一种机器人工具更换器包括主组件和工具组件。当主组件和工具组件耦合时，滚动构件从主组件突出并接触形成在工具组件的轴承座圈中的多个切口的相对的倾斜表面。通过将多个切口的相对的倾斜表面与滚动构件接触，消除或最小化主组件和工具组件之间的扭转游隙。小化主组件和工具组件之间的扭转游隙。小化主组件和工具组件之间的扭转游隙。
【技术实现步骤摘要】
具有增加扭转刚度的机器人工具更换器耦合机构
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年9月22日提交的名称为“Robotic Tool Changer Coupling Mechanism with Increased Torsional Stiffness”美国专利申请号17/027,931的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
[0003]本专利技术总体上涉及机器人工具更换器，并且具体地涉及具有实现增加扭转刚度和减少游隙(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不可或缺的一部分。无论是在洁净室中将半导体晶片从一个处理室转移到另一个处理室，还是在汽车制造厂的地板上切割和焊接钢材，机器人都能在恶劣的环境中不知疲倦地执行许多制造任务，并具有高精度和可重复性。
[0005]在许多机器人制造应用中，工业机器人的相当大的成本是通过提供可以耦合到通用机器人手臂的不同工具或末端执行器而分摊在各种任务中的。例如，在汽车制造应用中，机器人可用于在一个生产过程中切割、研磨或以其他方式成形金属零件，并且在另一个过程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，不同的焊接工具几何形状可以有利地与特定机器人配合以在不同位置或以不同取向执行焊接任务。
[0006]在这些应用中，机器人工具更换器用于将不同的工具配合到机器人。工具更换器的一半(称为主组件)永久固定到机器人手臂。另一半(称为工具组件)固定到机器人可以使用的每个工具。当机器人控制器将机器人手臂末端的主组件与装配到所需工具的工具组件对准时，它会引导主组件机械耦合到工具组件，从而将工具装配到机器人。机器人工具更换器还有助于为工具提供公用设施，例如电流、气压、液压流体、冷却水等，以及将数据从一些工具传回机器人控制器。
[0007]球锁构造通常部署在机器人工具更换器中作为耦合机构。在一种这样的构造中，多个滚动构件(例如钢球)包含在主组件的衬圈中，该衬圈设置在工具组件的腔室内。球被径向驱动，例如通过推进活塞，并且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。为了解耦，活塞缩回，并且当主组件与工具组件分离时，球退回到衬圈中。在美国专利号8,005,570；8,132,816；8,209,840；8,500,132；8,533,930；8,601,667；8,794,418；9,151,343；9,724,830；和10,335,957中描述了这种球锁构造的各种构造、驱动机构和操作方面。所有这些专利均已转让给本申请的受让人，并且所有这些专利的公开内容均通过引用整体并入本文。
[0008]为了球锁机构与工具组件轴承座圈的正确机械耦合以及装配到主组件和工具组件的公用设施传递模块的耦合，主组件和工具组件之间需要对准。这种对准通常通过主组件上的一个或多个对准销来完成，该对准销与工具组件中的相应对准套管接合。此外，当机
器人运行时，这些对准销和套管还为耦合的工具提供扭转刚度。为防止卡住，对准销与其相关联的对准套管之间需要有少量的径向间隙。这种微小间隙是工具更换器中旋转游隙的主要来源，它对位置重复性和扭转刚度产生负面影响。这种影响在大型手臂工具末端中被放大，并且可能导致每个末端执行器的工作点出现不希望的变化或位置误差。游隙还会导致装配到工具更换器的电信号模块出现问题，因为允许主侧和工具侧的接触销相对于彼此移动，可能导致间歇性信号丢失。它还可能引起前后移位过度磨损，从而导致过早失效。
[0009]为了减少扭转游隙，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处加工出球形或圆柱形凹穴，在本文中称为“贝壳(scallops)”。这些特征减少了游隙，但不会消除游隙。已知设计的一个缺点是贝壳特征必须固有地具有比它们相应的滚动构件更大的半径，以防止卡住(bind)。这种径向间隙为滚动构件在反向扭转载荷下在其各自的贝壳内前后滚动提供了极小的自由度。出于耦合的目的，每个滚动构件处于3点接触，一个接触点是主组件衬圈中孔的底部，第二个接触点是工具轴承座圈中贝壳的底部，第三个点位于锥形活塞凸轮上。这三个接触点位于同一平面上并且以大约120度间隔开，尽管推进滚动构件的活塞或其他机构上的接触点不承载显著的扭转耦合载荷。这种3点接触方案，结合微间隙，足以在工具更换器中产生有害的扭转游隙。
[0010]提供本文的背景部分以将本专利技术的实施例置于技术和操作上下文中，以帮助本领域技术人员理解它们的范围和效用。除非明确指出，否则本文中的任何陈述都不能仅通过将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]下面给出本公开的简化概要，以便为本领域技术人员提供基本的理解。该概要不是对本公开的广泛概述并且不旨在识别本专利技术实施例的关键/必要元素或描绘本专利技术的范围。本概要的唯一目的是以简化形式呈现本文公开的一些概念，作为稍后给出的更详细描述的前序。
[0012]所公开的机器人工具更换器被构造为减少或最小化扭转游隙并提高扭转刚度。如上所述，当机器人工具更换器的主组件和工具组件耦合时，扭转刚度通常很弱，这导致围绕工具更换器的z轴的游隙。为了解决扭转刚度问题，工具组件的轴承座圈设有多个沿周向间隔开的贝壳状切口或凹穴。每个切口包括谷部和相对的倾斜表面，即谷部两侧的倾斜表面。在一个实施例中，通过迫使多个滚动构件与目标切口的相对的倾斜表面接触来耦合主组件和工具组件。即，一些滚动构件接触多个切口的倾斜表面之一，而其他滚动构件接触其他切口的相对倾斜表面。因此，所得滚动构件
‑
倾斜表面接触防止或最小化主组件和工具组件之间的相对旋转。
[0013]在一个实施例中，贝壳状切口围绕轴承座圈等距间隔开。滚动构件和切口之间的未对准是通过改变主组件中的滚动构件
‑
孔模式来实现的。与切口不同，主组件中的所有孔都不是等距间隔开的。两对对准孔相对于目标切口的位置略微偏斜。这导致这两对孔的滚动构件接触多个切口的相对的倾斜表面。
[0014]通过对以下描述和附图的研究，本专利技术的其他目的和优点将变得明显和显而易见，附图仅用于说明本专利技术。
附图说明
[0015]下面将参考附图更全面地描述本专利技术，其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在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并将本专利技术的范围充分传达给本领域技术人员。相同的数字始终指代相同的元件。
[0016]图1是机器人工具更换器的立体图。
[0017]图2是处于耦合状态的机器人工具更换器的截面图。
[0018]图3A是示出主组件的环形衬圈和工具组件的轴承座圈的立体图。
[0019]图3B是在轴承座圈中发现的贝壳状切口之一的放大图。
[0020]图3C是示出环形衬圈和轴承座圈的立体图，并且还示出了包含在形成于环形衬圈中的孔中的滚动构件接触轴承座圈中切口的倾斜表面。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种机器人工具更换器，包括：工具组件，其包括：轴承座圈；形成在所述轴承座圈中的多个周向间隔开的贝壳状切口，每个切口包括谷部和相对倾斜表面；主组件，其包括：一排孔，每个孔被构造为包含一个滚动构件；驱动机构，其被构造为迫使所述滚动构件进入所述切口以使所述主组件和工具组件耦合，并且允许所述滚动构件缩回以使所述主组件和工具组件解耦；其中所述孔中的多个孔和其中的滚动构件与所选切口未对准；并且其中当所述主组件和工具组件耦合时，所述多个孔和所选切口被构造为通过使多个滚动构件在所述切口中呈现偏置位置并且接触所述切口的相对倾斜表面来减少所述工具组件相对于所述主组件旋转的趋势。2.根据权利要求1所述的机器人工具更换器，其中所述切口的谷部包括中心点，并且其中当所述主组件和工具组件耦合时，所述多个滚动构件不接触所述谷部的中心点。3.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具更换器，其中：所述多个孔包括第一对对准孔和第二对对准孔；其中所述第一对对准孔包括一对对准滚动构件，其中该对滚动构件中的每一个都接触一对相对切口的右倾斜表面；并且其中所述第二对对准孔包括一对对准滚动构件，其中该对滚动构件中的每一个都接触一对相对切口的左倾斜表面。4.根据权利要求3所述的机器人工具更换器，其中所述滚动构件和所述切口的倾斜表面之间的接触点与连接参考线一起形成大致“X”形。5.根据权利要求4所述的机器人工具更换器，其中所述第一对孔的中心轴线与所述工具更换器上的10点钟和4点钟位置大致对准；并且其中所述第二对孔的中心轴线与所述工具更换器上的8点钟和2点钟位置大致对准。6.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具更换器，其中所述多个切口围绕所述轴承座圈等距间隔开；其中所述多个孔形成在形成所述主组件的一部分的环形衬圈中；并且其中所述多个孔不是都围绕所述环形衬圈等距间隔开，因为一些孔相对于所述轴承座圈中的相对切口偏斜，这引起多个滚动构件与相对切口的未对准。7.一种耦合机器人工具更换器的主组件和工具组件的方法，包括：将设置在所述主组件中的孔中的多个滚动构件朝向形成在所述工具组件的轴承座圈中的多个贝壳状切口移动，每个贝壳状切口包括谷部和相对的倾斜表面；通过使所述滚动构件与所述切口未对准并且使所述倾斜表面与所述滚动构件接触使得所述滚动构件相对于所述切...
【专利技术属性】
技术研发人员：D，
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：
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。