申请/专利权人：长安大学

申请日：2019-02-28

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN109760022B

主分类号：B25J9/00

分类号：B25J9/00;B25J19/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2019.06.11#实质审查的生效;2019.05.17#公开

摘要：本发明公开了一种作业姿态灵巧调整机构，将竖向电机和斜向电机连接在一起的连接支架具有折弯结构，斜向电机轴线和作业执行单元轴线为45度，在斜向电机调整范围内能够使作业工具以两条轴线交点为圆心的上半圆内在竖直及水平状态之间进行作业姿态的调整，再配合竖向电机轴线过该交点，可实现作业姿态以该交点为圆心的上半个完整球面全域范围内可达，作业工具的加工点与末端两组转动关节轴线交点重合，该机构可以使在转动末端两个转动关节调整作业姿态的过程中，作业工具的加工点位置始终保持不变，且与两个转动关节轴线的交点保持重合，不仅使作业姿态调整过程具有最大的灵活性，而且使机器人具备了优良的灵巧作业性能和作业任务可执行能力的条件。

主权项：1.一种作业姿态灵巧调整机构，其特征在于，包括竖向电机（2）、连接支架（4）、斜向电机（5）、工具支撑架（7）和作业执行单元，连接支架（4）为折弯结构，连接支架（4）的上侧面在其弯折部（4-3）的两侧分别设有第一安装面（4-1）和第二安装面（4-2），第一安装面（4-1）处于水平，第二安装面（4-2）与第一安装面（4-1）之间呈预设夹角；竖向电机（2）与第一安装面（4-1）垂直连接，竖向电机（2）能够驱动连接支架（4）旋转；斜向电机（5）安装于第二安装面（4-2）处并与工具支撑架（7）的一端连接，斜向电机（5）能够驱动工具支撑架（7）旋转，斜向电机（5）的轴线与第二安装面（4-2）垂直；作业执行单元安装于工具支撑架（7）的另一端，且作业执行单元的轴线呈竖直状态；竖向电机（2）的轴线与斜向电机（5）的轴线相交且夹角为45°，斜向电机（5）的轴线与作业执行单元的轴线相交且夹角为45°；作业执行单元和竖向电机（2）的轴线同轴；作业执行单元上的作业工具（8）的加工点与竖向电机（2）的轴线和斜向电机（5）的轴线的焦点重合；作业执行单元包括弹性安装套（18）、电动主轴（9）和安装于电动主轴（9）上的作业工具（8），弹性安装套（18）为空心筒状结构，弹性安装套（18）的上端设有用于与工具支撑架（7）相连的连接结构并与工具支撑架（7）相连；电动主轴（9）安装于弹性安装套（18）的内腔的下端，弹性安装套（18）的下端设有用于固定电动主轴（9）的固定结构；弹性安装套（18）上设有用于增加其弹性的弹性槽（13）；弹性槽（13）为沿弹性安装套（18）表面的周向呈螺旋分布的凹槽；连接结构包括固定锁环（11）和在弹性安装套（18）上端设置的凸缘（19），凸缘（19）设置于距离弹性安装套（18）该端预设距离处，固定锁环（11）与弹性安装套（18）该端的端部至凸缘（19）之间的部分螺纹连接；固定结构包括锁紧扣（14）、紧固卡片（17）以及在弹性安装套（18）下端开设的缺口（110），缺口（110）与紧固卡片（17）相适配；紧固卡片（17）设置于缺口（110）处并能够与缺口（110）相配合来夹持电动主轴（9），锁紧扣（14）套设于弹性安装套（18）上安装紧固卡片（17）的部位，用于使紧固卡片（17）将电动主轴（9）夹持紧；缺口（110）为轴向截面（110-1）与径向截面（110-2）在弹性安装套（18）的端部截出的缺口结构，轴向截面（110-1）与弹性安装套（18）的轴线平行，径向截面（110-2）与弹性安装套（18）的轴线垂直；锁紧扣（14）为快拆卡箍，弹性安装套（18）上与紧固卡片（17）上均开设有凹槽（111），锁紧扣（14）套设于凹槽（111）处。

全文数据：一种作业姿态灵巧调整机构技术领域本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种作业姿态灵巧调整机构。背景技术在机器人技术加工领域，现有的作业姿态调整机构因其灵巧性较低，作业姿态可达范围小，作业姿态调整不能与作业位置调整解耦，作业姿态调整较为复杂，在面向复杂形状零部件加工作业任务需求时，已不能满足该类复杂形状零部件加工作业任务对加工作业姿态灵巧调整的要求。因此，设计一种作业姿态灵巧调整机构，实现作业姿态调整灵巧便捷，且作业姿态调整可以独立于作业位置调整，同时实现在上半个完整球面内所有作业姿态可达，具有重要的实用价值。发明内容为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种作业姿态灵巧调整机构，以解决现有机构作业姿态调整灵巧性较低，作业姿态可达范围小，作业姿态调整不能作业位置调整解耦，作业姿态调整较为复杂等问题，本发明能够实现作业机构的作业姿态调整灵巧便捷，作业姿态调整可以独立于作业位置调整，在上半球面内所有作业姿态可达。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种作业姿态灵巧调整机构，包括竖向电机、连接支架、斜向电机、工具支撑架和作业执行单元，连接支架为折弯结构，连接支架的上侧面在其弯折部的两侧分别设有第一安装面和第二安装面，第一安装面处于水平，第二安装面与第一安装面之间呈预设夹角；竖向电机与第一安装面垂直连接，竖向电机能够驱动连接支架旋转；斜向电机安装于第二安装面处并与工具支撑架的一端连接，斜向电机能够驱动工具支撑架旋转，斜向电机的轴线与第二安装面垂直；作业执行单元安装于工具支撑架的另一端，且作业执行单元的轴线呈竖直状态。竖向电机的轴线与斜向电机的轴线相交且夹角为45°，斜向电机的轴线与作业执行单元的轴线相交且夹角为45°。作业执行单元和竖向电机的轴线同轴。作业执行单元上的作业工具的加工点与竖向电机的轴线和斜向电机的轴线的焦点重合。作业执行单元包括弹性安装套、电动主轴和安装于电动主轴上的作业工具，弹性安装套为空心筒状结构，弹性安装套的上端设有用于与工具支撑架相连的连接结构并与工具支撑架相连；电动主轴安装于弹性安装套的内腔的下端，弹性安装套的下端设有用于固定电动主轴的固定结构；弹性安装套上设有用于增加其弹性的弹性槽。弹性槽为沿弹性安装套表面的周向呈螺旋分布的凹槽。连接结构包括固定锁环和在弹性安装套上端设置的凸缘，凸缘设置于距离弹性安装套该端预设距离处，固定锁环与弹性安装套该端的端部至凸缘之间的部分螺纹连接。固定结构包括锁紧扣、紧固卡片以及在弹性安装套下端开设的缺口，缺口与紧固卡片相适配；紧固卡片设置于缺口处并能够与缺口相配合来夹持电动主轴，锁紧扣套设于弹性安装套上安装紧固卡片的部位，用于使紧固卡片将电动主轴夹持紧。缺口为轴向截面与径向截面在弹性安装套的端部截出的缺口结构，轴向截面与弹性安装套的轴线平行，径向截面与弹性安装套的轴线垂直。轴向截面为过弹性安装套轴线的面。锁紧扣为快拆卡箍，弹性安装套上与紧固卡片上均开设有凹槽，锁紧扣套设于凹槽处。竖向电机的输出轴上连接有竖向谐波减速器，竖向谐波减速器的输出轴与第一安装面垂直连接并驱动连接支架旋转；斜向电机的输出轴上连接有斜向谐波减速器，斜向谐波减速器安装在第二安装面上，斜向谐波减速器的输出轴与工具支撑架连接并驱动工具支撑架旋转。本发明具有以下有益的技术效果：本发明作业姿态灵巧调整机构的连接支架为折弯结构，第一安装面处于水平，第二安装面与第一安装面之间呈预设夹角；竖向电机与第一安装面垂直连接，竖向电机能够驱动连接支架旋转；斜向电机安装于第二安装面处并与工具支撑架的一端连接，斜向电机能够驱动工具支撑架旋转，斜向电机的轴线与第二安装面垂直，作业执行单元安装于工具支撑架的另一端，作业执行单元安装于工具支撑架的另一端，且作业执行单元的轴线呈竖直状态；由上述结构可以看出，竖向电机和斜向电机能够分别驱动与其相连的其他机构绕其轴线旋转，即竖向电机驱动连接支架旋转，连接支架的旋转带动斜向电机、工具支撑架和作业执行单元整体一起绕竖向电机的转轴旋转，斜向电机驱动工具支撑架旋转，工具支撑架的旋转带动作业执行单元整体绕斜向电机的转轴旋转；由于连接支架为折弯结构，因此能够改变斜向电机沿倾斜方向安装，进而使得作业执行单元的末端执行器的转角更加灵活，仅单独斜向电机旋转即可实现末端执行器姿态的转换；在斜向电机调整范围内能够使得作业工具以两条轴线的交点为圆心的上半圆内在竖直状态与水平状态之间进行作业姿态的调整，再配合竖向电机轴线过该交点，使机构在竖向电机的调整范围内进行作业姿态调整，即可实现作业姿态以该交点为圆心的上半个完整球面全域范围内可达，因此，本发明作业姿态灵巧调整机构能够实现作业执行单元的末端执行器在上半个完整球面内所有作业姿态可达。附图说明图1为本发明提供的作业姿态灵巧调整机构的结构示意图；图2为本发明提供的连接支架的结构示意图；图3为本发明提供的工具支撑架的结构示意图；图4为本发明提供的电动主轴夹持装置的结构示意图；图5为本发明提供的固定锁环的结构示意图；图6为本发明提供的锁紧扣的结构示意图；图7为本发明提供的弹性安装套的结构示意图；图8为紧固卡片的结构示意图。图中：1、连接板；2、竖向电机；3、竖向谐波减速器；4、连接支架，4-1、第一安装面；4-2、第二安装面；4-3、弯折部；5、斜向电机；6、斜向谐波减速器；7、工具支撑架；7-1、安装孔；8、作业工具；9、电动主轴；10、电动主轴夹持装置；11、固定锁环；13、弹性槽；14、锁紧扣；17、紧固卡片；18、弹性安装套；19、凸缘，110、缺口，110-1、轴向截面，110-2、径向截面，111、凹槽。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：如图1和图2所示，本发明的作业姿态灵巧调整机构，包括竖向电机2、连接支架4、斜向电机5、工具支撑架7和作业执行单元，如图2所示连接支架4为折弯结构，连接支架4的上侧面在其弯折部4-3的两侧分别设有第一安装面4-1和第二安装面4-2，第一安装面4-1处于水平，第二安装面4-2与第一安装面4-1之间呈预设夹角；竖向电机2的输出轴上连接有竖向谐波减速器3，本发明的作业姿态灵巧调整机构在使用时，安装在待连接设备的连接板1上，其中竖向谐波减速器3安装在连接板1上，竖向谐波减速器3的输出轴穿过连接板1后与第一安装面4-1垂直连接并驱动连接支架4旋转；斜向电机5的输出轴上连接有斜向谐波减速器6，斜向谐波减速器6安装在第二安装面4-2上，斜向谐波减速器6的输出轴穿过驱动连接支架4后与工具支撑架7连接并驱动工具支撑架7旋转。作业执行单元安装于工具支撑架7的另一端，且作业执行单元的轴线呈竖直状态。竖向电机2转轴的轴线与斜向电机5转轴的轴线相交且夹角为45°，斜向电机5的轴线与作业执行单元的轴线相交且夹角为45°。作业执行单元和竖向电机2的轴线同轴。作业执行单元上的作业工具8的加工点与竖向电机2的轴线和斜向电机5的轴线的焦点重合。竖向电机2和斜向电机5均采用交流伺服电机。由上述结构可以看出，本发明中，将竖向电机和斜向电机连接在一起的连接支架具有折弯结构，其一端位于水平面内与竖向电机的轴线垂直，另一端与斜向电机的轴线垂直，使得竖向电机与斜向电机的轴线之间夹角始终保持为45度，将连接支架设置成带有折弯结构的形式，以改变斜向电机沿倾斜方向安装，进而使得末端执行器即作业执行单元的转角更加灵活，仅单独斜向电机旋转即可实现末端执行器姿态的转换。竖向电机和斜向电机配合谐波减速器分别驱动与其相连的其他机构绕其轴线旋转，斜向电机的轴线和作业执行单元轴线为45度，在斜向电机调整范围内能够使得作业工具以两条轴线的交点为圆心的上半圆内在竖直状态与水平状态之间进行作业姿态的调整，再配合竖向电机轴线过该交点，使机构在竖向电机的调整范围内进行作业姿态调整，即可实现作业姿态以该交点为圆心的上半个完整球面全域范围内可达，因此，这种夹角为45度的两组转动副实现末端执行器在上半个完整球面内所有作业姿态可达。竖向电机和斜向电机可实现整周运转，因此可实现机构作业姿态以竖向电机轴线、斜向电机轴线与作业工具8作用点相交的点为圆心的上半个完整球面全域范围内可达。末作业执行单元的加工点与末端两组转动关节的轴线交点重合，该机构能够使得在转动末端两个转动关节调整作业姿态的过程中，作业工具8的加工点位置始终保持不变，且与两个转动关节轴线的交点保持重合，此时，通过末端两个转动关节调整作业姿态，能够使得末端执行器作业点的位置始终保持不变。集中调整作业姿态的末端两个转动副结构轴线成45度夹角布置，且末端执行器作业工具的作用点与该两组转动关节的轴线交点重合，从而实现作业机构的作业姿态调整灵巧便捷，作业姿态调整可以独立于作业位置调整，在上半个完整球面内所有作业姿态可达。综上，本发明的作业姿态灵巧调整机构解决了在机器人技术加工领域，现有的作业姿态调整机构因其灵巧性较低，作业姿态可达范围小，作业姿态调整不能与作业位置调整解耦，作业姿态调整较为复杂的问题。如图4和图7所示，本发明中，作业执行单元包括弹性安装套18、电动主轴9和安装于电动主轴9上的作业工具8，弹性安装套18为空心筒状结构，弹性安装套18的上端设有用于与工具支撑架7相连的连接结构并与工具支撑架7相连；电动主轴9安装于弹性安装套18的内腔的下端，弹性安装套18的下端设有用于固定电动主轴9的固定结构；弹性安装套18上设有用于增加其弹性的弹性槽13。弹性槽13使作业工具在作业时，可以让电动主轴9产生一定程度的避障作用保护电动主轴5及夹持机构。如图4和图7所示，作为本发明优选的实施方案，弹性槽13为沿弹性安装套18表面的周向呈螺旋分布的凹槽，根据作业对象以及作业工况要求计算设置适宜的螺距及槽深，不同的螺距及槽深，可以使夹持机构产生不同的弹性，以满足工作要求；同时，通过计算设置不同的螺距及槽深使其产生不同的弹性这个特点可得，这种柔性作业夹持机构制作方便，成本低，工作可靠。如图4、图5和图7所示，作为本发明优选的实施方案，连接结构包括固定锁环11和弹性安装套18在其一端设置的凸缘19，凸缘19设置于距离弹性安装套18该端预设距离处，固定锁环11与弹性安装套18该端的端部至凸缘19之间的部分螺纹连接，通过凸缘19和固定锁环11能够将整个作业执行单元安装在工具支撑架7上。如图4、图7和图8所示，作为本发明优选的实施方案，固定结构包括锁紧扣14、紧固卡片17以及弹性安装套18在其下端开设的缺口110，缺口110与紧固卡片17相适配；紧固卡片17设置于缺口110处并能够与缺口110相配合来夹持电动主轴9，锁紧扣14套设于弹性安装套18上安装紧固卡片17的部位，用于使紧固卡片17将电动主轴9夹持紧。其中，缺口110为轴向截面110-1与径向截面110-2在弹性安装套18的端部截出的缺口结构，轴向截面110-1与弹性安装套18的轴线平行，径向截面110-2与弹性安装套18的轴线垂直。如图8所示，紧固卡片7可以为弹性安装套8下端通过轴向截面10-1与径向截面10-2截出的一个零件。作为本发明优选的实施方案，轴向截面110-1为过弹性安装套18轴线的面，即紧固卡片17为弹性安装套18下端部的一半。如图6～图8所示，结合图4，作为本发明优选的实施方案，锁紧扣14为快拆卡箍，弹性安装套18上与紧固卡片17上均开设有凹槽111，锁紧扣14套设于凹槽111处。如图4所示，本发明的作业执行单元中，电动主轴9位于弹性安装套18内，由紧固卡片17及锁紧扣14固定，使电动主轴9与弹性安装套18的相对位置保持不变，电动主轴9下端装有作业工具8，在电动主轴9高速旋转下，带动作业工具8工作。作业工具8可以为：磨削磨头、旋转锉、平刀、球刀等，以实现不同的功用。

权利要求：1.一种作业姿态灵巧调整机构，其特征在于，包括竖向电机2、连接支架4、斜向电机5、工具支撑架7和作业执行单元，连接支架4为折弯结构，连接支架4的上侧面在其弯折部4-3的两侧分别设有第一安装面4-1和第二安装面4-2，第一安装面4-1处于水平，第二安装面4-2与第一安装面4-1之间呈预设夹角；竖向电机2与第一安装面4-1垂直连接，竖向电机2能够驱动连接支架4旋转；斜向电机5安装于第二安装面4-2处并与工具支撑架7的一端连接，斜向电机5能够驱动工具支撑架7旋转，斜向电机5的轴线与第二安装面4-2垂直；作业执行单元安装于工具支撑架7的另一端，且作业执行单元的轴线呈竖直状态。2.根据权利要求1所述的一种作业姿态灵巧调整机构，其特征在于，竖向电机2的轴线与斜向电机5的轴线相交且夹角为45°，斜向电机5的轴线与作业执行单元的轴线相交且夹角为45°。3.根据权利要求1所述的一种作业姿态灵巧调整机构，其特征在于，作业执行单元和竖向电机2的轴线同轴。4.根据权利要求1所述的一种作业姿态灵巧调整机构，其特征在于，作业执行单元上的作业工具8的加工点与竖向电机2的轴线和斜向电机5的轴线的焦点重合。5.根据权利要求1所述的一种作业姿态灵巧调整机构，其特征在于，作业执行单元包括弹性安装套18、电动主轴9和安装于电动主轴9上的作业工具8，弹性安装套18为空心筒状结构，弹性安装套18的上端设有用于与工具支撑架7相连的连接结构并与工具支撑架7相连；电动主轴9安装于弹性安装套18的内腔的下端，弹性安装套18的下端设有用于固定电动主轴9的固定结构；弹性安装套18上设有用于增加其弹性的弹性槽13。6.根据权利要求5所述的一种作业姿态灵巧调整机构，其特征在于，弹性槽13为沿弹性安装套18表面的周向呈螺旋分布的凹槽。7.根据权利要求5所述的一种作业姿态灵巧调整机构，其特征在于，连接结构包括固定锁环11和在弹性安装套18上端设置的凸缘19，凸缘19设置于距离弹性安装套18该端预设距离处，固定锁环11与弹性安装套18该端的端部至凸缘19之间的部分螺纹连接。8.根据权利要求5所述的一种作业姿态灵巧调整机构，其特征在于，固定结构包括锁紧扣14、紧固卡片17以及在弹性安装套18下端开设的缺口110，缺口110与紧固卡片17相适配；紧固卡片17设置于缺口110处并能够与缺口110相配合来夹持电动主轴9，锁紧扣14套设于弹性安装套18上安装紧固卡片17的部位，用于使紧固卡片17将电动主轴9夹持紧。9.根据权利要求8所述的一种作业姿态灵巧调整机构，其特征在于，缺口110为轴向截面110-1与径向截面110-2在弹性安装套18的端部截出的缺口结构，轴向截面110-1与弹性安装套18的轴线平行，径向截面110-2与弹性安装套18的轴线垂直。10.根据权利要求5所述的一种作业姿态灵巧调整机构，其特征在于，锁紧扣14为快拆卡箍，弹性安装套18上与紧固卡片17上均开设有凹槽111，锁紧扣14套设于凹槽111处。

百度查询： 长安大学 一种作业姿态灵巧调整机构

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