为了基本消除具有滚珠锁定耦合机构的机器人工具更换器中的扭转窜动，在工具组件中的轴承座圈的滚动构件接触点处和主组件中包含滚动构件的孔的相对内表面中的至少一个(优选二者)中，形成交叉接触凹部形式的扇贝状特征。该交叉接触凹部的尺寸和形状适于容纳滚动构件，但具有垂直于滚动构件在扭转窜动时的运动并与滚动构件不接触的中心空隙或沟道。该交叉接触凹部在中心空隙的两侧的接触区域与滚动构件接触。这些接触区域在滚动构件上施加两个单独的接触力，这两个接触力都朝向滚动部件的中心，因此可以防止滚动构件在该交叉接触凹部内侧向移动或摇摆，从而基本消除机器人工具更换器的扭转窜动。换器的扭转窜动。换器的扭转窜动。
【技术实现步骤摘要】
增加扭转刚度并减少窜动的机器人工具更换器耦合机构
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年6月11日提交的标题为“Robotic Tool Changer Coupling Mechanism with Increased Torsional Rigidity and Reduced Freeplay”的美国专利申请16/899033的优先权，其全部的公开内容通过引用并入本文。
[0003]本专利技术一般涉及机器人工具更换器，特别涉及具有实现增加扭转刚度和减少窜动(freeplay)的耦合机构的机器人工具更换器。
技术介绍
[0004]工业机器人已经成为现代制造业的不可或缺的一部分。无论是在无尘室中将半导体晶圆从一个处理室转移到另一个处理室，还是在汽车制造厂的场地上切割和焊接钢铁，机器人都不知疲倦地在不利的环境中高精度并且高重复性地进行许多制造任务。
[0005]在许多机器人制造应用中，工业机器人的相当大的成本通过提供能够与通用机械臂耦合的不同的工具或末端执行器而在各种任务中分摊。例如，在汽车制造应用中，可以在一个生产运行期间，将机器人用于切割、研磨、或以其他方式将金属部件成形，而在另一个生产运行中执行各种点焊任务。此外，即使在执行一种类型的任务时，机器人也可能使用不同的工具。例如，不同的焊接工具的几何形状可以有利地与特定机器人配合以在不同位置或不同取向上执行焊接任务。
[0006]在这些应用中，机器人工具更换器用于使不同的工具与机器人配合。被称为主组件的工具更换器的一半永久地固定到机器人臂。被称为工具组件的另一半固定到机器人可以使用的每个工具。当机器人控制器将在机器人臂末端的主组件与安装到所需工具的工具组件对准时，它指引主组件机械地与工具组件耦合，从而将工具安装到机器人。机器人工具更换器还有助于向工具提供应用品，如电流、气压、液压油、冷却水等，并将数据从一些工具传输回机器人控制器。
[0007]在机器人工具变换器中通常配备有滚珠锁定构造作为耦合机构。在一个这样的构造中，设置在工具组件的空腔内的主组件的套环中，包含诸如钢珠的多个滚动构件。例如通过推进活塞，径向地驱动滚珠使其前进以抵靠工具组件中的轴承座圈，从而将主组件和工具组件机械地耦合在一起。在拆开时，活塞缩回，在主组件与工具组件分离时，滚珠退回到套环中。在美国专利No.8005570、8132816、8209840、8500132、8533930、8601667、8794418、9151343、9724830、以及10335957中，描述了这样的滚珠锁定构造的各种构造、驱动机构和操作方面。所有这些专利都被转让给本申请的受让人，并且所有这些专利的公开内容都通过引用并入本文。
[0008]为了滚珠锁定机构与工具组件轴承座圈的正确机械耦合，以及为了安装至主组件和工具组件的应用品递送模块的耦合，需要主组件和工具组件之间对准。该对准通常由主组件上的一个或多个对准销完成，该对准销与工具组件中相应的对准套管接合。此外，当机
器人运行时，这些定位销和套管还为耦合的工具提供扭转刚度。为了防止卡滞，在对准销和与其相关的对准套管之间，需要有少量的径向间隙。该微小的间隙是工具更换器中旋转窜动的主要来源，这对位置可重复性和扭转刚度产生负面影响。该影响在大的臂端工具中被放大，并且可能在每个末端执行器上的工作点处导致不希望的变化或位置误差。因为主侧和工具侧的接触销被允许相对移动，所以窜动还给安装到工具更换器的电信号模块造成问题，从而可能导致间歇性的信号丢失。它还可能由于来回移位而引起过度磨损，从而导致过早失效。
[0009]为了减少扭转窜动，已知在工具组件中的工具轴承座圈中，在每个滚动构件的相应位置，加工出球形或圆柱形凹坑(在本文中称为“扇贝(scallop)”)。这些特征减少了窜动，但并没有消除它。已知设计的一个缺点是扇贝特征必须固有地具有比相应的滚动构件更大的半径，以防止卡滞。该径向间隙提供了极小的窜动量，使滚动构件在反向(reversing)扭转载荷作用下在其相应的扇贝内来回摇摆。为了耦合，每个滚动构件都为三点接触，一个接触点是主组件套环中孔的底部，第二个接触点是工具轴承座圈中扇贝的底部，第三个接触点位于锥形活塞凸轮上。这三个接触点位于同一平面上，相隔约120度，尽管活塞或推进滚动构件的其他机构上的接触点不承受显著的扭转耦合载荷。该三点接触方案再加上均匀的微小间隙，足以在工具更换器中产生有害的扭转窜动。
[0010]本说明书的背景部分旨在将本专利技术的实施例置于技术和操作语境中，以帮助本领域技术人员理解其范围和实用性。除非明确认定，否则其中的任何陈述都不得仅由于在其包含在背景部分中而被认为是现有技术。
技术实现思路
[0011]为了使本领域的技术人员基本理解，以下给出本专利技术的简单概要。该概要不是对本公开的广泛概述，并且不旨在认定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。本概要的唯一目的是以简化的形式呈现本文公开的一些概念，作为后面呈现的更详细描述的前序。
[0012]根据本文描述和要求保护的一个或多个实施例，在工具组件中轴承座圈的滚动构件的接触点处和主组件中孔的相对内表面的至少一个、优选双方中，形成交叉接触凹部形式的扇贝状特征。交叉接触凹部的尺寸和形状适于容纳滚动构件，但具有垂直于滚动构件在扭转窜动时的运动而不接触滚动构件的中心空隙或沟道。交叉接触凹部在中心空隙的任意一侧的接触区域与滚动构件接触。这些接触区域对滚动构件施加两个单独的接触力，这两个接触力都朝向滚动构件的中心，并因此用于防止滚动构件在交叉接触凹部内的侧向移动或摇摆，从而基本消除机器人工具更换器的扭转窜动。
[0013]一个实施例涉及机器人工具更换器。该机器人工具更换器包括具有轴承座圈的工具组件。该机器人工具更换器还包括具有多个孔的主组件。每个孔配置为包含滚动构件。所述主组件还包括驱动机构，所述驱动机构被配置为使所述滚动构件抵靠所述轴承座圈的表面以使所述主组件和所述工具组件耦合，并且允许所述滚动构件缩回以拆开所述主组件和所述工具组件。在每个孔的内表面和轴承座圈上的多个位置中的至少一个包括交叉接触凹部，该交叉接触凹部被配置为当主组件和工具组件耦合时收纳滚动构件。每个交叉接触凹部包括尺寸和形状适于容纳滚动构件的凹部和与滚动构件不接触的中心空隙。交叉接触凹
部在中心空隙的两侧的两个接触区域与滚动构件接触。
[0014]另一个实施例涉及一种使机器人工具更换器的主组件和工具组件耦合的方法。移动主组件使其与工具组件抵接。移动设置在主组件中的孔中的多个滚动构件使其与工具组件中的轴承座圈接触。将每个滚动构件收纳在形成在每个孔的内表面和轴承座圈上的多个相应位置中至少一个中的交叉接触凹部中。每个交叉接触凹部包括尺寸和形状适于容纳滚动构件的凹部和与滚动构件不接触的中心空隙，使得交叉接触凹部在中心空隙的两侧的两个接触区域与滚动构件接触。
附图说明
[0015]下面参照附图更全面地描述本专利技术，附图示出本专利技术的实施例。然而，不应本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种机器人工具更换器，其特征在于包括：工具组件，其包括轴承座圈；主组件，其包括多个孔以及驱动机构，每个孔配置为包含滚动构件，所述驱动机构配置为使所述滚动构件抵靠所述轴承座圈以使所述主组件和所述工具组件耦合，并允许所述滚动构件缩回以拆开所述主组件和所述工具组件；其中，在每个孔的内表面和所述轴承座圈上的多个位置中的至少一个包括交叉接触凹部，该交叉接触凹部被配置为当所述主组件和所述工具组件耦合时收纳滚动构件；其中，每个交叉接触凹部包括尺寸和形状适于容纳滚动构件的凹部和与所述滚动构件不接触的中心空隙，使得所述交叉接触凹部在两个接触区域与所述滚动构件接触，在所述中心空隙的两侧各有一个接触区域。2.根据权利要求1所述的机器人工具更换器，其中，所述滚动构件为球形，并且其中每个交叉接触凹部包括半径与相应的滚动构件基本相同的相应圆柱形或球形凹部，所述圆柱形或球形凹部具有中心空隙。3.根据权利要求1所述的机器人工具更换器，其中，所述滚动构件为球形，并且其中每个交叉接触凹部包括比相应的滚动构件半径深的凹部或沟道，使得所述滚动构件在两个点与所述凹部或沟道接触，这两个点分别在所述中心空隙的两侧。4.根据权利要求1所述的机器人工具更换器，其中，每个孔的内表面和所述轴承座圈上的相应的多个位置都包括交叉接触凹部。5.根据权利要求1所述的机器人工具更换器，其中，当所述主组件和所述工具组件耦合时，一起收纳每个滚动构件的两个交叉接触凹部对该滚动构件施加四...
【专利技术属性】
技术研发人员：B，
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：
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