[发明专利]一种具有单向缓冲功能的机器人末端执行保护机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械臂防撞保护机构，尤其适用于分拣机械臂。

背景技术

工业机械臂是可以完成预定动作的一种自动化机械设备，由于其工作内容和外形与人类手臂有相似性，固被称为工业机械臂。工业机械臂的应用十分广泛，遍布于点爆、弧辉、装配、喷漆、切割、搬运、包装码操等各个工位。对于不同的工作环境和工作目标，机械臂要承担相应的的工作内容。

运用工业机械臂对生产工艺进行改进，可以在保障人身安全、降低工作环境对人体造成的危害、减轻劳动强度、提高生产效率的同时，还可以提高产品的质量与产量，节约生产原材料以及降低生产成本，带来经济效益，对工业制造业的发展具有重要的意义。常见的工业机械臂包括六个自由度的六轴垂直多关节机械臂、四自由度的四轴搬运机械臂和SCARA装配机械臂以及DELTA并联拾取机械臂等。

工业机械臂都是基于刚性机构连接来保证系统的精度和机构的刚度。当机械臂按照人工设定的轨迹进行重复性工作时，基本都是假定机械臂末端执行机构的操作对象和周围环境是人工预定的状态。而在实际工况中，由于不确定因素的存在，机械臂的操作对象和作为环境往往和人工预定的状态不一致。比如机械臂在执行分拣、搬运、码垛等任务时，机械臂的末端执行机构很容易与操作对象发生和着变化的操作环境发生碰撞。当末端执行器发生碰撞时会给刚性机械臂本体带来巨大冲击甚至直接损坏机械臂。目前还没有发现针对这一问题的相关专利和文献，为了保护末端执行器发生冲击碰撞时机械臂本体的安全，本文特提出一种具有单向缓冲功能的机器人末端执行保护机构。

发明内容

本发明的技术解决问题：填补现有技术的空白，提供一种体积小、重量轻、可靠性高的具有单向缓冲功能的机械臂末端执行保护机构。

本发明的技术解决方案：一种具有单向缓冲功能的机器人末端执行保护机构，包括上法兰板、上锁紧螺母、弹簧套筒、压缩弹簧、直线轴承、下法兰板、下锁紧螺母、导向限位轴、气爪法兰盘、气爪、夹持机构；

夹持机构与气爪固定，气爪上端通过气爪法兰盘安装在下法兰板的下方；下法兰板两端固定安装直线轴承，两个直线轴承的内工作面与导向限位轴配合，导向限位轴穿过下法兰板的部分通过两个下锁紧螺母连接，压缩弹簧穿过导向限位轴，压缩弹簧一端与直线轴承的外端面固定，另一端通过安装在上法兰板下方的弹簧套筒进行固定，弹簧套筒和直线轴承位于下法兰板上方的部分作为压缩弹簧上下两端的导向限位机构，通过压缩弹簧的预紧力使整个末端执行保护机构在正常工作时为刚性结构；导向限位轴穿过上法兰板的部分通过两个上锁紧螺母进行锁紧固定，上法兰板与机械臂固定，气爪接收机械臂上的气体，实现对夹持机构的夹持控制。

所述压缩弹簧的预紧力需要保证末端抓取机构在机械臂最大加速度运动时，压缩弹簧不发生形变。

所述的夹持机构为弯曲的钣金结构，通过优化弯曲角度和长度使得夹持机构对目标夹持物的适应性最好，具体确定步骤如下：

首先，根据机械臂末端最后一个关节即上法兰板处伸出的距离要求，在要求范围内选取目标夹持物中心相对夹持机构回转中心高度差为H和夹持机构上半段长度L1；

然后，根据公式以目标夹持物圆周的覆盖面积σ最大为优化目标进行优化，在已经目标夹持物的直径的基础上，确定夹持机构弯曲角度θ以及夹持夹片弯曲后的长度L₂；所述的目标夹持物为主要为圆柱形的物体。

当目标夹持物为瓶子时，夹片弯曲后的长度L₂为15～20mm，夹持机构弯曲角度θ为110°～125°。

在钣金结构外侧设计夹片加强筋，实现减重并保证刚度的目的。

本发明与现有技术相比的优点在于：该机构作为机械臂本体与末端执行器的连接机构，在机械臂最后一个关节的轴向上具有弹性。同时该机构在该方向上具有预紧力，当这个方向上的载荷小于预紧力的时候，该机构作为一个刚体保证机械臂的刚度；当这个方向上的冲击载荷大于对应预紧力的时候，该机构会压缩变形吸收冲击势能，保护机械臂本体。

附图说明

图1为本发明机构正常状态示意图；

图2为本发明受力后缓冲碰撞机构示意图；

图3为本发明夹持结构相关参数表示示意图；

图4为本发明装备在机械臂状态下装配简图。

具体实施方式