一种机器人用三自由度柔性腕关节制造技术

本实用新型专利技术公开了一种机器人用三自由度柔性腕关节，包括用以与执行工具连接的关节，关节在壳体内可进行轴向和径向的移动，且壳体为关节提供背压，在执行工具受到较大阻力时，关节进行轴向和径向的移动以避开执行工具与工件的硬接触，防止执行工具损坏，在避开之后关节可在负压状态下摆正复位，即整个执行工具摆正复位。

A three degree of freedom flexible wrist joint for robot

【技术实现步骤摘要】
一种机器人用三自由度柔性腕关节
本技术属于机器人领域，更具体的说涉及一种机器人用三自由度柔性腕关节。
技术介绍
目前工业机器人的应用越来越普遍，应用范围也越来越广，关节式工业机器人，由于自身结构的原因，重复精度相对较高，而定位精度较低。这个特点导致工业机器人在装配和加工领域应用受限。现有的解决方式是采用高精度的六维力传感器，作为机器人和执行机构的过渡连接装置，六维力传感器能够检测x，y，z三个方向的力以及绕三个轴向的力矩。传感器所获得的力和力矩信号反馈给机器人的控制系统，从而使机器人做出相应的反应。但是该方式存在以下的不足：1.力传感器成本较高，反馈控制系统较复杂，不利于广泛的推广和应用。2.力反馈控制系统存在时间上的滞后性，碰撞发生以后系统延迟一定时间才会产生相应的动作，然而当控制系统作出响应时，工件可能已经被破坏了。另一种解决方式是通过单轴气缸和伺服阀来控制气缸对工件的压力，但是该方式为单自由度机构只在一个方向上有作用，而工业中使用的六自由度机器人的运动自由度较多，执行工具和工件之间的接触通常是多维的。要满足需求就要采用多个单自由度机构串联起来，系统刚度降低，误差增大，控制变得复杂，成本上升。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供了一种可以多自由度移动，解决机器人在装配和加工过程中，因不能灵活移动或信号反馈延迟，而导致的碰撞损坏工件的问题。为实现上述目的，本技术提供了如下技术方案：一种机器人用三自由度柔性腕关节，包括：外壳，其内部中空设置，顶部设置有上开口，底部或侧面设置有用以与外界气压或液压设备连通的输入口；端盖，其与外壳的上开口固定连接，端盖上设置有连通外壳内部的开口槽，端盖朝向外壳内部一侧设置有定位凹槽；密封环，与外壳之间形成密封腔室，密封腔室连通输入口，密封环上开设有多个沿轴向延伸的压力孔；关节套，与外壳的内壁之间沿轴向滑动连接，关节套朝向密封环一侧设置有多个伸入压力孔的导向柱，导向柱与压力孔密封并滑动连接；关节，位于关节套内，一端伸入关节套内与关节套转动配合连接，另一端由端盖的开口槽伸出并与开口槽之间留有活动间隙，关节与关节套接触面均呈球面状，关节套与关节之间设置有阻止关节周向转动的防转机构；浮动限位环，一侧固定于关节上，另一侧一侧伸入端盖的定位凹槽内，定位凹槽的尺寸大于限位环的尺寸。进一步的所述防转机构包括限位滚珠，限位滚珠的球心与关节的球心处于同一水平面上，关节上开设有限位槽，限位槽的长度大于限位滚珠的直径宽度与限位滚珠的直径相同，限位滚珠设置于关节套上并伸入限位槽内。进一步的所述防转机构还包括定位环，定位环固定于关节套上，并与关节套之间形成固定槽。进一步的所述固定槽朝向关节一侧为内口，另一侧为外口，限位滚珠的直径大于外口的直径。进一步的所述定位凹槽呈环状。进一步的所述定位凹槽的截面呈锥形或弧形，浮动限位环的截面呈弧形。进一步的所述外壳的底部设有内凸缘，内凸缘形成下开口，所述密封环位于壳体内部与内凸缘固定，输入口开设于内凸缘上。进一步的所述密封环与内凸缘之间设置有密封圈。与现有技术相比，本技术的有益效果是：通过输入口向密封腔室内充入气体或液体使密封腔室形成背压，通过关节套上的导向柱推动关节套向外壳的上开口方向轴向移动；关节上连接的浮动限位环处于端盖的定位凹槽内，使关节摆正，关节伸出端盖一端连接执行工具，在工作时，执行工具受到工件的作用力较大时，关节能够进行偏转或沿轴向移动，以防止过大的作用力破坏工件或执行工具；在外力较小时，背压使关节套复位，并且浮动限位环与定位凹槽相互复位使关节摆正。附图说明图1为本技术机器人用三自由度柔性腕关节的立体结构图；图2为本技术机器人用三自由度柔性腕关节的剖面视图；图3为图2中A部的放大图；图4为本技术中关节的立体结构图；图5为本技术无外壳时的主视图；图6为本技术无外壳时的立体结构图；图7为本技术无外壳时的爆炸图一；图8为本技术无外壳时的爆炸图二。附图标记：1、外壳；12、内凸缘；125、输入口；2、端盖；22、开口槽；24、环槽；3、关节；31、杆部；32、球部；33、空心槽；34、螺孔；322、限位槽；4、浮动限位环；5、密封环；51、密封腔室；53、压力孔；6、关节套；61、定位环；612、固定槽；62、限位滚珠；63、导向柱。具体实施方式参照图1至图8对本技术机器人用三自由度柔性腕关节的实施例做进一步说明。一种机器人用三自由度柔性腕关节，包括：外壳1，其内部中空设置，顶部设置有上开口，底部或侧面设置有用以与外界气压或液压设备连通的输入口125；端盖2，其与外壳1的上开口固定连接，端盖2上设置有连通外壳1内部的开口槽22，端盖2朝向外壳1内部一侧设置有定位凹槽；密封环5，与外壳1之间形成密封腔室51，密封腔室51连通输入口125，密封环5上开设有多个沿轴向延伸的压力孔53；关节套6，与外壳1的内壁之间沿轴向滑动连接，关节套6朝向密封环5一侧设置有多个伸入压力孔53的导向柱63，导向柱63与压力孔53密封并滑动连接；关节3，位于关节套6内，一端伸入关节套6内与关节套6转动配合连接，另一端由端盖2的开口槽22伸出并与开口槽22之间留有活动间隙，关节3与关节套6接触面均呈球面状，关节套6与关节3之间设置有阻止关节3周向转动的防转机构；浮动限位环4，一侧固定于关节3上，另一侧一侧伸入端盖2的定位凹槽内，定位凹槽的尺寸大于限位环的尺寸。如图2所示，为方便理解本实施例，以端盖2方向为上方，外壳1背向端盖2一侧为下方，垂直于外壳1轴线方向为横向平面。如图1和2所示，外壳1和端盖2之间优选的采用螺栓固定，密封环5与外壳1之间采用螺栓固定，浮动限位环4与关节3之间采用螺栓固定。其中关节3包括球部32和杆部31，关节套6内壁为球面状与关节3的球部32尺寸相同，球部32伸入关节套6内，而杆部31由端盖2的开口槽22伸出端盖2，杆部31用以连接执行工具(如工作主轴)，浮动限位环4固定于杆部31与球部32连接处。本实施例中优选的关节3设置有贯通的空心槽33，即贯穿杆部31和球部32，在杆部31端部上开设有若干个螺孔34，螺孔34用以与主轴固定，当主轴尾部较长时，主轴可伸入空心槽33内甚至伸出。外壳1固定于机器人上，由机器人带动走位，通过输入口125向密封腔室51内充入气体或液体形成背压(背压的参数根据执行工具的强度进行初始设定，如执行工具可承受的外力较小，那么背压设置较低，反之背压设置较高)，此时关节套6在背压的作用下通过导向柱63向端盖2方向移动，直至浮动限位环4伸入至定位凹槽的底部，此时浮动限位环4整体处于水平状态，即使得关节3的杆部31伸出开口槽22的距离达到上限，同时关节3的杆部31与外壳1同轴，即整个关节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人用三自由度柔性腕关节，其特征在于，包括：外壳，其内部中空设置，顶部设置有上开口，底部或侧面设置有用以与外界气压或液压设备连通的输入口；/n端盖，其与外壳的上开口固定连接，端盖上设置有连通外壳内部的开口槽，端盖朝向外壳内部一侧设置有定位凹槽；/n密封环，与外壳之间形成密封腔室，密封腔室连通输入口，密封环上开设有多个沿轴向延伸的压力孔；/n关节套，与外壳的内壁之间沿轴向滑动连接，关节套朝向密封环一侧设置有多个伸入压力孔的导向柱，导向柱与压力孔密封并滑动连接；/n关节，位于关节套内，一端伸入关节套内与关节套转动配合连接，另一端由端盖的开口槽伸出并与开口槽之间留有活动间隙，关节与关节套接触面均呈球面状，关节套与关节之间设置有阻止关节周向转动的防转机构；/n浮动限位环，一侧固定于关节上，另一侧一侧伸入端盖的定位凹槽内，定位凹槽的尺寸大于限位环的尺寸。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人用三自由度柔性腕关节，其特征在于，包括：外壳，其内部中空设置，顶部设置有上开口，底部或侧面设置有用以与外界气压或液压设备连通的输入口；
端盖，其与外壳的上开口固定连接，端盖上设置有连通外壳内部的开口槽，端盖朝向外壳内部一侧设置有定位凹槽；
密封环，与外壳之间形成密封腔室，密封腔室连通输入口，密封环上开设有多个沿轴向延伸的压力孔；
关节套，与外壳的内壁之间沿轴向滑动连接，关节套朝向密封环一侧设置有多个伸入压力孔的导向柱，导向柱与压力孔密封并滑动连接；
关节，位于关节套内，一端伸入关节套内与关节套转动配合连接，另一端由端盖的开口槽伸出并与开口槽之间留有活动间隙，关节与关节套接触面均呈球面状，关节套与关节之间设置有阻止关节周向转动的防转机构；
浮动限位环，一侧固定于关节上，另一侧一侧伸入端盖的定位凹槽内，定位凹槽的尺寸大于限位环的尺寸。


2.根据权利要求1所述的机器人用三自由度柔性腕关节，其特征在于：所述防转机构包括限位滚珠，限位滚珠的球心与关节的球心处于同一水平面上，关节上开设有限位槽，限位槽的长...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宇佳，尚涛，邢博，赵竞远，顾金梅，许朝阳，汤剑锋，叶帆，周冰，张震舟，刘昱辰，任森伟，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33