本發(fā)明涉及機(jī)器人打磨特種加工領(lǐng)域，尤其是涉及一種繩驅(qū)動(dòng)二自由度打磨末端執(zhí)行器。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的對于機(jī)械打磨加工都是由人工利用打磨儀器進(jìn)行半自動(dòng)化打磨，由于打磨過程中會(huì)出現(xiàn)大量打磨后的粉塵、致使機(jī)械打磨的環(huán)境差，嚴(yán)重影響了工人的身體健康。同時(shí)人工手動(dòng)控制打磨機(jī)械具有不確定性，導(dǎo)致了打磨精度的不可控。隨著人工打磨的成本逐漸增加以及加工精度要求的不斷提高，半自動(dòng)化的打磨工藝的缺陷已經(jīng)越來越明顯。在這種發(fā)展趨勢下，機(jī)器人打磨技術(shù)日益發(fā)展起來，六自由度的打磨加工機(jī)器人已經(jīng)是逐漸成熟。然而對于一些需要打磨的特殊曲面和特征，六自由度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)可達(dá)空間有限的缺陷也凸顯了出來。對于設(shè)計(jì)出能適用于更多打磨環(huán)境的打磨機(jī)器人，是時(shí)代發(fā)展的需要。

中國專利CN103639867A公開了一種對工件表面作打磨處理的機(jī)器人打磨機(jī)，它包括機(jī)架以及位于該機(jī)架頂部的工作臺(tái)，工作臺(tái)上安裝有：用于抓取待打磨工件的六軸機(jī)械手、伺服電機(jī)、與伺服電機(jī)傳動(dòng)連接的拋光輪。該打磨機(jī)采用六軸機(jī)器人模擬產(chǎn)品軌跡和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制打磨輪相結(jié)合的技術(shù)，并配合自動(dòng)供蠟及自動(dòng)加濕功能，提高了產(chǎn)品的打磨精度，但是在打磨特殊曲面時(shí)，仍然存在可達(dá)空間有限的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可實(shí)現(xiàn)狹小空間條件打磨的繩驅(qū)動(dòng)二自由度打磨末端執(zhí)行器。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種繩驅(qū)動(dòng)二自由度打磨末端執(zhí)行器，包括快換接頭、控制模塊、前連接塊、繩索、十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)、后連接塊、電機(jī)連接塊、電機(jī)和打磨頭，

所述的快換接頭的一端與工業(yè)機(jī)器人連接，另一端與控制模塊固定連接，

所述的控制模塊內(nèi)設(shè)十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該控制模塊與前連接塊、十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)、后連接塊及電機(jī)連接塊依次連接，

所述的繩索中間繞過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩端連接在后連接塊上，

所述的電機(jī)連接在電機(jī)連接塊的一端，

所述的打磨頭與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定連接。

所述的十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由固定在支架上的兩組相互垂直設(shè)置的驅(qū)動(dòng)組件構(gòu)成，所述的驅(qū)動(dòng)組件包括電機(jī)及轉(zhuǎn)動(dòng)輪，所述的電機(jī)固定在支架上，該電機(jī)的末端與轉(zhuǎn)動(dòng)輪連接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述的電機(jī)為配有減速器和編碼器的電機(jī)。

兩組驅(qū)動(dòng)組件中的轉(zhuǎn)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互垂直。

所述的支架包括：

兩塊側(cè)置的U型塊：兩端分別與端蓋及前連接塊連接，

兩根支撐桁架：設(shè)置在兩塊U型塊之間，

電機(jī)支撐架：架設(shè)在支撐桁架上，頂端固定連接電機(jī)。

所述的前連接塊為開有連接用螺栓孔、通孔及繩索導(dǎo)向孔的凸型塊，一端與控制模塊相連，另一端與十字聯(lián)軸結(jié)構(gòu)通過螺栓固定連接。

所述的十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)由兩塊呈垂直交錯(cuò)設(shè)置的連接板、一個(gè)中間活動(dòng)塊及兩根轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成，兩塊連接板經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與中間活動(dòng)塊連接。

所述的連接板為U字型板，側(cè)板面上開設(shè)軸孔，所述的中間活動(dòng)塊為正八面體狀結(jié)構(gòu)，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過軸孔連接中間活動(dòng)板及連接塊，兩根轉(zhuǎn)動(dòng)軸呈相互垂直形成十字狀結(jié)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)相互垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。通過十字聯(lián)軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為打磨機(jī)器人增加了2個(gè)相互垂直的平面自由度，這樣的設(shè)計(jì)使得打磨機(jī)器人的末端打磨頭可達(dá)位姿更靈活，也使打磨機(jī)器人的工作空間進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了狹小空間條件下的打磨。

所述的繩索由兩根鋼絲繩組成，均布在十字聯(lián)軸結(jié)構(gòu)的外周，每根鋼絲繩的中間分別繞過一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輪，兩端固定在后連接塊上。利用繩索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)的二自由度進(jìn)行控制，不僅精簡了打磨末端的機(jī)構(gòu)，降低了末端機(jī)構(gòu)的重量，同時(shí)也使得本發(fā)明的末端執(zhí)行器具有一定的柔順性，進(jìn)一步降低了打磨頭在打磨物體時(shí)的剛性沖擊。

所述的快換接頭、控制模塊、前連接塊、后連接塊和電機(jī)連接塊的軸線重合，

所述的繩索的軸線與前連接塊的軸線平行，

所述的十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線相互垂直且都垂直于前連接塊及后連接塊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、打磨末端頭位姿更加靈活、工作空間更加大；打磨機(jī)器人的適用范圍更加廣，填補(bǔ)了普通打磨機(jī)器人不能在一些狹小的特殊特征和曲面進(jìn)行打磨的空缺。

2、打磨末端執(zhí)行器重量更輕，打磨物體時(shí)打磨頭能避免受剛性沖擊的破壞。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為十字聯(lián)軸結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-快換接頭、2-控制模塊、201-螺栓、202-端蓋、203-U型塊、204-第一轉(zhuǎn)動(dòng)輪、205-第一電機(jī)支架、206-第一電機(jī)、207-第一支撐桁架、208-下螺栓組、209-第二支撐桁架、210-第二電機(jī)支架、211-第二電機(jī)、212-第二轉(zhuǎn)動(dòng)輪、213-上螺栓組、3-前連接塊、4-繩索、41-第一鋼絲繩、42-第二鋼絲繩、5-十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)、501-第一U字型板、502-中間活動(dòng)塊、503-第二U字型板、504-第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸、505-第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸、506-第一連接螺栓、507-第二連接螺栓、6-后連接塊、7-電機(jī)連接塊、8-電機(jī)、9-打磨頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例

一種繩驅(qū)動(dòng)二自由度打磨末端執(zhí)行器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括快換接頭1、控制模塊2、前連接塊3、繩索4、十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)5、后連接塊6、電機(jī)連接塊7、電機(jī)8和打磨頭9。其中，快換接頭1的一端可與工業(yè)機(jī)器人末端連接，另一端與控制模塊中的端蓋202通過螺栓201連接，控制模塊2內(nèi)設(shè)十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該控制模塊2與前連接塊3、十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)5、后連接塊6及電機(jī)連接塊7依次連接，繩索4中間繞過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩端連接在后連接塊6上，電機(jī)8連接在電機(jī)連接塊7的一端，打磨頭9與電機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定連接。

快換接頭1、控制模塊2、前連接塊3、后連接塊6和電機(jī)連接塊7的軸線重合；繩索4的軸線與前連接塊3平行；電機(jī)8和打磨頭9的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與后連接塊6的軸線垂直。

十字聯(lián)軸結(jié)構(gòu)5的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括U型結(jié)構(gòu)的第一連接板501、中間活動(dòng)塊502、第二連接板503、第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸504、第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸505。上述連接板的左右面板開有軸孔；中間活動(dòng)塊502是一個(gè)正八面體結(jié)構(gòu)塊，在其中4個(gè)面上開有軸孔。第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸504、第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸505通過軸孔分別將第一連接板501、第二連接板503連接到中間活動(dòng)塊502上，兩根轉(zhuǎn)動(dòng)軸呈相互垂直形成十字狀結(jié)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)相互垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，通過十字聯(lián)軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為打磨機(jī)器人增加了2個(gè)相互垂直的平面自由度，這樣的設(shè)計(jì)使得打磨機(jī)器人的末端打磨頭可達(dá)位姿更靈活，也使打磨機(jī)器人的工作空間進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了狹小空間條件下的打磨。

在第一連接板501及第二連接板503上分別設(shè)有第一螺連接螺栓506和第二連接螺栓507，前連接塊3是一個(gè)為開有連接用螺栓孔、通孔及繩索導(dǎo)向孔的凸型塊，其一端與控制模塊2相連，另一端與十字聯(lián)軸結(jié)構(gòu)5通過第二連接螺栓507連接，后連接塊6通過第一連接螺栓506與十字聯(lián)軸結(jié)構(gòu)5連接。

控制模塊2的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中包含了十字聯(lián)軸機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由固定在支架上的兩組相互垂直設(shè)置的驅(qū)動(dòng)組件構(gòu)成，具體來說，是由帶減速器和編碼器的第一電機(jī)206和第二電機(jī)211、第一轉(zhuǎn)動(dòng)輪204和第二轉(zhuǎn)動(dòng)輪212組成，電機(jī)的末端與轉(zhuǎn)動(dòng)輪連接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。第一轉(zhuǎn)動(dòng)輪204和第二轉(zhuǎn)動(dòng)輪212的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互垂直。

支架由兩塊側(cè)置的U型塊203組成，一端通過上螺栓組213與端蓋202連接，另一端通過下螺栓組208與前連接塊3連接，在兩塊側(cè)置的U型塊203之間設(shè)有相互平行的第一支撐桁架207和第二支撐桁架209，上述支撐桁架上分別設(shè)有第一電機(jī)支架205及第二電機(jī)支架210，用于支撐第一電機(jī)206和第二電機(jī)211。

繩索4由第一鋼絲繩41及第二鋼絲繩42組成，兩根鋼絲繩按360度均勻分布，兩端都固定于后連接塊6上，第一鋼絲繩41中間繞過了第一轉(zhuǎn)動(dòng)輪204，第二鋼絲繩42中間繞過了第二轉(zhuǎn)動(dòng)輪212。