气动机器人精加工工具制造技术

诸如研磨机、砂磨机等的气动机器人工具(50)利用分布在工具壳体(52)内的气动马达(54)周围的两个以上双作用气动活塞(56)实现被动力控制和柔度。与现有技术的单活塞设计相比，多个活塞(56)有助于紧凑的设计，降低工具堆叠高度。过滤通气孔(67)和气压均衡通道(70)使整个工具(50)保持环境大气压力，同时防止灰尘和其他微粒渗入。刚性附接到工具壳体(52)的硬端口(72)被提供至少用于为马达供应气动流体。为马达供应的空气经由工具壳体内的柔性气动流体管(73)从硬端口传递至气动马达(54)。气动马达排出空气在密封通道(74)中从工具壳体排出，该密封通道为工具柔性运动提供空间，并防止灰尘渗入。

【技术实现步骤摘要】
气动机器人精加工工具相关申请本申请要求2020年2月20日提交的美国专利申请16/795,673和2019年5月7日提交的美国临时专利申请62/844,459的优先权，其标题为“PneumaticRoboticFinishingTool”，这两件申请的公开内容通过引用整体并入本文。
本专利技术总体上涉及机器人技术，并且尤其涉及具有众多机械特征的气动驱动的机器人精加工工具。
技术介绍
工业机器人已经成为现代制造中不可或缺的部分。机器人可以在恶劣的环境中不懈地执行许多制造任务，并且具有很高的精度和可重复性。机器人系统的许多部件，如机器人工具以及将机器人工具与机器人臂相接的机器人工具更换器，是气动驱动的。可以由基础设备可靠且廉价地提供具有所需压力、湿度等的大量压缩空气。压缩空气不是易燃的或有毒的，它没有电击危险，也不产生废品。然而，传统的气动机器人工具有许多缺陷。机器人用以成形或加工工件的可编程参数之一是所施加的力的程度。例如，在磨削、研磨、抛光、去毛刺和类似的材料去除操作中，机器人用以将诸如研磨机或抛光轮的工具压入工件的力是正确操作的重要参数。另外，机器人工具需要一定的柔度或在有限范围内的运动自由度，以适应工件的表面拓扑结构(topology)。尽管复杂的主动力控制系统在本领域中是已知的，但对于许多精加工操作如精密控制而言并不是必需的–通过被动力控制可以实现足够的性能。如本文中所使用的，被动力控制系统在整个机器人精加工操作中试图维持工具施加到工件的预设压力或力。在许多情况下，被动力控制系统的主要目标之一仅是抵消或支撑工具的重量。通过气动活塞支撑工具的重量在本领域中是已知的。这种构造允许通过调节活塞中的压力来设定施加到工件的力。另外，活塞后面的空气是可压缩的，并提供一定程度的自然柔度。然而，传统的气动活塞很大，并且增加了“堆叠高度”或机器人工具在机器人臂与工件之间的长度。另外，将气动活塞用于被动力控制和柔度的机器人工具必然具有“伸缩”动作，其中工具的长度随着其经历的柔度而变化。由于砂磨机或研磨机周围空气中的灰尘和其他微粒数量非常大，因此工具通常被密封，例如通过使用O形环或柔性密封特征。然而，这产生了相对于其周围空气的有效的第二活塞，该第二活塞抵消了由工具壳体内形成的压力或真空导致的所期望的柔度运动。另一方面，未密封的工具体在很大程度上消除了该反作用力，其允许灰尘和污染物进入工具壳体，这带来了清洁和维护问题，并且可能会干扰工具操作或加速磨损。气动驱动的马达的另一个已知问题是在向它们供应压缩空气的同时要隔离由气动流体供应和排放管路引起的任何冲击、扭矩、拉力等。图1A和1B示出本领域中已知的气动机器人工具的两个示例。图1A示出去毛刺工具10。如该局部剖视立体图中所示，去毛刺工具10包括壳体12，壳体12容纳气动马达14。气动马达14驱动轴16，轴16使磨轮或可以安装在轴16的端部处的卡盘18中的其他工具旋转。气动流体通过刚性地附接到马达14的接头20供应到马达14。图1B示出钻孔器30。类似于图1A的去毛刺工具10，钻孔器30包括壳体32，壳体32容纳气动马达34。气动马达34驱动轴36，轴36使钻头或可以安装在轴36的端部处的卡盘38中的其他工具旋转。钻头30表现出轴向柔度，因为在壳体32保持在机器人臂的末端的固定位置的同时，马达34、轴36和卡盘38可以轴向上移动(靠近或远离工件)。双导向销31在使马达34在壳体32内保持居中的同时促进该柔度。柔性保护罩33将随马达34移动的端板35连接到壳体32，以防止灰尘、碎屑等进入壳体32的内部。气动流体通过刚性地附接到马达34的接头40供应到马达34。空气通过消声器42排出。注意，双引导销31平行于马达34，为钻头30提供一些轴向运动；这些导向销31不是气动活塞。在这两种情况下，气动流体供应接头20、40刚性地附接到相应的气动马达14、34。如果接头20、40或与其钩连的气动流体管路在使用期间受到任何冲击或拖曳，则其可能将该力通过马达14、34传递到接触工件的工具部分(例如，研磨机或钻头)。这可能会干扰机器人的编程操作，在工件表面引起磕伤或其他瑕疵。从气动马达14、34排出空气也可能是有问题的。排气不应在马达14、34上引起任何力或扭矩，该力或扭矩可能会通过工具10、30传递至工件。另外，如果排出的空气是通过端口排掉，则在隔离气动管路以避免接触或拖曳方面存在相同的问题。本文的
技术介绍
部分被提供用于将本专利技术的实施例置于技术和操作环境中，以帮助本领域技术人员理解其范围和效用。
技术介绍
部分中描述的方法可以被采用，但是这些方法不一定是先前已经想到或采用过的方法。除非明确指出，否则不会仅因为其包含在
技术介绍
部分中就被认为是现有技术。
技术实现思路
以下给出本公开的简化概述，以便向本领域技术人员提供基本理解。该概述不是本公开的广泛综述，并且无意于标识本专利技术的实施例的关键/重要要素或描绘本专利技术的范围。本概述的唯一目的是以简化的形式呈现本文公开的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。根据本文描述和要求保护的一个或多个实施例，气动机器人工具，如研磨机、砂磨机等使用分布在工具壳体的外围周围的两个或更多个双作用气动活塞来实现被动力控制和柔度。与现有技术的单活塞设计相比，多个活塞有助于紧凑的设计，降低了工具堆叠高度。在一实施例中，过滤通气孔和气压均衡通道保持整个工具的环境大气压力，同时防止灰尘和其他微粒渗入。在一个实施例中，刚性地附着到工具壳体的硬端口被提供至少用于马达供应气动流体。马达供应空气从硬端口经由工具壳体内的柔性气动流体管传输到气动马达。以这种方式，非故意地施加到气动流体供应管路的接触、拖曳、扭矩等不会传递到马达或诸如研磨机头的操作工具表面。在一个实施例中，气动马达的排出空气在密封通道中从工具壳体排出，该密封通道适应工具的柔度运动并防止灰尘渗入。一个实施例涉及一种适于附接到机器人臂的气动机器人工具。该工具包括壳体和布置在壳体内的气动马达。在壳体内在气动马达与壳体的附着到机器人臂的端部之间限定有第一腔。该工具还包括多个双作用气动活塞。每个活塞在活塞构件的前后具有气动室。活塞围绕马达布置并且将马达可移动地悬挂在壳体内，使得马达在整个预定范围内朝向或远离机器人臂表现出柔度运动。附图说明现在将在下文中参考附图更全面地描述本专利技术，在附图中示出了本专利技术的实施例。然而，本专利技术不应被解释为限于本文阐述的实施例。而是，提供这些实施例使得本公开将是透彻和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本专利技术的范围。贯穿全文，相同的附图标记表示相同的元件。图1A是现有技术的气动机器人去毛刺工具的局部剖视立体图。图1B是现有技术的气动机器人钻孔工具的局部剖视立体图。图2是具有多个活塞的气动机器人工具的局部剖视立体图。图3是放大的局部剖视立体图，其示出往返于一个双作用气动活塞的空气路径。图4A是气动机器人工具的局部剖视立体图，其示出上腔和下腔。图4B是气动机器人工具的立体图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于附接到机器人臂的气动机器人工具(50)，其特征在于包括：/n壳体(52)；/n气动马达(54)，其布置在所述壳体(52)内，其中在所述壳体(52)内在所述气动马达(54)和固定到所述机器人臂的所述壳体(52)的一端之间限定第一腔(62)；和/n多个双作用气动活塞(56)，其每个在活塞构件的前后都具有气动室，布置在所述马达(54)周围并且将所述马达(54)可移动地悬挂在所述壳体(52)内，使得所述马达(54)在预定范围内朝向或远离所述机器人臂表现出柔度运动；其中所述工具(50)的柔度力由每个双作用气动活塞(56)的前室和后室中的气压确定。/n

【技术特征摘要】
20190507 US 62/844,459;20200220 US 16/795,6731.一种适于附接到机器人臂的气动机器人工具(50)，其特征在于包括：
壳体(52)；
气动马达(54)，其布置在所述壳体(52)内，其中在所述壳体(52)内在所述气动马达(54)和固定到所述机器人臂的所述壳体(52)的一端之间限定第一腔(62)；和
多个双作用气动活塞(56)，其每个在活塞构件的前后都具有气动室，布置在所述马达(54)周围并且将所述马达(54)可移动地悬挂在所述壳体(52)内，使得所述马达(54)在预定范围内朝向或远离所述机器人臂表现出柔度运动；其中所述工具(50)的柔度力由每个双作用气动活塞(56)的前室和后室中的气压确定。


2.根据权利要求1所述的工具(50)，还包括：
第一气动流体管路接头(58)，其固定到所述壳体(52)，并且以气动流体流动关系连接到至少一个双作用气动活塞(56)的后室；和
第二气动流体管路接头(60)，其固定到所述壳体(52)，并且以气动流体流动关系连接到所述至少一个双作用气动活塞(56)的前室。


3.根据前述权利要求中任一项所述的工具(50)，还包括在所述壳体(52)中的至少一个通气孔(67)，所述通气孔(67)包括滤网(68)，每个通气孔(67)适于允许空气在任一方向上流过它，同时限制微粒进入壳体(52)内部。


4.根据前述权利要求中任一项所述的工具(50)，还包括：
端板(55)，其附接到所述马达(54)，并且可随马达的柔度运动而移动；
柔性保护罩(66)，其连接在所述端板(55)和所述壳体(52)的远端之间，所述保护罩(66)在所述保护罩(66)内并且在所述端板(55)和所述马达(54)之间限定第二腔(64)，其中所述保护罩(66)适于在所述马达(54)和所述端板(55)的柔度运动期间防止微粒进入所述第二腔(64)；和
气压均衡通道(70)，其以空气流动关系连接所述第一腔(62)和所述第二腔(64)。


5.根据权利要求4所述的工具(50)，其中通过在所述壳体(52)内所述马达(54)的柔度运动范围内使空气穿过所述通气孔(67)和所述气压均衡通道(70)二者，来保持所述第一腔(62)和所述第二腔(64)二者中的气压与所述工具的壳体(52)外部的气压均衡。


6.根据前述权利要求中任一项所述的工具(50)，还包括：
马达驱动气动流体管路接头(72)，其固定到所述壳体(52)；和
柔性气动供应管(73)，其以气动流体流动关系连接在所述马达驱动气动流体管路接头(72)和所述马达(54)的马达驱动气动流体端口...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明·理查德·罗斯，
申请(专利权)人：奥腾工业自动化廊坊有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US