專利名稱：氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人交換工具，尤其是一種氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)代制造業(yè)不可或缺的一部分。在集成電路制造、汽車焊接、汽車裝配 等領(lǐng)域，機(jī)器人正起著越來(lái)越重要的作用。在機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，采用相對(duì)通用的機(jī)器人來(lái)完成不同的任務(wù)是降低成本的可行 方法。例如，在制造加工領(lǐng)域，一個(gè)機(jī)器人可用來(lái)完成切割、打磨、焊接等不同工序。在這些 應(yīng)用領(lǐng)域，需要一種機(jī)器人交換工具裝置以使得機(jī)器人能與不同的工具配合，從而完成不 同的工序。機(jī)器人交換工具裝置與機(jī)器人末端連接的部分稱為“機(jī)器人側(cè)模塊”，與工具結(jié) 合的部分稱為“工具側(cè)模塊”。當(dāng)機(jī)器人側(cè)模塊與工具側(cè)模塊相互連接并鎖緊，機(jī)器人側(cè)模 塊和工具側(cè)模塊就完成互相耦合過(guò)程，工具就被固定到機(jī)器人臂的末端。根據(jù)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索，發(fā)現(xiàn)上海交通大學(xué)申請(qǐng)的專利“切割與劃線設(shè)備中的機(jī) 械手夾具與工具交換裝置”(專利號(hào)ZL02151074. 1)采用機(jī)械手抓抓取切割炬及劃線炬，通 用性不強(qiáng)，僅滿足器人對(duì)船用型鋼進(jìn)行等離子切割與劃線的需要，而且安全性不夠，一旦系 統(tǒng)意外斷電，機(jī)械手會(huì)突然放開(kāi)工具，發(fā)生危害。第二炮兵裝備研究院第四研究所申請(qǐng)的專 利“自動(dòng)化工具交換接口裝置”(專利號(hào)ZL200710097421. 0)既需要抽真空收回彈簧銷釘 和通壓縮空氣以使得固定端和工具端分離，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方法相對(duì)復(fù)雜。安全是機(jī)器人應(yīng)用的關(guān)注焦點(diǎn)。當(dāng)電源或者氣源切斷時(shí)，機(jī)器人工具交換裝置仍 能牢固地連接工具。機(jī)器人交換工具的控制可以通過(guò)機(jī)器人控制軟件得到自動(dòng)便捷的控 制。機(jī)器人控制軟件發(fā)出耦合或者分開(kāi)的控制指令，控制機(jī)器人交換裝置。然而為了防止 軟件失控，意外斷電、氣源意外失去等情況發(fā)生時(shí)產(chǎn)生危害，需要設(shè)計(jì)一種具有安全互鎖功 能的機(jī)器人交換交換工具以避免危害發(fā)生、安全運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，發(fā)明一種氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人交換裝置，能夠機(jī)器人末端實(shí)現(xiàn)操作 簡(jiǎn)單、安全可靠的工具交換功能。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是一種氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人交換裝置，包括機(jī)器人 側(cè)模塊和工具側(cè)模塊。所述機(jī)器人側(cè)模塊包括殼體、機(jī)器人側(cè)連接板、閥芯、凸輪、上限圈、彈簧、下限圈、 彈簧蓋板、凸輪收回壓縮空氣接口、凸輪伸出壓縮空氣接口、沉頭螺栓、閥芯活塞。氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人交換裝置采用機(jī)器人側(cè)模塊的凸輪與工具側(cè)模塊的凸緣鎖緊的 方式聯(lián)接，機(jī)器人側(cè)模塊的殼體底端平面與工具側(cè)模塊的內(nèi)腔底部平面作為定位面。通過(guò) 壓縮空氣推動(dòng)機(jī)器人側(cè)模塊的閥芯往下運(yùn)動(dòng)，凸輪收回，機(jī)器人側(cè)模塊和工具側(cè)模塊可以 被分開(kāi)；通過(guò)壓縮空氣推動(dòng)機(jī)器人側(cè)模塊的閥芯向上運(yùn)動(dòng)，凸輪伸出，機(jī)器人側(cè)模塊和工具 側(cè)模塊通過(guò)凸輪鎖緊，達(dá)到機(jī)器人末端與工具牢固聯(lián)接的目的。
由于上述技術(shù)方案的應(yīng)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列有點(diǎn)和效果
1、安全性好，如果交換裝置壓縮氣源突然突然消失，在彈簧的彈性作用下閥芯仍處于 最高位置，凸輪和凸緣能保證可靠的連接，交換裝置不會(huì)發(fā)生分離的危險(xiǎn)，表現(xiàn)出很好的自 鎖性能。2、控制方式簡(jiǎn)單，通過(guò)控制機(jī)器人側(cè)模塊的兩個(gè)進(jìn)氣口的壓縮空氣的充氣狀態(tài)， 即能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人側(cè)模塊和工具側(cè)模塊的分離和聯(lián)接。3、無(wú)污染，采用氣壓驅(qū)動(dòng)閥芯的運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有任何污染產(chǎn)生。4、易維修和維護(hù)，機(jī)器人側(cè)模塊的零部件能非常容易地拆卸，不需要特殊的裝配工具。5、通用性好，只要在工具側(cè)模塊固定聯(lián)接不同種類的工具，機(jī)器人末端的機(jī)器人 側(cè)模塊就能通過(guò)固定工具側(cè)模塊與不同種類的工具相聯(lián)接。


圖1為本發(fā)明機(jī)器人側(cè)模塊。圖2為本發(fā)明工具側(cè)模塊。圖中
1、殼體；2、機(jī)器人側(cè)連接板；3、閥芯；4、凸輪；5、上限圈；6、彈簧；7、下限圈；8、彈簧蓋 板；9、凸輪收回壓縮空氣接口 ；10、凸輪伸出壓縮空氣接口 ；11、沉頭螺栓；12、閥芯活塞； 13、工具側(cè)模塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。如圖1所示，本發(fā)明所述的機(jī)器人側(cè)模塊主要由殼體1、機(jī)器人側(cè)連接板2、閥芯3、 凸輪4、上限圈5、彈簧6、下限圈7、彈簧蓋板8、凸輪收回壓縮空氣接口 9、凸輪伸出壓縮空 氣接口 10、沉頭螺栓11、閥芯活塞12組成。殼體1內(nèi)腔底部支撐彈簧6、彈簧6上覆蓋彈 簧蓋板8，彈簧蓋板8支撐閥芯3，閥芯活塞12下部與閥芯3頂部相接觸，閥芯活塞12上部 固定圓形上限圈5，機(jī)器人側(cè)連接板2用沉頭螺栓11與殼體1固定，下限圈7放置在殼體1 底部上，凸輪4以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式固定在殼體1上。在殼體1的上腔安裝凸輪收回壓縮空氣接 口 9、在殼體的下腔安裝凸輪伸出壓縮空氣接口 10。閥芯活塞上表面與上限圈固定聯(lián)接，閥 芯活塞下表面與彈簧蓋板固定聯(lián)接。當(dāng)機(jī)器人末端需要與工具分離時(shí)，通過(guò)向凸輪收回壓縮空氣接口 9注入壓縮空 氣，壓縮空氣能透過(guò)上限圈5的通孔到達(dá)上限圈內(nèi)部，閥芯活塞12的上部空間被充滿壓縮 空氣，作用于閥芯活塞12的頂部產(chǎn)生向下的壓力，在壓力推動(dòng)下，閥芯3向下運(yùn)動(dòng)，閥芯3 上的凹槽帶動(dòng)凸輪4，凸輪4向靠近閥芯3的中心線方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)彈簧蓋板8與下限圈7接 觸，凸輪4運(yùn)動(dòng)停止。通過(guò)恰當(dāng)設(shè)置下限圈7的高度控制閥芯3的運(yùn)動(dòng)行程，當(dāng)閥芯3停止 向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸輪4外緣恰好與殼體1外表面平齊，此時(shí)，工具側(cè)模塊13可順利與機(jī)器人側(cè) 模塊分離。沿殼體周向均勻分布3個(gè)凸輪4，每個(gè)凸輪間隔120度。通過(guò)3個(gè)凸輪與工具側(cè)模 塊13的凸緣相配合，增加了鎖緊的穩(wěn)定性和可靠性。
當(dāng)機(jī)器人末端需要與工具聯(lián)接時(shí)，通過(guò)向凸輪伸出壓縮空氣接口 10注入壓縮空 氣，同時(shí)，凸輪收回壓縮空氣接口 9泄壓。閥芯活塞12的下部空間被充滿壓縮空氣，壓縮空 氣作用于閥芯活塞12的底部產(chǎn)生向上的壓力，在壓力推動(dòng)下，閥芯3向上運(yùn)動(dòng)，閥芯3上的 凹槽帶動(dòng)凸輪4，凸輪4向遠(yuǎn)離閥芯3的中心線方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)彈簧蓋板8與上限圈5接觸，凸 輪4運(yùn)動(dòng)停止。通過(guò)恰當(dāng)設(shè)置上限圈5的高度控制閥芯3的運(yùn)動(dòng)行程，當(dāng)閥芯3停止向上 運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸輪4外緣恰好與工具側(cè)模塊13的凸緣緊密鎖緊，此時(shí)，工具側(cè)模塊13與機(jī)器人 側(cè)模塊實(shí)現(xiàn)緊密聯(lián)接。當(dāng)由于意外原因，凸輪伸出壓縮空氣接口 10處突然泄壓，導(dǎo)致閥芯活塞12的下部 空間失去壓縮空氣。此時(shí)由于設(shè)計(jì)方面的特點(diǎn)，彈簧6當(dāng)閥體活塞12推動(dòng)固定在上表面的 上限圈5與機(jī)器人側(cè)連接板2接觸時(shí)，彈簧6仍處于被壓縮狀態(tài)。閥芯3處于不可移動(dòng)狀 態(tài)，因此凸輪4不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。機(jī)器人側(cè)模塊留有3個(gè)或3個(gè)以上的通孔，機(jī)器人末端與機(jī)器人側(cè)模塊通過(guò)通孔 的螺栓就能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端與機(jī)器人側(cè)模塊的固定聯(lián)接。如圖2所示，本發(fā)明所述的工具側(cè)模塊13存在凸緣，通過(guò)工具側(cè)模塊13的凸緣與 機(jī)器人側(cè)模塊的凸輪4相鎖緊，就能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端與工具的聯(lián)接。工具側(cè)模塊留有3個(gè)或3個(gè)以上的通孔，工具與工具側(cè)模塊通過(guò)通孔的螺栓就能 實(shí)現(xiàn)工具側(cè)與工具的固定聯(lián)接。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可 以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置，包括機(jī)器人側(cè)模塊和工具側(cè)模塊，其中機(jī)器人側(cè)模塊包括殼體、機(jī)器人側(cè)連接板、閥芯、凸輪、上限圈、彈簧、下限圈、彈簧蓋板、凸輪收回壓縮空氣接口、凸輪伸出壓縮空氣接口、沉頭螺栓，其特征是，殼體底部支撐彈簧、彈簧上覆蓋彈簧蓋板、彈簧蓋板支撐閥芯、閥芯活塞下部與閥芯頂部相接觸、閥芯活塞上部固定圓形上限圈、機(jī)器人側(cè)連接板用沉頭螺栓與殼體固定、下限圈放置在殼體底部上、凸輪以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式固定在殼體上，在殼體的上腔安裝凸輪收回壓縮空氣接口、在殼體的下腔安裝凸輪伸出壓縮空氣接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置，其特征是，機(jī)器人側(cè)連接板 為圓形，在機(jī)器人側(cè)連接板的四周分布3個(gè)或3個(gè)以上的通孔以和機(jī)器人末端通過(guò)螺栓連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置，其特征是，上限圈是圓環(huán)狀， 在側(cè)面有1個(gè)或1個(gè)以上的通孔，壓縮空氣能透過(guò)通孔到達(dá)圓環(huán)內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置，其特征是，上限圈與閥芯活 塞連接，且上限圈的圓心與閥芯活塞的圓心重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置，其特征是，彈簧蓋板與閥芯 活塞是固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置，其特征是，彈簧上下兩端與 彈簧蓋板和殼體底部一直處于接觸狀態(tài)，當(dāng)閥體活塞推動(dòng)固定在上表面的上限圈與機(jī)器人 側(cè)連接板接觸時(shí)，彈簧仍處于被壓縮狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置，其特征是，上限圈與機(jī)器人 側(cè)連接板接觸時(shí)，凸輪伸出且與工具側(cè)模塊的凸緣緊密配合，實(shí)現(xiàn)鎖緊功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置，其特征是，下限圈與彈簧蓋 板接觸時(shí)，凸輪收回且凸輪外緣與殼體外表面平齊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置，其特征是，閥芯下部開(kāi)有一 圈凹槽，凹槽帶動(dòng)凸輪的伸出和收回。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置，其特征是，殼體下部固定的 凸輪數(shù)目為3個(gè)，按照每隔120度的角度均勻分布在殼體周圍。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于機(jī)器人自動(dòng)交換末端工具的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具交換裝置，屬于自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域。其技術(shù)方案是本發(fā)明提供了機(jī)器人側(cè)模塊和工具側(cè)模塊，其中機(jī)器人側(cè)模塊包括殼體、機(jī)器人側(cè)連接板、閥芯、凸輪、上限圈、彈簧、下限圈、彈簧蓋板、凸輪收回壓縮空氣接口、凸輪伸出壓縮空氣接口、沉頭螺栓、閥芯活塞。通過(guò)壓縮空氣推動(dòng)機(jī)器人側(cè)模塊的閥芯往下運(yùn)動(dòng)，凸輪收回，機(jī)器人側(cè)模塊和工具側(cè)模塊可以被分開(kāi)；通過(guò)壓縮空氣推動(dòng)機(jī)器人側(cè)模塊的閥芯向上運(yùn)動(dòng)，凸輪伸出，機(jī)器人側(cè)模塊和工具側(cè)模塊通過(guò)凸輪鎖緊，達(dá)到機(jī)器人末端與工具牢固聯(lián)接的目的。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端與工具之間可靠、便捷的聯(lián)接，控制方式簡(jiǎn)單；并且具有自鎖功能，具有很好的安全性。
文檔編號(hào)B25J19/00GK101863036SQ201010165829
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月9日
發(fā)明者俞建峰 申請(qǐng)人:俞建峰