[實用新型]一種用于工業機器人精密裝配的柔性單元及柔性手腕

有效

• 申請號: 201520696370.3
• 申請日: 2015-09-09
• 公開（公告）號: CN205075074U
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 劉陽
• 申請（專利權）人: 劉陽
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25B27/00
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 李悅;張鵬

技術領域

本實用新型涉及機械手腕，尤其涉及一種對工業機器人精密裝配進行裝配誤差補償的工業機器人用柔性單元及柔性手腕。

背景技術

在機器人自動化裝配作業中，由于機器人和物料運送系統的可重復定位精度誤差、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備)等要求精密裝配的領域，從而導致機器人無法完成裝配任務。因此，機器人自動化精密裝配系統必須包含消除裝配誤差的裝置。

裝配誤差可通過提高機器人、物料運送系統、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的成本，不適合大規模低成本的工業應用。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、控制器等構成的伺服控制回路以及相關的軟件系統，將會導致機器人裝配系統成本的上升；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。

傳統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連接構成，可在多個驅動器的驅動下，調整空間位置和姿態。但受機械結構限制，運動靈活性較差，自由度數也較少，不能適用于精密裝配作業，僅可完成搬運、上下料等作業。

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行器的部件，其可利用自身柔性結構的彈性變形來改變末端執行器的空間姿態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。

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，此柔性中心被設計在待裝配桿件末端。在此柔性中心處，施加水平力僅可產生在該水平方向上的水平位移而不產生其它方向上的位移，施加扭矩僅會產生在該扭矩方向上的角度位移而不產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。

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成的設計，結構較為復雜。此外，柔性單元的結構形式通常為在末端有柔性鉸鏈的圓桿，此種結構應力較為集中，導致柔性手腕裝置疲勞表現較差。因此，此種設計沒有在工業上大規模應用。

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的裝配誤差有限，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，維護成本高。

還有部分柔性手腕設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準化的螺旋彈簧或一種金屬和橡膠的復合結構構成。然而由螺旋彈簧設計成的機器人用柔性手腕有以下不足：由于螺旋彈簧結構形式固定，用其所構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，難以在工業上大規模應用。部分采用螺旋彈簧的設計僅可實現三個自由度方向上的位置和姿態調整，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)。現在工業上應用的設計多是采用以金屬和橡膠的復合結構構成的柔性單元設計而成。然而金屬和橡膠的復合機構也有以下不足：首先加工復雜，加工成本較高，難以大規模工業應用。其次，此種結構僅可允許小范圍的彈性變形，因為較大變形可使橡膠層發生疲勞和撕裂。

實用新型內容

為了克服現有技術的不足，本實用新型的目的之一在于提供一種用于工業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。

本實用新型的目的之二在于提供一種用于工業機器人精密裝配的柔性手腕，能在成本低廉、使用壽命高的基礎上有效實現裝配誤差補償。

本實用新型的目的之一采用以下技術方案實現：

一種用于工業機器人精密裝配的柔性單元，包括長條狀的柔性本體，該柔性本體的側部開有多個切槽，各切槽沿柔性本體的長度方向間隔分布。