CN101863036A

CN101863036A - 气压驱动机器人工具交换装置

Info

Publication number: CN101863036A
Application number: CN201010165829A
Authority: CN
Inventors: 俞建峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-09
Filing date: 2010-05-09
Publication date: 2010-10-20

Abstract

本发明公开一种用于机器人自动交换末端工具的气压驱动机器人工具交换装置，属于自动化机械设备领域。其技术方案是：本发明提供了机器人侧模块和工具侧模块，其中机器人侧模块包括壳体、机器人侧连接板、阀芯、凸轮、上限圈、弹簧、下限圈、弹簧盖板、凸轮收回压缩空气接口、凸轮伸出压缩空气接口、沉头螺栓、阀芯活塞。通过压缩空气推动机器人侧模块的阀芯往下运动，凸轮收回，机器人侧模块和工具侧模块可以被分开；通过压缩空气推动机器人侧模块的阀芯向上运动，凸轮伸出，机器人侧模块和工具侧模块通过凸轮锁紧，达到机器人末端与工具牢固联接的目的。本发明可以实现机器人末端与工具之间可靠、便捷的联接，控制方式简单；并且具有自锁功能，具有很好的安全性。

Description

气压驱动机器人工具交换装置

技术领域

本发明涉及一种机器人交换工具，尤其是一种气压驱动机器人工具交换装置。

背景技术

工业机器人现代制造业不可或缺的一部分。在集成电路制造、汽车焊接、汽车装配等领域，机器人正起着越来越重要的作用。

在机器人应用领域，采用相对通用的机器人来完成不同的任务是降低成本的可行方法。例如，在制造加工领域，一个机器人可用来完成切割、打磨、焊接等不同工序。在这些应用领域，需要一种机器人交换工具装置以使得机器人能与不同的工具配合，从而完成不同的工序。机器人交换工具装置与机器人末端连接的部分称为“机器人侧模块”，与工具结合的部分称为“工具侧模块”。当机器人侧模块与工具侧模块相互连接并锁紧，机器人侧模块和工具侧模块就完成互相耦合过程，工具就被固定到机器人臂的末端。

根据对现有技术的检索，发现：上海交通大学申请的专利“切割与划线设备中的机械手夹具与工具交换装置”（专利号：ZL02151074.1）采用机械手抓抓取切割炬及划线炬，通用性不强，仅满足器人对船用型钢进行等离子切割与划线的需要，而且安全性不够，一旦系统意外断电，机械手会突然放开工具，发生危害。第二炮兵装备研究院第四研究所申请的专利“自动化工具交换接口装置”（专利号：ZL200710097421.0）既需要抽真空收回弹簧销钉和通压缩空气以使得固定端和工具端分离，系统结构和控制方法相对复杂。

安全是机器人应用的关注焦点。当电源或者气源切断时，机器人工具交换装置仍能牢固地连接工具。机器人交换工具的控制可以通过机器人控制软件得到自动便捷的控制。机器人控制软件发出耦合或者分开的控制指令，控制机器人交换装置。然而为了防止软件失控，意外断电、气源意外失去等情况发生时产生危害，需要设计一种具有安全互锁功能的机器人交换交换工具以避免危害发生、安全运行。

发明内容

本发明的目的是，发明一种气压驱动机器人交换装置，能够机器人末端实现操作简单、安全可靠的工具交换功能。

本发明解决技术问题的技术方案是：一种气压驱动机器人交换装置，包括机器人侧模块和工具侧模块。

所述机器人侧模块包括壳体、机器人侧连接板、阀芯、凸轮、上限圈、弹簧、下限圈、弹簧盖板、凸轮收回压缩空气接口、凸轮伸出压缩空气接口、沉头螺栓、阀芯活塞。

气压驱动机器人交换装置采用机器人侧模块的凸轮与工具侧模块的凸缘锁紧的方式联接，机器人侧模块的壳体底端平面与工具侧模块的内腔底部平面作为定位面。通过压缩空气推动机器人侧模块的阀芯往下运动，凸轮收回，机器人侧模块和工具侧模块可以被分开；通过压缩空气推动机器人侧模块的阀芯向上运动，凸轮伸出，机器人侧模块和工具侧模块通过凸轮锁紧，达到机器人末端与工具牢固联接的目的。

由于上述技术方案的应用，本发明与现有技术相比具有下列有点和效果：

1、安全性好，如果交换装置压缩气源突然突然消失，在弹簧的弹性作用下阀芯仍处于最高位置，凸轮和凸缘能保证可靠的连接，交换装置不会发生分离的危险，表现出很好的自锁性能。

2、控制方式简单，通过控制机器人侧模块的两个进气口的压缩空气的充气状态，即能实现机器人侧模块和工具侧模块的分离和联接。

3、无污染，采用气压驱动阀芯的运动，没有任何污染产生。

4、易维修和维护，机器人侧模块的零部件能非常容易地拆卸，不需要特殊的装配工具。

5、通用性好，只要在工具侧模块固定联接不同种类的工具，机器人末端的机器人侧模块就能通过固定工具侧模块与不同种类的工具相联接。

附图说明

图1为本发明机器人侧模块。

图2为本发明工具侧模块。

图中：

1、壳体；2、机器人侧连接板；3、阀芯；4、凸轮；5、上限圈；6、弹簧；7、下限圈；8、弹簧盖板；9、凸轮收回压缩空气接口；10、凸轮伸出压缩空气接口；11、沉头螺栓；12、阀芯活塞；13、工具侧模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

如图1所示，本发明所述的机器人侧模块主要由壳体1、机器人侧连接板2、阀芯3、凸轮4、上限圈5、弹簧6、下限圈7、弹簧盖板8、凸轮收回压缩空气接口9、凸轮伸出压缩空气接口10、沉头螺栓11、阀芯活塞12组成。壳体1内腔底部支撑弹簧6、弹簧6上覆盖弹簧盖板8，弹簧盖板8支撑阀芯3，阀芯活塞12下部与阀芯3顶部相接触，阀芯活塞12上部固定圆形上限圈5，机器人侧连接板2用沉头螺栓11与壳体1固定，下限圈7放置在壳体1底部上，凸轮4以可转动方式固定在壳体1上。在壳体1的上腔安装凸轮收回压缩空气接口9、在壳体的下腔安装凸轮伸出压缩空气接口10。阀芯活塞上表面与上限圈固定联接，阀芯活塞下表面与弹簧盖板固定联接。

当机器人末端需要与工具分离时，通过向凸轮收回压缩空气接口9注入压缩空气，压缩空气能透过上限圈5的通孔到达上限圈内部，阀芯活塞12的上部空间被充满压缩空气，作用于阀芯活塞12的顶部产生向下的压力，在压力推动下，阀芯3向下运动，阀芯3上的凹槽带动凸轮4，凸轮4向靠近阀芯3的中心线方向转动，当弹簧盖板8与下限圈7接触，凸轮4运动停止。通过恰当设置下限圈7的高度控制阀芯3的运动行程，当阀芯3停止向下运动时，凸轮4外缘恰好与壳体1外表面平齐，此时，工具侧模块13可顺利与机器人侧模块分离。

沿壳体周向均匀分布3个凸轮4，每个凸轮间隔120度。通过3个凸轮与工具侧模块13的凸缘相配合，增加了锁紧的稳定性和可靠性。

当机器人末端需要与工具联接时，通过向凸轮伸出压缩空气接口10注入压缩空气，同时，凸轮收回压缩空气接口9泄压。阀芯活塞12的下部空间被充满压缩空气，压缩空气作用于阀芯活塞12的底部产生向上的压力，在压力推动下，阀芯3向上运动，阀芯3上的凹槽带动凸轮4，凸轮4向远离阀芯3的中心线方向转动，当弹簧盖板8与上限圈5接触，凸轮4运动停止。通过恰当设置上限圈5的高度控制阀芯3的运动行程，当阀芯3停止向上运动时，凸轮4外缘恰好与工具侧模块13的凸缘紧密锁紧，此时，工具侧模块13与机器人侧模块实现紧密联接。

当由于意外原因，凸轮伸出压缩空气接口10处突然泄压，导致阀芯活塞12的下部空间失去压缩空气。此时由于设计方面的特点，弹簧6当阀体活塞12推动固定在上表面的上限圈5与机器人侧连接板2接触时，弹簧6仍处于被压缩状态。阀芯3处于不可移动状态，因此凸轮4不会发生转动，从而保证系统的安全运行。

机器人侧模块留有3个或3个以上的通孔，机器人末端与机器人侧模块通过通孔的螺栓就能实现机器人末端与机器人侧模块的固定联接。

如图2所示，本发明所述的工具侧模块13存在凸缘，通过工具侧模块13的凸缘与机器人侧模块的凸轮4相锁紧，就能实现机器人末端与工具的联接。

工具侧模块留有3个或3个以上的通孔，工具与工具侧模块通过通孔的螺栓就能实现工具侧与工具的固定联接。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种气压驱动机器人工具交换装置，包括机器人侧模块和工具侧模块，其中机器人侧模块包括壳体、机器人侧连接板、阀芯、凸轮、上限圈、弹簧、下限圈、弹簧盖板、凸轮收回压缩空气接口、凸轮伸出压缩空气接口、沉头螺栓，其特征是，壳体底部支撑弹簧、弹簧上覆盖弹簧盖板、弹簧盖板支撑阀芯、阀芯活塞下部与阀芯顶部相接触、阀芯活塞上部固定圆形上限圈、机器人侧连接板用沉头螺栓与壳体固定、下限圈放置在壳体底部上、凸轮以可转动方式固定在壳体上，在壳体的上腔安装凸轮收回压缩空气接口、在壳体的下腔安装凸轮伸出压缩空气接口。

2.根据权利要求1所述的气压驱动机器人工具交换装置，其特征是，机器人侧连接板为圆形，在机器人侧连接板的四周分布3个或3个以上的通孔以和机器人末端通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的气压驱动机器人工具交换装置，其特征是，上限圈是圆环状，在侧面有1个或1个以上的通孔，压缩空气能透过通孔到达圆环内部。

4.根据权利要求1所述的气压驱动机器人工具交换装置，其特征是，上限圈与阀芯活塞连接，且上限圈的圆心与阀芯活塞的圆心重合。

5.根据权利要求1所述的气压驱动机器人工具交换装置，其特征是，弹簧盖板与阀芯活塞是固定连接。

6.根据权利要求1所述的气压驱动机器人工具交换装置，其特征是，弹簧上下两端与弹簧盖板和壳体底部一直处于接触状态，当阀体活塞推动固定在上表面的上限圈与机器人侧连接板接触时，弹簧仍处于被压缩状态。

7.根据权利要求1所述的气压驱动机器人工具交换装置，其特征是，上限圈与机器人侧连接板接触时，凸轮伸出且与工具侧模块的凸缘紧密配合，实现锁紧功能。

8.根据权利要求1所述的气压驱动机器人工具交换装置，其特征是，下限圈与弹簧盖板接触时，凸轮收回且凸轮外缘与壳体外表面平齐。

9.根据权利要求1所述的气压驱动机器人工具交换装置，其特征是，阀芯下部开有一圈凹槽，凹槽带动凸轮的伸出和收回。

10.根据权利要求1所述的气压驱动机器人工具交换装置，其特征是，壳体下部固定的凸轮数目为3个，按照每隔120度的角度均匀分布在壳体周围。