本发明专利技术公开了一种用于自动装配的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置，包括静平台、四个可变刚度梁组件和动平台；静平台与机器人末端固连；动平台置于静平台的内部中间，与机械手等夹具固连；四个可变刚度梁组件的一端均与静平台固连，另一端均与动平台固连；四个可变刚度梁组件设置在动平台四周，且首尾循环形成口字型，可沿垂直于各自轴向的方向发生弹性变形；每个可变刚度梁组件相互垂直的面贴有两个应变片，用于测量动平台受到不同方向的力与力矩的大小；本发明专利技术装置可在六维力与力矩作用下达到一定的被动柔顺效果，柔顺特性可调节且具备六维力感知，整体结构简单紧凑，空间利用率高，小范围柔顺性能较好。
Passive compliance device with variable stiffness and six dimensional force sensing for automatic assembly
【技术实现步骤摘要】
用于自动装配的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置
本专利技术属于机器人自动装配领域，特别是一种用于机器人自动装配或对接的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置。
技术介绍
在机器自动装配或对接过程中，由于机器人各种误差的存在导致其定位误差比装配对象间的配合误差高出1-2个数量级。如果在装配过程中忽视这种误差关系而强行进行装配，则会导致装配无法进行，甚至有可能损坏待装配零件的表面、装配执行器以及机器人。单从结构上提高机器人定位精度和采用先进控制技术提高装配过程运动精度都难以完成，因此需要在机器人末端与机械手等夹具之间安装有柔顺装置。目前机器人柔顺装配方法有主动柔顺和被动柔顺，其中：主动柔顺主要聚焦于力与环境的相互作用，通过力传感器感知接触环境并结合相应的控制方法来完成装配，但是该方式对传感器的精度要求高且控制算法复杂；被动柔顺主要是以其特定的结构对装配过程中的接触碰撞力作出被动的位姿调整，从而产生一定的柔顺性完成装配过程，但是该方式完全依赖于自身结构，缺少对复杂环境的主动适应能力，有一定的局限性。专利CN1045515192A提出的一种面向自动化装配或者对接的被动柔顺装置，该装置里的活动体受到水平面的力和旋转力矩时，通过顶销将活动体受到的力与力矩借助置于本体内部的弹簧抵消，从而达到水平面方向的微小位置误差的被动柔顺的效果，虽然该装置也具备一定的柔顺特性调节以及安装有一维力传感器，但其被动柔顺效果有限，仅仅能用于平面柔顺，不能应用于有摆角偏差的装配任务。专利108908395A提出的一种用于机器人力控的多方向被动柔顺装置，该装置主要用于机器人打磨和抛光的场合，当该装置中枢轴受到法向力和切向力时，借助弹性元件使中枢轴发生微小的偏转和轴向位移，从而完成打磨任务，该装置的刚度特性不可调节，且柔顺范围较大，不适合复杂的装配任务。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于机器人自动装配或对接的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置，以实现机器人自动装配过程中待装配零件微小位姿误差的被动柔顺。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种用于机器人自动装配或对接的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置，包括静平台、第一可变刚度梁组件、第二可变刚度梁组件、第三可变刚度梁组件、第四可变刚度梁组件和动平台；所述动平台设置在静平台的内部中间；四个可变刚度梁组件的一端均与静平台固连，另一端均与动平台固连；四个可变刚度梁组件设置在静平台的四周，且首尾循环形成口字型形状；四个可变刚度梁组件的轴向平行于动平台的对应侧边线，可变刚度梁组件可沿垂直于各自轴向发生弹性弯曲变形，用于动平台位姿的被动柔顺；第一可变刚度梁组件和第三可变刚度梁组件构成一组相互平行的可变刚度梁组件，该组可变刚度梁组件上的两个应变片均采用一种贴法：两个应变片轴向与可变刚度梁组件轴向的夹角均呈45°，且偏向相反；第二可变刚度梁组件和第四可变刚度梁组件构成另外一组平行的可变刚度梁组件，该组可变刚度梁组件上的两个应变片均采用一种贴法：两个应变片轴向平行，两个应变片轴向与可变刚度梁组件轴向的夹角均呈45°，且偏向相同。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)通过可变刚度梁组件的弹性变形，能够实现动平台微小位姿的调整，保证该装置具备很好的小范围柔顺性能；(2)通过应变片的布置，可采集动平台受到的力与力矩的大小，为主动柔顺控制系统提供实时的力与力矩信息；(3)通过可变刚度梁组件中的梁与螺杆配合，能够调节整个装置的刚度特性，以适应装配要素及相对定位精度变化的需要；(4)整个装置结构紧凑，可实现装置的小型化。附图说明图1是本专利技术装置整体结构的等轴侧视图。图2是本专利技术装置整体结构的具体实施实例示意图。图3是螺杆与梁配合的剖视图。图4是梁的等轴测视图。图5是梁的主视图。图6是梁上的较厚内螺纹管处的剖视图。图7是梁上的较薄内螺纹管处的剖视图。图8是中间连接件的等轴测视图。图9是单向卸载联结件的等轴测视图。图10是单向卸载联结件的平面示意图；图11是单向卸载联结件的等效原理图；图12为装置在不同方向的力与力矩作用原理俯视图。图13为装置在不同方向的力与力矩作用原理侧视图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。结合图1至图11，本专利技术的一种用于机器人自动装配或对接的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置，包括静平台1、第一可变刚度梁组件2、第二可变刚度梁组件3、第三可变刚度梁组件4、第四可变刚度梁组件5和动平台6；所述动平台6设置在静平台1的内部中间；并且动平台6的底面和侧面与静平台内侧面与内底面不接触，保持一定的空隙以便动平台6进行微小的位姿调整。所述静平台1用于与装配机器人末端固定连接；四个可变刚度梁组件的一端通过螺钉与静平台1固定连接，另一端通过螺钉与动平台6固定连接；所述动平台6用于与机械手等夹取装置固定连接。四个可变刚度梁组件设置在动平台6的四周，且首尾循环形成口字型形状；四个可变刚度梁组件的轴向平行于动平台6的对应侧边线，可沿垂直于可变刚度梁组件的轴向发生弹性弯曲变形，用于动平台6位姿误差的补偿；其中第一可变刚度梁组件2轴向平行于第三可变刚度梁组件4轴向；第二可变刚度梁组件3轴向平行于第四可变刚度梁组件5；每个可变刚度梁组件2上设有两个应变片，两个应变片贴在可变刚度梁组件2两个相互垂直的面上。其中第一可变刚度梁组件2和第三可变刚度梁组件4构成一组相互平行的可变刚度梁组件，该组可变刚度梁组件上的两个应变片均采用一种贴法。第二可变刚度梁组件3和第四可变刚度梁组件5构成另外一组平行的可变刚度梁组件，该组变刚度梁组件上的两个应变片均采用另外一种贴法：第一组贴法：两个应变片轴向方向呈90°，两个应变片轴向与可变刚度梁组件2轴向的夹角均呈45°，且偏向相反：即一个应变片轴向与可变刚度梁组件2轴向的夹角向左侧偏，另一个应变片轴向与可变刚度梁组件2轴向的夹角向右侧偏；第二组贴法：两个应变片轴向平行，两个应变片轴向与可变刚度梁组件3轴向的夹角均呈45°，且偏向相同。其中第一可变刚度梁组件2和第三可变刚度梁组件4上，各取一个平行于动平台6上表面的应变片组成一组应变片，用于测量垂直于可变刚度梁组件2轴向方向上的力；第二可变刚度梁组件3和第四可变刚度梁组件5上，各取一个平行于动平台6上表面的应变片组成一组应变片，用于测量垂直于可变刚度梁组件3轴向方向上的力；四个可变刚度梁组件上，各取一个垂直于动平台6上表面的应变片组成一组应变片，用于测量垂直于动平台6上表面方向的力；第二可变刚度梁组件3和第四可变刚度梁组件5上，各取一个垂直于动平台6上表面的应变片组成一组应变片，用于测量绕垂直于可变刚度梁2轴向方向上的旋转力矩；第一可变刚度梁组件2和第三可变刚度梁组件4上，各取一个垂直于动平台6上表面的应变片组成一组应变片，用于测量绕垂直于可变刚度梁3轴向方向上的旋转力矩；四个可变本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于机器人自动装配或对接的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置，其特征在于，包括静平台(1)、第一可变刚度梁组件(2)、第二可变刚度梁组件(3)、第三可变刚度梁组件(4)、第四可变刚度梁组件(5)和动平台(6)；/n所述动平台(6)设置在静平台(1)的内部中间；四个可变刚度梁组件的一端均与静平台(1)固连，另一端均与动平台(6)固连；四个可变刚度梁组件设置在动平台(6)的四周，且首尾循环形成口字型形状；四个可变刚度梁组件的轴向平行于动平台(6)的对应侧边线，可变刚度梁组件可沿垂直于各自轴向发生弹性弯曲变形，用于动平台(6)位姿误差的补偿；第一可变刚度梁组件(2)和第三可变刚度梁组件(4)构成一组相互平行的可变刚度梁组件，该组可变刚度梁组件上的两个应变片均采用一种贴法：两个应变片轴向与可变刚度梁组件(2)轴向的夹角均呈45°，且偏向相反；第二可变刚度梁组件(3)和第四可变刚度梁组件(5)构成另外一组平行的可变刚度梁组件，该组可变刚度梁组件上的两个应变片均采用一种贴法：两个应变片轴向平行，两个应变片轴向与可变刚度梁组件(3)轴向的夹角均呈45°，且偏向相同。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于机器人自动装配或对接的可变刚度且有六维力感知的被动柔顺装置，其特征在于，包括静平台(1)、第一可变刚度梁组件(2)、第二可变刚度梁组件(3)、第三可变刚度梁组件(4)、第四可变刚度梁组件(5)和动平台(6)；
所述动平台(6)设置在静平台(1)的内部中间；四个可变刚度梁组件的一端均与静平台(1)固连，另一端均与动平台(6)固连；四个可变刚度梁组件设置在动平台(6)的四周，且首尾循环形成口字型形状；四个可变刚度梁组件的轴向平行于动平台(6)的对应侧边线，可变刚度梁组件可沿垂直于各自轴向发生弹性弯曲变形，用于动平台(6)位姿误差的补偿；第一可变刚度梁组件(2)和第三可变刚度梁组件(4)构成一组相互平行的可变刚度梁组件，该组可变刚度梁组件上的两个应变片均采用一种贴法：两个应变片轴向与可变刚度梁组件(2)轴向的夹角均呈45°，且偏向相反；第二可变刚度梁组件(3)和第四可变刚度梁组件(5)构成另外一组平行的可变刚度梁组件，该组可变刚度梁组件上的两个应变片均采用一种贴法：两个应变片轴向平行，两个应变片轴向与可变刚度梁组件(3)轴向的夹角均呈45°，且偏向相同。
2.根据权利要求1所述的被动柔顺装置，其特征在于，四个可变刚度梁组件结构相同，均包括螺杆(2-1)、梁(2-2)、中间连接件(2-3)以及单向卸载联结件(2-4)；所述梁(2-2)的一端与静平台(1)固连，另一端与中间连接件(2-3)固连；单向卸载联结件(2-4)的一端与中间连接件(2-3)固连，另一端与动平台(6)固连；螺杆(2-1)的外螺纹与梁(2-2)的内螺纹配合；当动平台(6)受到平行于对应侧可变刚度梁组件(2)轴向方向的力时，该侧的可变刚度梁组件(2)的单向卸载联结件(2-4)发生平行于该侧可变刚度梁组件(2)轴向的微小位移，使得该侧的可变刚度梁组件(2)不受力。
3.根据权利要求1所述的被动柔顺装置，其特征在于，所述梁(2-2)包括固定块(2-2-1)、圆管(2-2-2)、翼...
【专利技术属性】
技术研发人员：李开明，周文全，陈语，张贺，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。