一种被动柔顺装置的制作方法

本发明涉及一种自动装配装置，具体是一种被动柔顺装置。

背景技术：

随着工业自动化的发展，自动装配已广泛应用于工业生产中，其中又以轴孔类零件自动装配为主。用于自动装配的装配机器人为工业机器人中的一类，区别于普通工业机器人，装配机器人末端都配备有柔顺装置。被动柔顺装置由于其使用方便、柔顺范围较大，同时对机器人控制系统要求较低而广泛应用于工业生产中。当今应用最多的被动柔顺机构为RCC(Remote Center Compliance)机构。美国专利4098001利用金属弹性元件作为弹性体连接于上下平台之间，根据弹性元件安装分布方式不同可使机构具有不同位置的柔顺中心，但由于金属弹性元件变形能力较小，为了获得较大的柔顺位移通常需要使用的金属弹性件尺寸较大，从而造成了被动柔顺装置结构尺寸较大，不便于使用。为了改善上述被动柔顺装置的柔顺性能，其中的金属弹性元件被替换为橡胶金属层叠杆件(Elastomer Shear Pad,ESP)，而该结构也是当今商用产品结构。但由于ESP弹性件自身非线性的特性及ESP生产中难以保证所有产品性能的一致性，造成了该被动柔顺机构的柔顺性能受到了一定影响；同时，该被动柔顺机构所能承受的轴向力较小，无法完成轴向力需求较大的安装任务。美国专利67926899B2提出增加轴向限位杆，用于完成初步柔顺对位后的轴向力的提供及承受；但限位杆的存在限制了柔顺装置的柔顺范围，使得该装置仅能适用于柔顺范围需求较小的装配工作中。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种被动柔顺装置。该装置具有柔顺范围大、解耦性能好、便于更换弹性元件及中间连接件以调整剪切刚度、弯曲刚度及柔顺中心位置。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种被动柔顺装置，包括上连接板、下连接板和法兰连接块；所述上连接板的上表面设计有法兰连接端口；所述法兰连接块安装于下连接板上；其特征在于该装置还包括三组弹性组件单元；三组弹性组件单元均匀地布置在上连接板和下连接板之间；三组弹性组件单元的结构和连接方式完全相同；

所述弹性组件单元包括定位销、两块倾角连接板、两块底板、一组橡胶弹簧单元和两组压缩弹簧单元；两块倾角连接板分别与上连接板和下连接板连接，定位销用于限定倾角连接板与上连接板和下连接板之间的位置关系；两块底板分别安装于各自的倾角连接板上，定位销用于限定底板与倾角连接板之间的位置关系；所述橡胶弹簧单元位于弹性组件单元的中间位置；所述橡胶弹簧单元由两个金属固定端与一个聚氨酯橡胶弹簧构成，聚氨酯橡胶弹簧的两端分别与一个金属固定端连接；两个金属固定端分别安装于各自的底板上；所述压缩弹簧单元为结构和连接方式完全相同的两组，安装于底板上并对称布置于弹性组件单元的两端；

所述压缩弹簧单元包括与上连接板连接的上段、与下连接板连接的下段和压缩弹簧组件；所述压缩弹簧组件的两端分别与上段和下段连接；上段和下段的结构完全相同；所述上段包括支板、右旋扭转弹簧固定套、右旋扭转弹簧、铜套、旋转轴、外旋转框架、左旋扭转弹簧、左旋扭转弹簧固定套和内旋转框架；所述压缩弹簧组件包括滑动导块、压缩弹簧和下固定块，所述压缩弹簧的两端分别与滑动导块的一端和下固定块的一端连接；所述滑动导块的另一端安装于上段的内旋转框架的中心通孔内，能够沿中心通孔上下滑动；所述下固定块的另一端安装于下段的内旋转框架内；两个支板固定于底板上，对称布置；两个铜套安装于各自的支板上；外旋转框架的左右两侧分别通过两个旋转轴与两个铜套连接，连接铜套与外旋转框架的两个旋转轴的外端分别安装有右旋扭转弹簧和左旋扭转弹簧；外旋转框架的前后两侧分别通过两个旋转轴与内旋转框架连接；连接内旋转框架与外旋转框架的两个旋转轴的外端分别安装有右旋扭转弹簧和左旋扭转弹簧；右旋扭转弹簧固定套分别固定于支板和外旋转框架上，位于旋转轴轴端；左旋扭转弹簧固定套分别固定于支板和外旋转框架上，位于旋转轴轴端；右旋扭转弹簧的一端与旋转轴连接，另一端与右旋扭转弹簧固定套连接；左旋扭转弹簧的一端与旋转轴连接，另一端与左旋扭转弹簧固定套连接。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：本发明采用压缩弹簧与橡胶弹簧相结合的方式构建该被动柔顺装置的弹性组件单元，使得该被动柔顺装置在保证具有较好的横向变形柔顺能力及弯曲变形柔顺能力的基础上，通过更换压缩弹簧能够灵活的调整其轴向承载能力，使得该被动柔顺装置能够用于轴向安装力需求较大的工况(例如：轴孔过盈配合装配)。压缩弹簧组件安装于由旋转轴和支板及外旋转框架与旋转轴和外旋转框架及内旋转框架所构成的类虎克铰底座上，该虎克铰底座保证了被动柔顺装置具有更好的解耦性，有利于完成装配工作；用于连接弹性组件单元与上连接板及下连接板的倾角连接板更换方便，便于调整弹性组件单元的安装倾角，以改变被动柔顺装置的柔顺中心位置，使得该被动柔顺装置能够适用于多种长度的轴类零件安装。同时，压缩弹簧组件中的右旋扭转弹簧和左旋扭转弹簧可进行更换，以调整被动柔顺装置的剪切刚度和柔顺中心位置。

附图说明

图1为本发明被动柔顺装置一种实施例的整体结构轴测示意图；

图2为本发明被动柔顺装置一种实施例的A-A方向剖视结构示意图；

图3为本发明被动柔顺装置一种实施例的D-D方向剖视结构示意图；

图4为本发明被动柔顺装置一种实施例的B-B方向剖视结构示意图；

图5为本发明被动柔顺装置一种实施例的C-C方向剖视结构示意图；(图中：1、上连接板；2、弹性组件单元；3、下连接板；4、法兰连接块；5、定位销；6、倾角连接板；7、底板；8、支板；9、右旋扭转弹簧固定套；10、右旋扭转弹簧；11、铜套；12、旋转轴；13、外旋转框架；14、压缩弹簧组件；14.1、滑动导块；14.2、压缩弹簧；14.3、下固定块；15、左旋扭转弹簧；16、左旋扭转弹簧固定套；17、橡胶弹簧单元；17.1、金属固定端；17.2、聚氨酯橡胶弹簧；18、内旋转框架；19、压缩弹簧单元)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种被动柔顺装置(参见图1-3，简称装置)，包括上连接板1、三组弹性组件单元2、下连接板3和法兰连接块4；

所述上连接板1的上表面设计有法兰连接端口，用于外接机械手臂末端等执行装置末端，以驱动该被动柔顺装置完成装配任务；所述法兰连接块4通过内六角螺丝安装于下连接板3上，法兰连接块4用于外接三爪卡盘等夹紧装置，以夹紧待安装件；三组弹性组件单元均匀地布置在上连接板1和下连接板3之间，三组弹性组件单元之间夹角为60°；三组弹性组件单元的结构和连接方式完全相同；

所述弹性组件单元2包括定位销5、两块倾角连接板6、两块底板7、一组橡胶弹簧单元17和两组压缩弹簧单元19；两块倾角连接板6通过内六角螺丝分别与上连接板1和下连接板3连接，定位销5用于限定倾角连接板6与上连接板1和下连接板3之间的位置关系，保证弹性组件单元2的安装半径保持不变；两块底板7通过内六角螺丝分别安装于各自的倾角连接板6上，定位销5用于限定底板7与倾角连接板6之间的位置关系，保证其安装精度；所述橡胶弹簧单元17位于弹性组件单元2的中间位置；所述橡胶弹簧单元17由两个金属固定端17.1与一个聚氨酯橡胶弹簧17.2构成，聚氨酯橡胶弹簧17.2的两端分别与一个金属固定端17.1连接；两个金属固定端17.1通过内六角螺丝分别安装于各自的底板7上；所述压缩弹簧单元19为结构和连接方式完全相同的两组，通过内六角螺丝安装于底板7上并对称布置于弹性组件单元2的两端，采用该种对称布置方式使得弹性组件单元2在承受各方向的力和力矩时能够具有相同的柔顺性能；橡胶弹簧单元17可根据使用要求进行更换，以调整被动柔顺装置的柔顺性能和柔顺中心位置；

所述压缩弹簧单元19包括与上连接板1连接的上段、与下连接板3连接的下段和压缩弹簧组件14；所述压缩弹簧组件14的两端分别与上段和下段连接；上段和下段的结构完全相同；所述上段包括支板8、右旋扭转弹簧固定套9、右旋扭转弹簧10、铜套11、旋转轴12、外旋转框架13、左旋扭转弹簧15、左旋扭转弹簧固定套16和内旋转框架18；所述压缩弹簧组件14包括滑动导块14.1、压缩弹簧14.2和下固定块14.3，所述压缩弹簧14.2的两端通过焊接的方式分别与滑动导块14.1的一端和下固定块14.3的一端连接；所述滑动导块14.1的另一端安装于上段的内旋转框架18的中心通孔内，能够沿中心通孔上下滑动；所述下固定块14.3的另一端通过内六角螺丝安装于下段的内旋转框架18内；两个支板8通过内六角螺丝固定于底板7上，对称布置；两个铜套11安装于各自的支板8上，二者过盈配合；外旋转框架13的左右两侧分别通过两个旋转轴12与两个铜套11连接，连接铜套11与外旋转框架13的两个旋转轴12的外端分别安装有右旋扭转弹簧10和左旋扭转弹簧15；外旋转框架13的前后两侧分别通过两个旋转轴12与内旋转框架18连接；连接内旋转框架18与外旋转框架13的两个旋转轴12的外端分别安装有右旋扭转弹簧10和左旋扭转弹簧15；右旋扭转弹簧固定套9通过内六角螺丝分别固定于支板8和外旋转框架13上，位于旋转轴12轴端；左旋扭转弹簧固定套16通过内六角螺丝分别固定于支板8和外旋转框架13上，位于旋转轴12轴端；右旋扭转弹簧10的一端与旋转轴12连接，另一端与右旋扭转弹簧固定套9连接；左旋扭转弹簧15的一端与旋转轴12连接，另一端与左旋扭转弹簧固定套16连接；旋转轴12用于连接支板8与外旋转框架13以及内旋转框架18与外旋转框架13，形成类虎克铰结构，使得压缩弹簧单元19能够承受多方向的力或力矩；右旋扭转弹簧10和左旋扭转弹簧15为双向弹性阻尼结构，用于调整压缩弹簧单元19的剪切刚度；当压缩弹簧单元19一端固定，另一端承受横向力时，压缩弹簧单元19中的压缩弹簧组件14将带动旋转轴12旋转，由于压缩弹簧组件14的剪切刚度和弯曲刚度远大于右旋扭转弹簧10和左旋扭转弹簧15的扭转刚度，保证了压缩弹簧组件14的横向变形性能。通过更换压缩弹簧组件14中的压缩弹簧14.2，以调整被动柔顺装置的压缩刚度和柔顺中心位置。压缩弹簧单元19中的右旋扭转弹簧10和左旋扭转弹簧15可进行更换，以调整被动柔顺装置的剪切刚度和柔顺中心位置。通过更换不同倾斜角度的倾角连接板6可改变弹性组件单元2的安装角度，从而改变被动柔顺装置柔顺中心。

本发明被动柔顺装置的工作原理和工作流程是：利用该被动柔顺装置进行轴孔类零件装配时，先将装置通过上连接板1的法兰连接端口安装于执行设备末端(例如机械手臂末端)，并将加持待安装件的卡盘安装于法兰连接块4上。使用该装置进行轴孔装配和类轴孔装配作业时，其装配过程通常可分为四个阶段，即：接近阶段、倒角过渡阶段，一点接触阶段和两点接触阶段。

接近阶段是机器人或其他操作平台将该装置和被装配件(轴或类似件)送向待安装件的过程，该过程将使得被安装件尽量的接近待安装件的中心或倒角；倒角过渡阶段是被安装件在机器人或其他操作平台提供的驱动力下，借助该装置的柔顺性以通过倒角部分；

在倒角过渡阶段，当被装配件倒角与待安装件倒角相接触时产生的接触力可为轴向接触力和横向接触力，由于弹性组件单元2的轴向刚度相比于剪切刚度大(至少5倍以上)，因此，轴向力所产生的变形较小，甚至可以忽略不计，而弹性组件单元2在横向力作用下使得聚氨酯橡胶弹簧17.2产生剪切变形，同时由于压缩弹簧14.2的刚度远大于右旋扭转弹簧10和左旋扭转弹簧15的刚度，使得弹性组件单元2中的类虎克铰产生转动，从而使得弹性组件单元2产生横向移动，即产生被动柔顺能力，使得被装配件滑入待安装件孔中；

一点接触阶段与倒角过渡阶段类似，此时只有倒角消失位置一点与轴侧面相接触，其在机器人或类似执行装置驱动下继续利用该装置的柔顺性下移；当轴或类似件位置下降到一定深度时，其底端也将与孔的内壁相接触，而此时装配便进入了两点装配阶段；

在进入两点接触阶段后，被动柔顺装置中的弹性组件单元2在弯矩作用下将提供角度调整功能，使得被装配件在待安装件孔中不出现“堵塞”或“楔入”的状况，进而装配能够继续进行。当装配进入两点接触阶段在经过该装置的调整后，装配过程有可能会重新回归一点接触阶段，而后该装置将继续进行调整直至装配完成。

本发明未述及之处适用于现有技术。