一种机器人装配姿态纠偏的刚软复合末端执行器制造技术

一种机器人装配姿态纠偏的刚软复合末端执行器，包括执行器底板、夹持机构、由气动软体和刚性夹持机构安装杆固连组成的刚软复合装配姿态感知、纠偏致动机构，以及由约束顶珠、顶珠弹簧、顶珠安装杆以及顶紧气缸组成的约束机构，所述约束顶珠为球头圆柱形顶珠，所述执行器底板以螺钉连接的方式将所述末端执行器固定在机器人末端；所述刚软复合装配姿态感知、纠偏致动机构的气动软体部分为三圆柱腔室呈120°分布的柱形气动软体装置，所述软体气动部分为硅胶材料因而采用胶水粘接的方式与刚性的夹持机构安装杆连接。本发明专利技术适应性强、能够实现装配姿态感知并实现主动误差纠偏且通用性强。

A Rigid-Soft Composite Terminal Actuator for Robot Assembly Attitude Correction

【技术实现步骤摘要】
一种机器人装配姿态纠偏的刚软复合末端执行器
本专利技术涉及一种机器人末端执行器，尤其是一种机器人装配姿态纠偏的刚软复合末端执行器。
技术介绍
随着工业机器人自动化水平的提高，越来越多的工业机器人在自动化装配领域得到应用。而末端执行器作为与工件直接接触的装配动作执行机构，其性能的好坏将直接影响到工件的装配效果。目前市场上的机器人末端执行器按照对操作对象的适应性可以分为三类：刚性末端执行器、部分柔性末端执行器和柔性末端执行器。其中刚性末端执行器在机器人自动化装配中的应用最为广泛，其在装配的夹紧、定位过程中与工件的接触可视为刚性连接并且随着机器人运动在固的定路以径完成装配，因此刚性末端执行器对不同装配条件的适应性较差，需要确保各零件在装配过程中保持固定的位置和姿态才能顺利完成装配。但是对于复杂的装配体比如一些塑料玩具或者低压电器类产品，它们内部含有大量的弹性、柔性小零件，并且由于难以精确定位、制造误差等原因，各装配零件的相对位置难以固定，若采用刚性末端执行器对零件进行夹持、安装会因为执行器刚度过大而造成零件损坏。为了提高末端执行器对定位误差的适应性，一类部分柔性的末端执行器被设计，此类末端执行器在夹持机构中应用弹性体，使得被装配零件能在装配力的约束下小幅偏移以克服定位误差对装配的影响。但是为了保证夹持器的刚度，这类部分柔性末端执行器所能适应的误差范围较小，此外对于一些配合较紧密部件的装配，还会因为弹性机构刚度不足而导致无法提供足够的夹持力，造成夹持不稳。对于柔性末端执行器，这类执行器多采用气动软体装置，以气动变形的方式实现对不同物体的抓取，因此此类末端执行器对待抓取物体有着很强的适应性但是由于其刚度太小，一般多用于外形复杂物体的夹持、搬运操作。除了提高末端执行器的适应性，在装配领域朝着自动化、智能化发展的背景下，如何提高机器人装配对复杂装配条件的自动感知、纠偏能力也是发展机器人装配的重点内容。现有条件下多采用在末端执行器与机器人末端之间安装力传感器的方式实现对装配接触状态的感知，然后在此基础上实现装配姿态的调整、纠偏。这类装配姿态感知、纠偏的实现方式，需要额外安装力传感器且需要对机器人额外增加状态识别、调整程序，不仅增加了成本更需要机器人满足相关力反馈控制的功能需求。
技术实现思路
为了克服已有机器人末端执行器装配适应性不够、无法实现装配姿态感知、纠偏的不足，本专利技术提供一种适应性强、能够实现装配姿态感知并实现主动误差纠偏且通用性强的机器人装配姿态纠偏的刚软复合末端执行器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种机器人装配姿态纠偏的刚软复合末端执行器，所述刚软复合末端执行器包括执行器底板、夹持机构、由气动软体和刚性夹持机构安装杆固连组成的刚软复合装配姿态感知、纠偏致动机构，以及由约束顶珠、顶珠弹簧、顶珠安装杆以及顶紧气缸组成的约束机构；其中，所述约束顶珠为球头圆柱形顶珠，所述执行器底板以螺钉连接的方式将所述末端执行器固定在机器人末端；所述刚软复合装配姿态感知、纠偏致动机构的气动软体部分为三圆柱腔室呈120°分布的柱形气动软体装置，所述软体气动部分为硅胶材料因而采用胶水粘接的方式与刚性的夹持机构安装杆连接。进一步，所述顶珠安装杆为一“L”型金属杆，顶珠安装杆分为两种类型：固定顶珠安装杆和可动顶珠安装杆，两种类型杆件均在“L”型顶端开螺纹孔以螺钉连接的方式固定在执行器底板上，所述固定顶珠安装杆在“L”型右端开孔以放置固定顶珠；所述可动顶珠安装杆右端开两阶梯孔分别放置可动顶珠和顶珠弹簧，其左侧开通孔以安装固定行程的顶紧气缸。再进一步，所述刚软复合装配姿态感知、纠偏致动机构以胶水粘接的方式固连在执行器底板的中心位置，所述固定顶珠安装杆以及可动顶珠安装杆在加装弹簧、气缸以及顶珠部件后安装在执行器底板上组成纠偏致动器约束机构，其安装方式为一个固定顶珠安装杆以及两个可动顶珠安装杆以120°间隔安装在在等距于执行器底板中心的位置，并使三个球头圆柱顶珠的圆柱轴线指向纠偏致动机构轴线，选择合适的安装距离使固定顶珠能顶紧所述刚性夹持器安装杆，并选择气缸行程使得气缸顶杆伸出时能推动可动顶珠顶紧刚性夹持器安装杆。更进一步，为了使各顶珠在进行零件装配时具有足够的刚度，选择硬质防滑橡胶制作约束顶珠的球头部分，以提高顶紧摩擦力的方式增大夹持器的刚度，而选择硬质是为了不影响顶珠的刚度。所述刚软复合夹持器安装杆末端安装平行夹钳、真空吸盘等不同的抓取机构以适应不同的装配夹持需求。本专利技术的技术构思为：采用弹性、刚性约束的方法提高气动软体装置的刚度，利用气动软体装置变形时的气压变化实现装配姿态的感知，通过控制软体气动装置各腔室的气压使气动软体产生形变以实现装配姿态的纠偏调整。其中，所述刚软复合装配姿态识别、纠偏致动器约束机构由气动顶杆、可动顶珠以及顶珠弹簧组成。其中可动顶珠可在安装槽内滑动并由顶珠弹簧顶紧在夹持机构安装杆上。当所述顶紧气缸的顶杆伸出时，其顶杆推动可动顶珠顶紧在刚性夹持器安装杆上，此时约束机构对刚软复合致动器施加刚性约束，末端执行器为刚性末端执行器。当气缸顶杆缩回，可动顶珠由弹簧提供的弹力顶紧在刚性夹持器安装杆上，此时约束装置对刚软复合致动器施加弹性约束，执行器为部分柔性末端执行器，此状态下夹持器的装配姿态可以在气动软体装置的形变带动下小幅偏移以实现装配姿态的识别、纠偏。其中，所述刚软复合装配姿态识别、纠偏致动机构在装配零件夹紧、搬运阶段由于气缸压杆顶紧，所述刚软复合致动机构受刚性约束，以确保装配接触之前零件保持稳定的装配姿态。在装配接触阶段顶紧气缸放松，所述刚软复合致动机构受弹簧弹性约束，末端执行器为柔性，在装配动作执行过程中由于气动软体装置会产生形变，气动软体内三个腔室的气压会发生变化，通过检测三个腔室气压变化值与标准装配过程中气压变化的偏差可以判断是否出现装配误差。此外，通过三个腔室内的气压反馈还可以判断出误差状况下的装配姿态，进而在此基础上通过各腔室的气压控制实现装配姿态纠偏调整。本专利技术的有益效果主要表现在：基于刚软复合的装配姿态识别、纠偏末端执行器，通过引入气动软体装置的方式能够基于软体装置的气压反馈实现装配姿态的主动纠偏，具体如下：1)该末端执行器能安装不同的夹持机构以适应不同零件装配的夹持需求。2)采用气动软体以及弹性、刚性约束可切换的方式使得该末端执行器对复杂的装配接触条件具有很强的适应性。3)利用气动软体气压反馈、可控的特点，可实现装配姿态识别以及误差纠偏。附图说明图1为本专利技术末端执行器结构示意图；图2是图1的A-A截面图，其中，1表示执行器底板，2表示可动顶珠安装杆，3表示顶珠安装杆，4表示三腔室柱形气动软体装置，5表示夹持机构安装杆，6表示固定顶珠，7表示顶紧气缸，8表示气缸安装板，9表示顶珠弹簧，10表示夹持机构固定板，11表示夹持机构；图3为本专利技术刚软复合装配姿态识别、纠偏致动器结构示意图；图4是图3的E-E截面图；图5为本专利技术固定顶珠约束结构示意图；图6为本专利技术可动顶珠约束结构示意图；图7为本专利技术装配姿态纠偏动作示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1～图7，一种机器人装配姿态纠偏的刚软复合末端执行器，包括执行器底板1、夹持机构、由气动软体和刚性夹持机构安装杆固连组成的刚软复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人装配姿态纠偏的刚软复合末端执行器，其特征在于，所述刚软复合末端执行器包括执行器底板、夹持机构、由气动软体和刚性夹持机构安装杆固连组成的刚软复合装配姿态感知、纠偏致动机构，以及由约束顶珠、顶珠弹簧、顶珠安装杆以及顶紧气缸组成的约束机构；其中，所述约束顶珠为球头圆柱形顶珠，所述执行器底板以螺钉连接的方式将所述末端执行器固定在机器人末端；所述刚软复合装配姿态感知、纠偏致动机构的气动软体部分为三圆柱腔室呈120°分布的柱形气动软体装置，所述软体气动部分为硅胶材料因而采用胶水粘接的方式与刚性的夹持机构安装杆连接。

【技术特征摘要】
1.一种机器人装配姿态纠偏的刚软复合末端执行器，其特征在于，所述刚软复合末端执行器包括执行器底板、夹持机构、由气动软体和刚性夹持机构安装杆固连组成的刚软复合装配姿态感知、纠偏致动机构，以及由约束顶珠、顶珠弹簧、顶珠安装杆以及顶紧气缸组成的约束机构；其中，所述约束顶珠为球头圆柱形顶珠，所述执行器底板以螺钉连接的方式将所述末端执行器固定在机器人末端；所述刚软复合装配姿态感知、纠偏致动机构的气动软体部分为三圆柱腔室呈120°分布的柱形气动软体装置，所述软体气动部分为硅胶材料因而采用胶水粘接的方式与刚性的夹持机构安装杆连接。2.如权利要求1所述的机器人装配姿态纠偏的刚软复合末端执行器，其特征在于，所述顶珠安装杆为一“L”型金属杆，顶珠安装杆分为两种类型：固定顶珠安装杆和可动顶珠安装杆，两种类型杆件均在“L”型顶端开螺纹孔以螺钉连接的方式固定在执行器底板上，所述固定顶珠安装杆在“L”型右端开孔以放置固定顶珠；所述可动顶珠安装杆右端开两阶梯孔分别放置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立彬，王佳才，陈教料，胥芳，鲍官军，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33