一種用于工業(yè)機器人精密裝配的柔性單元及柔性手腕的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機械手腕，尤其涉及一種對工業(yè)機器人精密裝配進(jìn)行裝配誤差補償?shù)墓I(yè)機器人用柔性單元及柔性手腕。
【背景技術(shù)】
[0002]在機器人自動化裝配作業(yè)中，由于機器人和物料運送系統(tǒng)的可重復(fù)定位精度誤差、工裝夾具公差和零部件加工公差等，待裝配的零部件之間會有裝配誤差(包括線性位移方向和角度方向)，而一般待裝配的零部件之間的裝配精度要求較高，特別是在3C(計算機、和通訊消費類電子設(shè)備)等要求精密裝配的領(lǐng)域，從而導(dǎo)致機器人無法完成裝配任務(wù)。因此，機器人自動化精密裝配系統(tǒng)必須包含消除裝配誤差的裝置。
[0003]裝配誤差可通過提高機器人、物料運送系統(tǒng)、工裝夾具、零部件等的運動和加工精度的方式來消除，但此方法必將大幅提高機器人精密裝配系統(tǒng)的成本，不適合大規(guī)模低成本的工業(yè)應(yīng)用。目前已有的解決方法有兩種:一是采用視覺伺服或力反饋等主動消除的方式，但此方式需要視覺傳感器或力傳感器、控制器等構(gòu)成的伺服控制回路以及相關(guān)的軟件系統(tǒng)，將會導(dǎo)致機器人裝配系統(tǒng)成本的上升；另一種方法是采用機器人用柔性手腕被動地來消除裝配誤差，該種解決方法無需使用傳感器和控制器等，當(dāng)待裝配零部件間接觸時，柔性手腕可通過自身柔性部分的彈性變形來快速補償裝配誤差，是一種簡單低成本的裝配誤差補償裝置。
[0004]傳統(tǒng)的剛性機器人手腕通常由球齒輪、錐齒輪組合等剛性傳動機構(gòu)連接構(gòu)成，可在多個驅(qū)動器的驅(qū)動下，調(diào)整空間位置和姿態(tài)。但受機械結(jié)構(gòu)限制，運動靈活性較差，自由度數(shù)也較少，不能適用于精密裝配作業(yè)，僅可完成搬運、上下料等作業(yè)。
[0005]機器人用柔性手腕是連接機器人手臂與機械手或夾具等末端執(zhí)行器的部件，其可利用自身柔性結(jié)構(gòu)的彈性變形來改變末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)和位置以消除各個方向上的裝配誤差，完成機器人裝配任務(wù)。
[0006]機器人用柔性手腕具有一個位于其裝置之外的柔性中心，而此柔性中心設(shè)計在位于待裝配零部件間的接觸處。以軸孔裝配為例，此柔性中心被設(shè)計在待裝配桿件末端。在此柔性中心處，施加水平力僅可產(chǎn)生在該水平方向上的水平位移而不產(chǎn)生其它方向上的位移，施加扭矩僅會產(chǎn)生在該扭矩方向上的角度位移而不產(chǎn)生其它方向上的位移。從剛度矩陣方面闡述則為，在此柔性中心點處，柔性手腕裝置的剛度矩陣是對角的，即無任何方向上的耦合。因此，采用柔性手腕的機器人在消除某一方向上的裝配誤差的過程中不會引入其它方向上的新的裝配誤差。
[0007]最早的機器人用柔性手腕通常有兩種柔性單元組成。其中一種柔性單元用來提供線性位移的裝配誤差補償，另一種用來提供角度方向上的裝配誤差補償。此種由兩種柔性單元構(gòu)成的設(shè)計，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。此外，柔性單元的結(jié)構(gòu)形式通常為在末端有柔性鉸鏈的圓桿，此種結(jié)構(gòu)應(yīng)力較為集中，導(dǎo)致柔性手腕裝置疲勞表現(xiàn)較差。因此，此種設(shè)計沒有在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用。
[0008]后來，有柔性手腕采用封閉的一體化柔性單元，但封閉的一體化柔性剛度較大，在固定插入力下能夠補償?shù)难b配誤差有限，而且相比較離散的柔性單元可更換部分柔性單元，一體化的柔性單元將只能全部更換，維護(hù)成本高。
[0009]還有部分柔性手腕設(shè)計采用離散分布的單種柔性單元，可同時提供在線性位移和角度方向上的裝配誤差補償。此單種柔性單元通常采用標(biāo)準(zhǔn)化的螺旋彈簧或一種金屬和橡膠的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成。然而由螺旋彈簧設(shè)計成的機器人用柔性手腕有以下不足:由于螺旋彈簧結(jié)構(gòu)形式固定，用其所構(gòu)成的柔性手腕裝置的柔性中心位置有限，另外線性位移和角度誤差補償能力也非常有限，因此，難以在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用。部分采用螺旋彈簧的設(shè)計僅可實現(xiàn)三個自由度方向上的位置和姿態(tài)調(diào)整，僅可補償三個自由度方向上的裝配誤差(如公開號為CN101863035A、CN101863035B、CN201824359U的專利文獻(xiàn))?，F(xiàn)在工業(yè)上應(yīng)用的設(shè)計多是采用以金屬和橡膠的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成的柔性單元設(shè)計而成。然而金屬和橡膠的復(fù)合機構(gòu)也有以下不足:首先加工復(fù)雜，加工成本較高，難以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。其次，此種結(jié)構(gòu)僅可允許小范圍的彈性變形，因為較大變形可使橡膠層發(fā)生疲勞和撕裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于工業(yè)機器人精密裝配的柔性單元，可在線性位移和角度方向提供較大的柔性變形，從而補償較大的線性位移和角度配合誤差，且成本低廉、使用壽命高。
[0011]本發(fā)明的目的之二在于提供一種用于工業(yè)機器人精密裝配的柔性手腕，能在成本低廉、使用壽命高的基礎(chǔ)上有效實現(xiàn)裝配誤差補償。
[0012]本發(fā)明的目的之一采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0013]—種用于工業(yè)機器人精密裝配的柔性單元，包括長條狀的柔性本體，該柔性本體的側(cè)部開有多個切槽，各切槽沿柔性本體的長度方向間隔分布。
[0014]優(yōu)選地，切槽交錯分布于柔性本體相對的兩側(cè)。
[0015]優(yōu)選地，相鄰切槽的間距相等，各切槽的槽寬相等，各切槽的槽深相等。
[0016]優(yōu)選地，各切槽的槽寬由柔性本體的兩端向柔性本體的中心逐漸增大或逐漸減小。
[0017]優(yōu)選地，柔性本體為等截面的柱體，該柔性本體的截面為圓形或正多邊形。
[0018]本發(fā)明的目的之二采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0019]采用所述柔性單元的一種用于工業(yè)機器人精密裝配的柔性手腕，包括主動板、從動板和至少二個所述柔性單元，主動板和從動板相互平行且相互間隔，柔性單元的兩端分別以可拆卸的方式固接主動板和從動板，各柔性單元關(guān)于主動板的中心軸線軸對稱分布。
[0020]優(yōu)選地，各柔性單元與主動板固接一端所在圓的直徑大于與從動板固接一端所在圓的直徑。
[0021]優(yōu)選地，主動板和從動板分別開有多個呈圓周陣列分布的安裝孔，安裝孔內(nèi)設(shè)有安裝平臺，柔性單元的兩端分別插裝于安裝孔內(nèi)并分別通過螺釘鎖緊于安裝平臺。
[0022]優(yōu)選地，所述柔性手腕還包括限位桿，主動板和從動板分別開有多個呈圓周陣列分布的限位孔，限位桿的一端與主動板的限位孔固接，限位桿的另一端小于從動板的限位孔。
[0023]優(yōu)選地，所述柔性手腕還包括鎖緊機構(gòu)，該鎖緊機構(gòu)具有固定部和由固定部伸出并作伸縮動作的鎖緊部，其中:固定部固定于主動板，鎖緊部在縮回脫離從動板和伸出鎖緊從動板的位置間切換，或者，固定部固定于從動板，鎖緊部在縮回脫離主動板和伸出鎖緊主動板的位置間切換。
[0024]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于:
[0025]本發(fā)明的柔性單元，通過線切割等工藝則可獲得高精度的切槽，各切槽形成后，能獲得線性位移和扭轉(zhuǎn)方向較大的柔性變形能力，從而補償較大的線性位移和角度配合誤差，更關(guān)鍵是，通過對柔性本體切切割形成切槽就能獲得柔性變形能力，而且，切槽的數(shù)量、延伸方向、寬度、深度、間距可根據(jù)設(shè)計需要靈活調(diào)節(jié)，設(shè)計變量更多，擴大了柔性單元的設(shè)計域，和同類的采用金屬橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)作為柔性單元的柔性手腕相比，本發(fā)明中的柔性單元采用單種材料，加工方法簡單，降低了加工制造成本，且使用壽命高；
[0026]本發(fā)明的柔性手腕，無需驅(qū)動器、傳感器、控制器和控制軟件等外部執(zhí)行機構(gòu)，可被動通過自身柔性單元變形來補償誤差，能夠在成本低廉、使用壽命高的基礎(chǔ)上有效實現(xiàn)裝配誤差補償，特別是結(jié)合三個以上柔性單元，就能實現(xiàn)柔性手腕6個自由度的裝配誤差補償，并且，柔性單元的軸對稱分布，形成了有旋轉(zhuǎn)對稱性的柔性手腕，該柔性單元的離散分布，以便在某個柔性單元損壞后，可單獨更換受損柔性單元，無需全部更換，進(jìn)一步利于降低成本；
[0027]本發(fā)明的柔性手腕還能作為一種通用標(biāo)準(zhǔn)件，通過主動板和從動板，與已有的機械臂末端安裝面和機械手的頂部安裝面均可實現(xiàn)快速安裝固定，無需改造已有機器設(shè)備。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明柔性單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明柔性手腕具備三個柔性單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明柔性手腕具備四個柔性單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4為本發(fā)明柔性手腕具備六個柔性單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5為本發(fā)明柔性手腕具備限位桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中:10、柔性單元；11、柔性本體；12、切槽；20、主動板；30、從動板；40、安裝孔；50、螺釘；60、限位桿；70、限位孔。
【具體實施方式】
[0034]下面，結(jié)合附圖以及【具體實施方式】，對本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0035]如圖1所示的一種用于工業(yè)機器人精密裝配的柔性單元，包括長條狀的柔性本體11，該柔性本體11的側(cè)部開有多個切槽12，各切槽12沿柔性本體11的長度方向間隔分布。
[0036]該柔性本體11可采用金屬材質(zhì)制成，切槽12的數(shù)量和切槽12的延伸方向，可根據(jù)柔性能力的設(shè)計需要來對應(yīng)設(shè)置。為使柔性單元10各向具備均勻的柔性能力，本例可作如下設(shè)置:
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