柔性连接装置,箱体10以下部
分在受到垂直向上压力时能够沿着导轨组件向上浮动,在抓取支架零件时,即使高度方向
的距离有一定偏差,通过给机器人末端增加一个垂直向下的位移,也能使支架零件完全被
压紧贴合到夹紧块21的第二阶梯缘上,保证了零件抓取的可靠性。
息反馈给上位机,上位机获得支架零件的确切位姿。
差,支架零件贴合面与舱段内壁会存在间隙,此时通过给机器人末端增加一个沿贴合面法
线方向的位移,使得支架零件贴合面进一步靠近舱段内壁,直至完全贴合,由于机械抓手沿
末端轴线方向上具有一定的弹性,即使给机器人末端增加的位移大于贴合面的间隙,也不
会对支架零件和舱段带来机械损伤。当支架零件贴合面与舱段内壁完全贴合后,制动器固
定端27通气,制动器导轨25被锁死,末端机械抓取装置变为刚性体,下一步,两个滑台气缸
20正向通气,使两个压紧块22伸出并压紧支架零件的翻边,保证了翻边在制孔过程中不会
出现位置错动和受力变形。
抓取装置从刚性体变为柔性体,可沿末端轴线方向伸缩。
件后,需要将支架零件精准贴合到舱段内壁上,由多功能自动钻铆机器人对钣金支架零件
的翻边进行制孔和铆接,常规的机械抓手已经无法满足需求,所以需要一种可抓取多种支
架零件并配合自动钻铆系统进行制孔铆接的柔性机械抓手。
低,且设计制造多种机械抓手成本很高。例如:公告号为CN108527312A的发明公开了一种拿
取稳定的机器人用机械手,该发明通过工作箱、机械臂、支撑座、第一液压杆、第一活动轴、
第一连接杆、第二连接杆、第二活动轴、机械爪、第三活动轴、第二液压杆和挡板的设置,可
以对机械爪进行活动调节,还能够对拿取的物体进行遮挡,具备拿取稳定的优点,但该机械
手只能抓取形状单一的零件,不能适应种类多样、形状大小不一的钣金类零件。
金支架零件多为薄壁类零件,刚度很小,而制孔切削力较大,钣金零件的翻边很容易受力变
形从而影响装配质量,因此在制孔过程中,需要给支架零件的翻边提供一个与制孔切削力
相反的支撑力以抑制翻边的变形,常规的机械抓手仅有抓取搬运的功能,而没有翻边支撑
的功能,因此无法满足装配需求。例如:公告号为CN108582132A的发明提供了一种工业机器
人机械抓手多节抓取装置,该发明通过气缸驱动夹紧块的张开与闭合,该机械抓手只能用
于抓取与搬运场合,在抓取钣金零件后需要对翻边进行制孔时,该机械手无法满足需求。
质量,甚至无法进行制孔装配.
更换的次数的问题;以及舱段支架零件装配时抓取难、零件定位不准确的问题;还有制孔时
薄壁类钣金零件易变形的问题。以便于提高舱段内壁支架零件的装配效率和装配质量。
型架和快换器的工具端;所述柔性连接装置包含T型架、C型架、连接块、限位块、箱体、导轨
组件、导轨制动器、矩形弹簧和位置检测装置,箱体通过导轨组件与T型架连接,同时,通过
连接块和矩形弹簧,使得箱体悬挂在T型架上,箱体可上下浮动,导轨制动器一端与箱体连
接,另外一端与T型架连接,导轨制动器通气后,可对箱体进行位置锁死;所述平行背光源通
过两个连接板与箱体前后两面相连接;所述横向夹紧机构包含一个平行气缸、两个L型连接
块和两个夹紧块,平行气缸固定于箱体底面,两个夹紧块通过两个L型连接块分别与平行气
缸两端相连;所述翻边压紧机构由固定支架、滑台气缸和压紧块组成,滑台气缸通过固定支
架与L型连接块相连,压紧块固定于滑台气缸的滑动端。
高了装配效率,降低了末端机械抓手的设计制造成本;针对技术问题A3:本实施例设计的柔
性连接装置,可自动补偿抓取误差与贴合间隙误差,提高了抓取的可靠性,保证了装配质
量;针对技术问题A2:本实施例设计的翻边压紧机构,可对支架零件的翻边进行压紧,保证
了翻边在制孔过程中不会出现位置错动和受力变形。
姿测量,从而进一步保证了贴合位置的准确性;本实施例可以配合双目视觉系统和自动钻
铆系统完成支架零件的装配工作,简化了装配工序,降低了工人的劳动强度,保证了舱段内
壁零件的装配质量。
钻铆机器人对钣金支架零件的翻边进行制孔和铆接。本发明可配合双目视觉系统,完成所
抓取零件位姿的标定。
施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述得比较简单,相关之处参见方法实施例
的部分说明即可。以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于
此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替
换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范
围为准。