機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)及其實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在注塑機(jī)注塑前需要往模具內(nèi)預(yù)先嵌入零件的場合，當(dāng)前主要采用人工手工預(yù)先嵌入和應(yīng)用機(jī)器人自動預(yù)先嵌入兩種方式，而其中應(yīng)用機(jī)器人自動預(yù)先嵌入零件至模具內(nèi)的方式中，以目前技術(shù)都需要對機(jī)器人進(jìn)行精確編程，必須依靠事先編程的精確程度和機(jī)器人本身的定位精度、重復(fù)定位精度來保證預(yù)先嵌入零件的嵌入精度。
[0003]當(dāng)前技術(shù)存在以下問題:1.采用人工手工預(yù)先嵌入零件進(jìn)模具的方式生產(chǎn)效率低，而且其安全性差；2.應(yīng)用機(jī)器人自動預(yù)先嵌入零件進(jìn)模具的方式，為保證預(yù)先嵌入零件準(zhǔn)確進(jìn)入模具型腔而需要對機(jī)器人進(jìn)行精確編程的難度相當(dāng)大；3.應(yīng)用機(jī)器人自動嵌入零件進(jìn)模具的方式，受機(jī)器人定位精度和重復(fù)定位精度的影響，存在有時無法準(zhǔn)確嵌入而影響生產(chǎn)效率或者因嵌入件位置偏差致使產(chǎn)品報廢乃至預(yù)先嵌入零件不到位情況下合模而損壞模具的隱患；4.當(dāng)模具從注塑機(jī)上拆下修理后，重新裝上注塑機(jī)恢復(fù)正常生產(chǎn)前，同樣還需要耗費很長的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間對機(jī)器人再次進(jìn)行精確示教編程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對當(dāng)前技術(shù)中存在的諸多問題，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于機(jī)器人精確預(yù)先嵌入零件到注塑模具內(nèi)場合的一種機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)。
[0005]所述的機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)，包括與機(jī)器人腕部法蘭連接的小法蘭，其特征在于所述的小法蘭上安裝芯套，芯套外安裝關(guān)節(jié)軸承，關(guān)節(jié)軸承外安裝十字殼，十字殼上開有四組滾珠導(dǎo)軌槽，大法蘭上開有四組成十字分布導(dǎo)軌槽，大法蘭上四組十字分布導(dǎo)軌槽與十字殼上四組滾珠導(dǎo)軌槽之間均布十字滑塊I和十字滑塊II各兩組，十字滑塊I和十字滑塊II上開有空間十字交叉的導(dǎo)軌槽，十字滑塊I上部導(dǎo)軌槽與十字殼導(dǎo)軌槽之間埋入滾珠I和滾珠II，十字滑塊II上部導(dǎo)軌槽與十字殼導(dǎo)軌槽之間埋入滾珠III和滾珠IV，十字滑塊I和十字滑塊II下部導(dǎo)軌槽與大法蘭導(dǎo)軌槽之間埋入滾珠V和滾珠VI，十字滑塊I和十字滑塊II各端面外側(cè)統(tǒng)一從內(nèi)到外依次安裝內(nèi)擋片、密封墊、外擋片和壓板，十字滑塊I下部外側(cè)與彈簧座之間裝有壓簧I，十字滑塊II下部外側(cè)與彈簧座之間裝有壓簧II，十字滑塊I和十字滑塊II上部左外側(cè)與彈簧片I之間裝有壓簧III，十字滑塊I和十字滑塊II上部右外側(cè)與彈簧片II之間裝有壓簧IV，彈簧座固定于大法蘭外側(cè)，彈簧片I和彈簧片II固定于十字殼外側(cè)，小法蘭與十字殼之間通過支柱I和支柱II安裝拉簧I，小法蘭與十字殼之間通過支柱III和支柱IV安裝拉簧II。
[0006]所述的機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)，其特征在于所述的芯套與十字殼之間安裝有關(guān)節(jié)軸承獲得三自由度轉(zhuǎn)角柔性功能。
[0007]所述的機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)，其特征在于所述的十字殼導(dǎo)軌槽與大法蘭導(dǎo)軌槽之間安裝有十字滑塊I和十字滑塊II，并在配對導(dǎo)軌槽內(nèi)埋入滾珠1、滾珠II和滾珠II1、滾珠IV來獲得二自由度位移柔性功能。
[0008]所述的機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)，其特征在于所述的小法蘭與十字殼之間通過四組均布的支柱I和支柱II安裝拉簧I，通過四組均布的支柱III和支柱IV安裝拉簧II，四組正向預(yù)拉均布的拉簧I和四組反向預(yù)拉均布的拉簧II其所提供的預(yù)拉力相對于關(guān)節(jié)軸承球面回轉(zhuǎn)中心的力矩相互平衡，保持三自由度轉(zhuǎn)角原點初始狀態(tài)。
[0009]所述的機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)，其特征在于所述的四組均布十字滑塊I下部外側(cè)與彈簧座I之間均裝有壓簧I，十字滑塊II下部外側(cè)與彈簧座II之間均裝有壓簧II，兩組均布的壓簧I和壓簧II處于預(yù)壓力兩兩相互平衡狀態(tài)，四組均布十字滑塊I上部左外側(cè)與彈簧片I之間裝有壓簧III，十字滑塊I上部右外側(cè)與彈簧片II之間裝有壓簧IV，壓簧III和壓簧IV處于預(yù)壓力相互平衡狀態(tài)，兩組預(yù)壓力平衡的壓簧I和壓簧II，四組預(yù)壓力平衡的壓簧III和壓簧IV，共同構(gòu)建并保持二自由度位移原點初始狀態(tài)。
[0010]所述的機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)，其特征在于需要機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)實現(xiàn)角度柔性時，十字殼圍繞關(guān)節(jié)軸承轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度，四組均布的拉簧I和拉簧II預(yù)拉長度和預(yù)拉力發(fā)生對應(yīng)的變化，待柔性關(guān)節(jié)需要復(fù)位至角度原點時，在四組均布的拉簧I和拉簧II初始狀態(tài)預(yù)拉力的平衡作用下，十字殼圍繞關(guān)節(jié)軸承逆向轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度復(fù)位至角度原點初始狀態(tài)。
[0011]所述的機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)，其特征在于需要機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)實現(xiàn)位移柔性時，大法蘭與十字殼之間通過十字滑塊I借助滾珠I和滾珠II的滾動和十字滑塊II借助滾珠III和滾珠IV的滾動實現(xiàn)相應(yīng)的位移，兩組壓簧I和壓簧II以及四組壓簧III和壓簧IV預(yù)壓長度和預(yù)壓力發(fā)生對應(yīng)的變化，待柔性關(guān)節(jié)需要復(fù)位至位移原點時，在壓簧I和壓簧II以及壓簧III和壓簧IV初始狀態(tài)預(yù)壓力的平衡下，大法蘭沿十字殼軌道逆向移動相應(yīng)位移復(fù)位至位移原點初始狀態(tài)。
[0012]所述的機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)，其特征在于十字滑塊I和十字滑塊II導(dǎo)軌槽外各端面從內(nèi)到外依次裝有內(nèi)擋片、密封墊、外擋片和壓板，達(dá)到防止?jié)L珠脫落、潤滑脂保持和防塵的功能。
[0013]通過采用上述技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0014]I)本發(fā)明通過設(shè)置五自由度的柔性機(jī)構(gòu)，可以用低精度國產(chǎn)機(jī)器人替代高精度進(jìn)口機(jī)器人完成向注塑模具埋入預(yù)嵌件工作，大幅降低機(jī)器人投資成本；
[0015]2)本發(fā)明通過設(shè)置五自由度的柔性機(jī)構(gòu)，極大簡化機(jī)器人編程過程，對機(jī)器人位置和姿態(tài)編程調(diào)試精度要求降低至毫米級位移要求和度級角度要求，大幅縮短機(jī)器人調(diào)試時間；
[0016]3)本發(fā)明通過設(shè)置五自由度的柔性機(jī)構(gòu)，在模具下線維修后再次安裝上注塑機(jī)時，不必重新對機(jī)器人進(jìn)行編程，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間使生產(chǎn)效率得以提高；
[0017]4)本發(fā)明通過設(shè)置五自由度的柔性機(jī)構(gòu)獲得一種機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)，可以消除目前生產(chǎn)技術(shù)中預(yù)嵌入件進(jìn)入模具型腔時可能對機(jī)器人的產(chǎn)生的額外附加力，確保機(jī)器人剛度和精度穩(wěn)定性長期不受非正常負(fù)載的負(fù)面影響，柔性自動匹配功能可以使機(jī)器人以更高的運行速度把預(yù)嵌件埋入模具型腔，生產(chǎn)效率得以提高，可以在工業(yè)化生產(chǎn)中推廣。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的主視圖結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的左視圖結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的俯視圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:1-小法蘭，2-芯套，3-關(guān)節(jié)軸承，4-十字殼，5-十字滑塊I，6-滾珠I，7-彈簧座I，8-壓簧I，9-大法蘭，10-滾珠II，11-壓簧II，12-彈簧座II，13-滾珠III，14-十字滑塊II，15-滾珠IV，16-支柱I，17-拉簧I，18-支柱II，19-彈簧片I，20-壓簧III，21-滾珠V，22-滾珠VI，23-內(nèi)擋片，24-密封墊，25-外擋片，26-壓板，27-壓簧IV，28-彈簧片II，29-支柱 III，30-拉簧 II，31-支柱 IV，32-拉簧 III，33-拉簧 IV，34-拉簧 V，35-拉簧VI，36-拉簧 VII，37-拉簧 VIII。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0023]如圖1、圖2、圖3所示，機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)，包括小法蘭1，所述的小法蘭I下面安裝芯套2，芯套2外面安裝關(guān)節(jié)軸承3，關(guān)節(jié)軸承3外面安裝十字殼4，十字殼4下面開有四組滾珠導(dǎo)軌槽，十字殼4下是大法蘭9，大法蘭9上面開有四組成十字分布導(dǎo)軌槽，大法蘭9上四組十字分布導(dǎo)軌槽與十字殼4下四組滾珠導(dǎo)軌槽之間均勻分布設(shè)置十字滑塊I 5和十字滑塊II 14各兩組，十字滑塊I 5和十字滑塊II 14側(cè)面開有兩組成空間十字交錯的導(dǎo)軌槽，十字滑塊I 5上部導(dǎo)軌槽與十字殼4導(dǎo)軌槽之間埋入滾珠16和滾珠II 10，十字滑塊II 14上部導(dǎo)軌槽與十字殼4導(dǎo)軌槽之間埋入滾珠III13和滾珠IV 15，十字滑塊I5和十字滑塊II 14下部導(dǎo)軌槽與大法蘭9導(dǎo)軌槽之間埋入滾珠V 21和滾珠VI22，十字滑塊I 5和十字滑塊II 14兩端面外側(cè)從內(nèi)到外依次安裝內(nèi)擋片23、密封墊24、外擋片25和壓板26，十字滑塊I 5下半部左外側(cè)與彈簧座I 7之間裝有壓簧I 8，十字滑塊II 14下半部右外側(cè)與彈簧座II 12之間裝有壓簧II 11，十字滑塊I 5和十字滑塊II 14上半部左外側(cè)與彈簧片I 19之間裝有壓簧11120，十字滑塊I 5和十字滑塊II 14上部右外側(cè)與彈簧片II 28之間裝有壓簧IV27，彈簧座I 7固定于大法蘭9外側(cè)，彈簧片I 19和彈簧片II28固定于十字殼4外側(cè)，小法蘭I與十字殼4之間通過四組相對于中心軸線均布的支柱I16和支柱II 18安裝拉簧117，小法蘭I與十字殼4之間通過四組相對于中心軸線均布的支柱III29和支柱IV 31安裝拉簧II 3，四組均布的拉簧I 17和拉簧II 3處于預(yù)拉伸狀態(tài)，并且預(yù)拉力相互平衡，使小法蘭I與十字殼4之間處于有初始張緊力的平衡狀態(tài)。
[0024]本發(fā)明機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)的小法蘭I安裝于機(jī)器人手臂前端法蘭處，當(dāng)機(jī)器人連同本發(fā)明機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)以及前端安裝的終端用戶執(zhí)行部件接近工作對象時，允許機(jī)器人手臂前端的終端用戶執(zhí)行部件的空間坐標(biāo)和姿態(tài)在X方向位移、Y方向位移、繞X軸轉(zhuǎn)角、繞Y軸轉(zhuǎn)角、繞Z軸轉(zhuǎn)角等五自由度方向與理論正確空間坐標(biāo)和姿態(tài)之間存在復(fù)合性誤差，本發(fā)明機(jī)器人有限柔性腕關(guān)節(jié)可以自動補(bǔ)償該復(fù)合性誤差，具體實現(xiàn)過程如下:
[0025]I)機(jī)器人手臂前端法蘭實際坐標(biāo)與理論正確坐標(biāo)之間存在X方向位移誤差需要修正時，本柔性腕關(guān)節(jié)十字殼4和大法蘭9之間在X方向左右兩端安裝的壓簧I 8和壓簧II 11，一側(cè)壓簧壓縮量增大，同時另一側(cè)壓簧預(yù)壓縮量縮小，大法蘭9相對于十字殼4沿X方向修正位移，從而達(dá)到自動修正機(jī)器人前端法蘭坐標(biāo)X方向位移偏差目的，如圖1所示；
[0026]2)