易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手制造技术

本发明专利技术是一种易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，该机械手包括外部的圆柱形套筒、安装在套筒内的抓取装置以及安装在套筒上端的自适应连接装置；抓取装置包括盘形主体、其下表面的内撑机构、上表面的直线运动驱动器；内撑机构包括：固定在盘形主体下表面的支撑腿、支撑腿下端径向贯穿的滑动块；用于连接滑动块和直线运动驱动器的连杆，固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，自适应连接装置包括套装在套筒上端外部的连接筒，位于连接筒内部的预警弹簧和传感器，以及用于连接驱动模组与连接筒的柔顺环；本发明专利技术抓取工件的支撑力比较均匀，不易损坏易碎的工件，且在装配工件时，柔顺环具有一定的位姿偏差补偿功能，便于装配。

Self adaptive compliant manipulator for internal support operation of fragile thin-walled cylindrical inner wall workpiece

【技术实现步骤摘要】
易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手
本专利技术涉及机器人的
，特别涉及一种易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手。
技术介绍
对于工业生产机器人来说，取料和放料是最基本的功能，对于不同类型的产品所需要的夹头也不一样，对于圆柱类零件，一般采用外夹式夹头，即从工件的外部来夹持工件，而这些夹头多是利用三个夹爪组成类圆柱孔来夹紧并移动圆柱体类零件的；对于管状类零件，一般采用内撑式夹头，但是对于易碎薄壁圆柱形内壁工件，采用传统的三个夹爪，参考现有技术（申请号：CN201710356466.9，主题名称：圆柱面内壁工件的内撑式抓取与套模下压机械手），由于该专利中单个内撑爪的作用力面积较小对工件内壁产生的压强较大，很难控制夹取力度极易损坏工件，且该机械手的内撑爪在夹取工件的运动形式为摆动运动，导致内撑爪在夹取工件时对工件存在多个复杂的作用力，内撑爪很难控制且极易对工件产生不必要的损害，然而现有技术（申请号：CN201910141096.6，主题名称：易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手）针对性地解决了上述的问题，但是其仍然存在不足，比如，在实际生产作业中，当机械手抓取工件并与待装配工件进行装配时，因工件与待装配工件之间难免会出现形貌与位姿的偏差，例如说明书附图13所示的位姿偏差示意图，此时机械手持工件以刚性的压力再继续进行装配，必然会损坏工件、待装配工件或两者均损坏，尤其是装配易碎工件，影响生产的连续性，降低生产效率、增加生产成本，更有甚者还会损坏机械手，容易造成更大的经济损失。因此，专利技术具有自适应性能的机械手，用于自适应补偿作业对象间的形貌与位姿的偏差，对于机械手完成易碎件的高速抓取与装配作业十分关键。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手。具体内容如下：易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，该机械手包括外部的圆柱形套筒、安装在套筒内的抓取装置以及安装在套筒上端的自适应连接装置；其特征是：所述的抓取装置包括有：与套筒的内圆柱面直径匹配的盘形主体；设置在盘形主体的下表面并沿圆周均布的至少三个相同的内撑机构；安装在盘形主体上表面中部、并穿过盘形主体至其下表面、并与内撑机构连接的伸缩式直线运动驱动器；该直线运动驱动器的活动部件的运行方向与盘形主体的轴向相同；该盘形主体套装在所述套筒内部，并能够沿套筒内表面滑动；在盘形主体上表面还固定连接有至少三根沿盘形主体圆周方向均布且与套筒轴向平行的导杆，每根导杆的自由端穿出设置在套筒上部的导向孔，所述的导向孔设置在套筒上端面的空心的端面体上，在该端面体与盘形主体之间设有复位弹簧，在每根导杆穿出的部分通过螺母与同一块固定盘固定，该固定盘与盘形主体平行且每个螺母的安装高度相同；所述的内撑机构包括有：固定在盘形主体的下表面垂直向外伸出的支撑腿，该支撑腿外侧面到盘形主体中心的最大距离小于盘形主体的半径；沿盘形主体的径向贯穿该支撑腿下端滑动孔的滑动块；两端分别通过铰接轴连接滑动块里端和直线运动驱动器的活动部件之间的连杆，该连杆的下端与滑动块的里端铰接；固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，该内撑体上表面的中间位置固定在对应滑动块外端的下表面上；每块内撑体外侧的圆弧面在同一圆柱面上且每块内撑体对应圆心的位置均相同，该内撑体外侧的圆弧面所在的圆柱面的轴向中心线与盘形主体的轴向中心线共线；在每块内撑体外侧的圆弧面上固定一块与之匹配的软体垫片，该软体垫片通过至少两个导柱过盈配合塞装在内撑体上对应的通孔内，所述的软体垫片在内撑体外侧的圆弧面的母线方向的宽度大于内撑体的宽度且向下伸出内撑体的下表面，该软体垫片伸出内撑体下表面的部分设为软体内撑片，支撑腿外侧与盘形主体边沿之间的径向距离大于内撑体与软体垫片的厚度之和；所述的套筒的下端面为精加工后的平整圆环形端面、在该端面上设有与之匹配的柔性减震环；所述的自适应连接装置包括有：套装在套筒上端外部的连接筒，位于连接筒内部的预警弹簧和用于检测套筒位移变化的传感器，以及用于连接驱动模组与连接筒的柔顺环；所述的连接筒为上端密封、下端开口的圆筒状，在套筒的上端的圆周面上设有沿其径向向外均匀凸出的定位凸台，该定位凸台的外圆周面的尺寸与连接筒的内圆周面尺寸相同，且定位凸台的外圆周面上分布有若干个导向条，每根导向条的长度方向均沿定位凸台的母线方向固定设置，在连接筒的内圆周面设有与导向条对应匹配的导向槽，连接筒套装在套筒的上端并匹配形成竖直运动的滑动副，且导向条在对应的导向槽内竖直滑动，在连接筒的下端面同轴固定有可拆卸的限位环，限位环与连接筒之间通过螺栓固定，该限位环的内圆柱面的直径与套筒的外圆柱面的直径相同，该限位环位于定位凸台的下方，所述的预警弹簧的上端支撑在连接筒的顶部、下端支撑在固定盘上，且预警弹簧为圆柱状，预警弹簧的外径与连接筒的内径匹配并紧贴连接筒的内圆柱面安装，且传感器位于预警弹簧的内部，所述的柔顺环采用柔性材质制成，柔顺环的一端固定在连接筒的外圆柱面，柔顺环的另一端固定在驱动模组的驱动滑块上，驱动模组控制驱动滑块的移动。优选的，所述的复位弹簧外径与所述的套筒内圆柱面直径匹配并紧贴套筒内圆柱面安装，所述的导杆、直线运动驱动器位于复位弹簧内部。优选的，所述的内撑体外侧的圆弧面上设有自该圆弧面向内凹陷的缓压槽。优选的，所述的直线运动驱动器为气缸，或者为液压缸，或者为电动推杆。优选的，所述的软体垫片、柔性减震环均采用特殊橡胶或者硅胶或者高分子合成材料制成，柔顺环采用高弹性材料制成；所述的软体垫片的表面设有有网纹或者密集的小凸起，其整体外形为圆柱面。优选的，所述的套筒的侧壁上沿圆周均匀设有至少三个的窗口，相邻的窗口之间设有支柱。优选的，所述的连接筒的侧壁上设有至少三个的观察口，相邻的观察口之间设有支撑壁，所述的导向槽设置在支撑壁上。本专利技术的有益技术效果：本专利技术是一种易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，通过安装在套筒内部可伸缩的内撑机构实现对圆柱形内壁工件的内圆柱面的抓取和放下，同时作为内撑机构伸缩导向部件的套筒的下端还设有柔性减震环还可以作为工件装配的压头来使用，解决了一般的机械手只能转运工件不能装配工件的问题；同时多个圆弧条状的内撑体组成的类环状的内撑结构、该内撑结构对工件内撑的作用力的面积变大，容易抓取工件的同时还不易损坏工件，且每块内撑体上设有软体垫片，极大程度地保护了易碎工件；再者，当遇到质量较轻质地较脆的工件时，通过内撑体带动软体内撑片对工件进行夹取，通过软体内撑片自身的柔韧性对质量较轻质地较脆的工件进行夹取，一定程度上降低对工件夹取的难度同时保护工件免受不必要的损伤，而且，内撑体通过滑动块沿盘形主体的径向移动，在抓取工件时内撑体也沿着圆柱形工件的径向进行抓取工件，直线运动驱动器驱动内撑体抓取工件时的受力过程简单，抓取工件时更加稳定、安全，效率更高；...

【技术保护点】
1.易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，该机械手包括外部的圆柱形套筒、安装在套筒内的抓取装置以及安装在套筒上端的自适应连接装置；其特征是：/n所述的抓取装置包括有：/n与套筒的内圆柱面直径匹配的盘形主体；/n设置在盘形主体的下表面并沿圆周均布的至少三个相同的内撑机构；/n安装在盘形主体上表面中部、并穿过盘形主体至其下表面、并与内撑机构连接的伸缩式直线运动驱动器；/n该直线运动驱动器的活动部件的运行方向与盘形主体的轴向相同；该盘形主体套装在所述套筒内部，并能够沿套筒内表面滑动；在盘形主体上表面还固定连接有至少三根沿盘形主体圆周方向均布且与套筒轴向平行的导杆，每根导杆的自由端穿出设置在套筒上部的导向孔，所述的导向孔设置在套筒上端面的空心的端面体上，在该端面体与盘形主体之间设有复位弹簧，在每根导杆穿出的部分通过螺母与同一块固定盘固定，该固定盘与盘形主体平行且每个螺母的安装高度相同；/n所述的内撑机构包括有：/n固定在盘形主体的下表面垂直向外伸出的支撑腿，该支撑腿外侧面到盘形主体中心的最大距离小于盘形主体的半径；/n沿盘形主体的径向贯穿该支撑腿下端滑动孔的滑动块；/n两端分别通过铰接轴连接滑动块里端和直线运动驱动器的活动部件之间的连杆，该连杆的下端与滑动块的里端铰接；/n固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，该内撑体上表面的中间位置固定在对应滑动块外端的下表面上；/n每块内撑体外侧的圆弧面在同一圆柱面上且每块内撑体对应圆心的位置均相同，该内撑体外侧的圆弧面所在的圆柱面的轴向中心线与盘形主体的轴向中心线共线；在每块内撑体外侧的圆弧面上固定一块与之匹配的软体垫片，该软体垫片通过至少两个导柱过盈配合塞装在内撑体上对应的通孔内，所述的软体垫片在内撑体外侧的圆弧面的母线方向的宽度大于内撑体的宽度且向下伸出内撑体的下表面，该软体垫片伸出内撑体下表面的部分设为软体内撑片，支撑腿外侧与盘形主体边沿之间的径向距离大于内撑体与软体垫片的厚度之和；/n所述的套筒的下端面为精加工后的平整圆环形端面、在该端面上设有与之匹配的柔性减震环；/n所述的自适应连接装置包括有：/n套装在套筒上端外部的连接筒，位于连接筒内部的预警弹簧和用于检测套筒位移变化的传感器，以及用于连接驱动模组与连接筒的柔顺环；/n所述的连接筒为上端密封、下端开口的圆筒状，在套筒的上端的圆周面上设有沿其径向向外均匀凸出的定位凸台，该定位凸台的外圆周面的尺寸与连接筒的内圆周面尺寸相同，且定位凸台的外圆周面上分布有若干个导向条，每根导向条的长度方向均沿定位凸台的母线方向固定设置，在连接筒的内圆周面设有与导向条对应匹配的导向槽，连接筒套装在套筒的上端并匹配形成竖直运动的滑动副，且导向条在对应的导向槽内竖直滑动，在连接筒的下端面同轴固定有可拆卸的限位环，限位环与连接筒之间通过螺栓固定，该限位环的内圆柱面的直径与套筒的外圆柱面的直径相同，该限位环位于定位凸台的下方，所述的预警弹簧的上端支撑在连接筒的顶部、下端支撑在固定盘上，且预警弹簧为圆柱状，预警弹簧的外径与连接筒的内径匹配并紧贴连接筒的内圆柱面安装，且传感器位于预警弹簧的内部，所述的柔顺环采用柔性材质制成，柔顺环的一端固定在连接筒的外圆柱面，柔顺环的另一端固定在驱动模组的驱动滑块上，驱动模组控制驱动滑块的移动。/n...

【技术特征摘要】
1.易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，该机械手包括外部的圆柱形套筒、安装在套筒内的抓取装置以及安装在套筒上端的自适应连接装置；其特征是：
所述的抓取装置包括有：
与套筒的内圆柱面直径匹配的盘形主体；
设置在盘形主体的下表面并沿圆周均布的至少三个相同的内撑机构；
安装在盘形主体上表面中部、并穿过盘形主体至其下表面、并与内撑机构连接的伸缩式直线运动驱动器；
该直线运动驱动器的活动部件的运行方向与盘形主体的轴向相同；该盘形主体套装在所述套筒内部，并能够沿套筒内表面滑动；在盘形主体上表面还固定连接有至少三根沿盘形主体圆周方向均布且与套筒轴向平行的导杆，每根导杆的自由端穿出设置在套筒上部的导向孔，所述的导向孔设置在套筒上端面的空心的端面体上，在该端面体与盘形主体之间设有复位弹簧，在每根导杆穿出的部分通过螺母与同一块固定盘固定，该固定盘与盘形主体平行且每个螺母的安装高度相同；
所述的内撑机构包括有：
固定在盘形主体的下表面垂直向外伸出的支撑腿，该支撑腿外侧面到盘形主体中心的最大距离小于盘形主体的半径；
沿盘形主体的径向贯穿该支撑腿下端滑动孔的滑动块；
两端分别通过铰接轴连接滑动块里端和直线运动驱动器的活动部件之间的连杆，该连杆的下端与滑动块的里端铰接；
固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，该内撑体上表面的中间位置固定在对应滑动块外端的下表面上；
每块内撑体外侧的圆弧面在同一圆柱面上且每块内撑体对应圆心的位置均相同，该内撑体外侧的圆弧面所在的圆柱面的轴向中心线与盘形主体的轴向中心线共线；在每块内撑体外侧的圆弧面上固定一块与之匹配的软体垫片，该软体垫片通过至少两个导柱过盈配合塞装在内撑体上对应的通孔内，所述的软体垫片在内撑体外侧的圆弧面的母线方向的宽度大于内撑体的宽度且向下伸出内撑体的下表面，该软体垫片伸出内撑体下表面的部分设为软体内撑片，支撑腿外侧与盘形主体边沿之间的径向距离大于内撑体与软体垫片的厚度之和；
所述的套筒的下端面为精加工后的平整圆环形端面、在该端面上设有与之匹配的柔性减震环；
所述的自适应连接装置包括有：
套装在套筒上端外部的连接筒，位于连接筒内部的预警弹簧和用于检测套筒位移变化的传感器，以及用于连接驱动模组与连接筒的柔顺环；
所述的连接筒为上端密封、下端开口的圆筒状，在套筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：王良文，岳磊，邬昌军，王若澜，刘辉，刘林，栗培栋，杜文辽，张珂，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41