一种工业机器人智能手腕装备系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术提供工业机器人智能手腕装备系统，包括：机器人侧及工具侧，机器人侧包括：机器人侧法兰主体，机器人侧BK模块，机器人侧电连接结构模块，机器人侧焊接模块，机器人侧水气模块，机器人侧锁紧端，钢珠，机器人侧定位孔，电磁阀，压力传感器，锁紧压簧，密封缸体，活塞，磁环，密封圈、锥槽锁芯，机器人侧到位传感器，机器人侧模块定位孔，模块定位套，机器人侧活塞磁性开关感应器及机器人侧电连接模块导向套。工具侧包括工具侧法兰形式主体，工具侧定位销，工具侧曲面锁紧圈，工具侧电连接结构模块、水气模块及焊接模块，工具侧检测与计数模块，工具侧曲面锁紧端钢珠锁紧配合槽，工具侧模块定位孔及工具侧电连接模块导向销。并提供相应操作方法。

【技术实现步骤摘要】
一种工业机器人智能手腕装备系统及其操作方法
本专利技术属于智能制造
，特别是涉及一种工业机器人智能手腕装备系统(autotoolschange简称ATC)及其操作方法。
技术介绍
在工业4.0的时代背景下，工业机器人在生产制造领域起着举足轻重的作用，传统的工业机器人是基于预订的作业任务设计的，其固定构造显示出很大的局限性，绝大多数机器人在自动化生产过程中只能完成一种操作，实际生产过程中，一个产品需要经过多道复杂工序，每个工位的机器人负责单一的工作，企业需要配置多台机器人才能完成整个工艺过程，这样的自动化生产线对机器人的数量要求较多，占用工作空间较大，企业的生产制造成本大幅增加，因此，流水线式的机器人作业在小批量生产、产品不便于移动、工作空间有限等情况下并不适用，反而单台机器人实现多种操作任务的方案更加可行。随着工业机器人逐步向模块化、可重构化方向发展，机器人可以通过更换末端执行工具以实现多种操作任务，目前多采用的方式是人工手动更换。这样存在很多不足，一方面，更换末端工具的过程本身很繁琐，频换更换机器人末端工具会造成人力、物力以及时间的浪费；此外，每次更换末端执行器后都需要重新定位，加工误差变大，严重制约了机器人的推广和应用。工业机器人智能手腕装备系统又被称为机器人末端工具切换工具(ATC)，是一种用于机器人快速切换末端执行机构的装置，可以通过快速切换不同的末端执行机构，使机器人更柔性、更高效的用于多种作业方式，生产线所需的末端执行机构更换可以在几秒内完成，维护和修理工具可以快速更换，大大降低了因更换末端执行工具而停工停产的事件，通过在应用中使用两个或以上的末端执行器，从而使柔性增加；使用自动交换单一功能的末端执行器，代替原来笨重复杂的多功能执行器，被广泛应用于自动点焊、弧焊、材料抓举、冲压、检测、装配、毛刺清理和包装等操作。工业机器人智能手腕装备(ATC)包含其机器人侧，一般安装在机器人末端法兰处，还包含一个或多个工具侧，放置在工具架上，分别用来安装在不同的末端执行机构上，利用电信号和压缩空气完成机器人侧和工具侧的耦合锁紧或打开。国外对机器人末端工具快速更换装置的研究发展很成熟，如美国、日本、瑞典等。市场对ATC的需求越来越大，然而生产厂家很少，国内汽车厂生产线基本上使用的都是进口品牌的机器人末端工具切换装置，比如史陶比尔，ATI等进口品牌，ATI快速更换装置的动力源大多数是采用气压传动锁紧工具盘以及末端执行器，当然也提供液压、电动等传动方式，还提供多种附属产品，但是产品价格高，项目投入成本和后期的维护保养成本都很高，产品周期长，影响项目进度和设备的维护保养，售后响应速度慢，影响用户的正常生产。如图1和图2所示的机器人侧主体结构示意图以及工具侧主体结构示意图，现有工业机器人智能手腕装备系统的机器人侧包括机器人侧主体1以及机器人侧外挂模块侧面安装位置3，工具侧包括工具侧主体2以及工具侧外挂模块侧面安装位置4，可供安装总线模块，电连接模块，水气模块和焊接模块等外挂模块的位置都位于机器人侧和工具侧的主体侧面；并且侧面安装位置固定，不能变化。总之，现有技术存在如下的缺点：1、现有工业机器人智能手腕装备系统外挂模块整体布局形式固定，安装位置对于实际工作环境较为苛刻的情况下，其不能满足实际工作环境的需求。2、若总线模块，电连接模块，焊接模块和水气模块等外挂模块外形尺寸过大，还可能会因安装角度的问题产生位置干涉。3、因为其主体侧面安装位置和角度固定不变，总线模块，电连接模块，水气模块，焊接模块等外挂模块的安装布局不能较为紧凑，需要利用的空间比较大。4、机器人侧和工具侧主体提供外挂模块安装位置位于侧面，需要多次装夹才可完成加工。对于侧面安装位置的机加工，需要多次装夹才可完成，在一定程度上会产生较多的加工累积误差；此外，侧面安装位置对于机加工要求非常高，需要的机加工人员整体素质要求也非常高，若机加环境稍有不足，机加工人员整体素质不足往往都会影响到侧面外挂模块安装位置的位置公差是否在允许的公差范围内。5、缺少检测与计数模块，无法检测钢珠实际是否膨胀到位，因此存在虚拟到位的安全风险；同时，无法检测钢珠未膨胀到位的次数，从而也不能为后期结构改善提供技术支持。因此，需要研发新的工业机器人智能手腕装备系统，与现有的产品实现无缝对接，根据新的需求和研发标准，做出整套的工业机器人智能手腕装备系统(ATC)。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种工业机器人智能手腕装备系统，为工业自动化快速更换工装夹具，以及传输电源，电信号，气，水等介质提供便利；同时，需要安装较多的总线模块，电连接模块和水气模块等其他外挂模块时，解决安装位置不足及因安装角度产生的位置干涉等问题；对于外挂模块的安装灵活布局，根据实际工作环境选择较为紧凑的布局方案，提供大量的可安装空间；此外采用法兰形式主体机加工更便利，对于重要配合连接的位置通过较少的装夹次数便可机加工出来，解决因多次装夹加工而造成安装位置的位置误差，进一步保证各个外挂模块间的对接精度；增加检测与计数模块，检测钢珠是否膨胀到位，解决钢珠虚拟到位的安全风险；并且对钢珠未膨胀到位的次数进行计数，为后期设备升级改造提供技术支持。为此，本专利技术的目的在于提供一种工业机器人智能手腕装备系统，包括：机器人侧以及工具侧，所述机器人侧固定在所述机器人末端法兰处，工具侧被锁紧在机器人侧，所述工具侧分别固定可以实现各种不同功能的工具，所述机器人侧与所述工具侧形成一对多的关系，通过所述机器人侧的宏观运动以及微观捕获运动，从工具架上取出或者更换不同的所述工具，实现系统的功能，所述机器人侧以及工具侧采用法兰形式主体机加工更便利，并设置检测与计数模块，以检测钢珠实际是否膨胀到位，并且对钢珠未膨胀到位的次数进行计数。优选的，所述机器人侧包括：机器人侧法兰主体(11)，机器人侧BK模块(12)，机器人侧电连接结构模块(13)，机器人侧焊接模块(14)，机器人侧水气模块(15)，机器人侧锁紧端(16)，锥槽锁芯(28)，钢珠(17)，机器人侧定位孔(18)，电磁阀(19)，压力传感器(20)以及到位传感器(51)，其中所述机器人侧BK模块(12)，电磁阀(19)以及压力传感器(20)构成机器人侧总线模块；所述机器人侧法兰主体(11)的背面具有突起圆柱台阶，所述机器人侧法兰主体(11)背面开设有定位销孔，便于将所述机器人侧定位在所述机器人末端法兰处，所述机器人侧法兰主体(11)上开设从正面到背面的通孔，所述通孔通过紧固螺钉将所述机器人侧锁紧在所述机器人末端法兰上；所述机器人侧BK模块(12)用于通过网络实现IO的控制，包括通过所述机器人侧BK模块(12)收集机器人总控制器发出的电信号，再将所述电信号输送给所述机器人侧电连接结构模块(13)，或者将所述装备系统的所述机器人侧和所述工具侧对接后发出的反馈电信号汇总到所述机器人侧BK模块(12)后通过所述机器人侧BK模块(12)将电信号反馈到所述机器人总控制器；所述机器人侧电连接结构模块(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业机器人智能手腕装备系统，其特征在于包括：机器人侧以及工具侧，所述机器人侧固定在所述机器人末端法兰处，工具侧被锁紧在机器人侧，所述工具侧分别固定可以实现各种不同功能的工具，所述机器人侧与所述工具侧形成一对多的关系，通过所述机器人侧的宏观运动以及微观捕获运动，从工具架上取出或者更换不同的所述工具，实现系统的功能，所述机器人侧以及工具侧采用法兰形式主体机加工更便利，并设置检测与计数模块，以检测钢珠实际是否膨胀到位，并且对钢珠未膨胀到位的次数进行计数。/n

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人智能手腕装备系统，其特征在于包括：机器人侧以及工具侧，所述机器人侧固定在所述机器人末端法兰处，工具侧被锁紧在机器人侧，所述工具侧分别固定可以实现各种不同功能的工具，所述机器人侧与所述工具侧形成一对多的关系，通过所述机器人侧的宏观运动以及微观捕获运动，从工具架上取出或者更换不同的所述工具，实现系统的功能，所述机器人侧以及工具侧采用法兰形式主体机加工更便利，并设置检测与计数模块，以检测钢珠实际是否膨胀到位，并且对钢珠未膨胀到位的次数进行计数。


2.根据权利要求1所述一种工业机器人智能手腕装备系统，其特征在于所述机器人侧包括：机器人侧法兰主体(11)，机器人侧BK模块(12)，机器人侧电连接结构模块(13)，机器人侧焊接模块(14)，机器人侧水气模块(15)，机器人侧锁紧端(16)，锥槽锁芯(28)，钢珠(17)，机器人侧定位孔(18)，电磁阀(19)，压力传感器(20)以及到位传感器(51)，其中所述机器人侧BK模块(12)，电磁阀(19)以及压力传感器(20)构成机器人侧总线模块；所述机器人侧法兰主体(11)的背面具有突起圆柱台阶，所述机器人侧法兰主体(11)背面开设有定位销孔，便于将所述机器人侧定位在所述机器人末端法兰处，所述机器人侧法兰主体(11)上开设从正面到背面的通孔，所述通孔通过紧固螺钉将所述机器人侧锁紧在所述机器人末端法兰上；所述机器人侧BK模块(12)用于通过网络实现IO的控制，包括通过所述机器人侧BK模块(12)收集机器人总控制器发出的电信号，再将所述电信号输送给所述机器人侧电连接结构模块(13)，或者将所述装备系统的所述机器人侧和所述工具侧对接后发出的反馈电信号汇总到所述机器人侧BK模块(12)后通过所述机器人侧BK模块(12)将电信号反馈到所述机器人总控制器；所述机器人侧电连接结构模块(13)用于快速、便捷的提供电源以及电信号连接；所述机器人侧焊接模块(14)用于快速、便捷的提供焊接所需的大电流；所述机器人侧水气模块(15)用于快速、便捷的提供水和气；所述压力传感器(20)在机器人侧和工具侧锁紧状态下对外部输入的气源进行气压检测，当检测到具有气压时，则机器人正常工作，若没有检测到气压，则机器人停止工作并报警；所述机器人侧总线模块、机器人侧电连接结构模块(13)、机器人侧焊接模块(14)以及所述机器人侧水气模块(15)同时通过模块定位套和紧固螺钉固定在机器人侧法兰主体上，所述机器人侧锁紧端(16)通过机器人侧法兰主体(11)正面设置的定位销孔安装销钉定位，背面设置通过所述紧固螺钉的通孔，通过所述紧固螺钉将机器人侧锁紧端(16)锁紧在机器人侧法兰主体(11)上，所述总线模块上设置所述电磁阀(19)以及所述压力传感器(20)实施锁紧的控制以及锁紧和工具装备过程中的压力监测，所述机器人侧法兰主体(11)和所述机器人侧锁紧端(16)内部设置多个周向分布的机器人侧定位孔(18)实施对接过程中的工具侧定位，所述锥槽锁芯(28)用于限制孔内钢珠位置。


3.根据权利要求2所述一种工业机器人智能手腕装备系统，其特征在于所述机器人侧还包括锁紧压簧(31)，密封缸体(32)，活塞(33)、磁环(34)以及密封圈组成的锁紧端，所述密封缸体(32)内部设置多个所述锁紧压簧(31)，当所述锁紧压簧(31)向自由状态伸长但未达到自由状态，所述机器人侧以及所述工具侧同时被锁紧，此时所述锁紧压簧(31)为所述活塞(33)提供向外顶出的力，同时电磁阀某位导通，为活塞(33)也提供一个向外的力，从而确保机器人侧与工具侧拥有一定的锁紧力，确保在一定的负载情况下，机器人侧与工具侧不会脱离，因为所述锁紧压簧(31)始终施加给活塞(33)一个向外顶出的力，当气源突然消失，机器人侧与工具侧在一定条件下始终锁紧，不至于气源一断开，工具侧就失去被锁紧的力；若需要切换工具侧，则电磁阀切换气源通路，使得所述活塞(33)向内位移，即锁紧压簧(31)被压缩；所述活塞(33)位于所述锁紧压簧(31)上方，所述锁紧压簧(31)总是为所述活塞(33)提供一个向外的顶出力，所述活塞(33)的环形槽内设置所述磁环(34)，所述活塞(33)中间设置一个大压簧，其余小压簧均布在所述活塞(33)的圆周方向，所述活塞(33)外圆设置所述密封圈；所述锁紧压簧(31)和所述活塞(33)及紧固在所述活塞(33)上的锥槽锁芯(28)用于将所述钢珠(17)向外推，所述锁紧端整体设计为圆柱形，所述锁紧压簧(31)的材料为弹簧钢，其他部件的材料为铝合金或30Cr2Ni2Mo，所述机器人侧内部的所述活塞(33)上固定所述锥槽锁芯(28)，所述锥槽锁芯(28)上加工有锥形槽，可以为钢珠(17)提供一定的活动空间，所述活塞(33)内设计限制所述锁紧压簧(31)位置的圆柱孔，所述机器人侧密封缸体内设计有均布圆柱孔，所述圆柱孔内放置弹簧套，弹簧套用于限制均布压簧被压缩的方向，从而对锁紧压簧31起到限位作用，锁紧端上方开有圆柱孔，圆柱孔恰好能通过钢珠，并且圆柱孔内设计有防止钢珠滑出的限位边，用于放置钢球(17)并防止钢珠(17)滑出。


4.根据权利要求3所述一种工业机器人智能手腕装备系统，其特征在于所述机器人侧还包括第一安装定位系统，所述第一安装定位系统包括机器人侧到位传感器(51)，机器人侧模块定位孔(52)，模块定位套(53)，模块连接部位的模块定位套安装位置处的外挂模块定位孔(81)以及机器人侧电连接模块导向套(91)，所述机器人侧模块定位孔(52)上侧设置所述模块定位套(53)，所述机器人侧锁紧端(16)外部设置所述到位传感器(51)以检测所述机器人侧是否已...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，尧永春，龚兴元，何宗平，韦学谦，
申请(专利权)人：广西利拓智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45