一种面向抓取与螺纹装配的末端执行器及其使用方法

本发明属于机器人末端执行器领域，涉及一种面向抓取与螺纹装配的末端执行器及其使用方法。

背景技术：

目前，自动化技术已应用于工业、医疗、军工等多种场合，其中为实现工件装配的自动化，多采用专用的机器人末端夹持工具。对于需要进行螺纹装配的场合则需要专门的螺纹装配工具，涉及到装配不同规格螺栓螺母的场合需要使用不同的螺丝批头或套筒。要实现工件夹持、螺纹装配、螺丝批头更换等功能就需要多台机器人配合不同的末端执行器实现，这样使得自动化装配的工作空间较大，整个装配系统的故障率较高，增加了自动化装配系统的安装与维护成本。为提高自动化装配末端执行器的集成化程度，降低自动化装配的成本，提出一种面向抓取与螺纹装配的末端执行器。

技术实现要素：

针对现有的技术需求，本发明提供一种面向抓取与螺纹装配的末端执行器，以实现工件夹取、螺纹装配、装配过程中批头自动更换功能。该末端执行器结构紧凑，集成度高，有效提高自动化装配的效率，降低装配成本。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:

一种面向抓取与螺纹装配的末端执行器，包括支撑组件、电批、电批升降台机构、螺纹装配夹持器、壳体组件。

所述支撑组件对末端执行器的各零件起到连接和支撑的作用，包括法兰连接盘、连接板、支撑板。所述法兰连接盘一面与连接板固接，另一边与机械臂末端相配合，通过螺栓固定。所述连接板共两个，起到连接与支撑额作用，两端分别与连接盘、支撑板通过螺栓固接。所述支撑板主要用于固定螺纹装配夹持器，其上加工有一定数量的槽，可灵活调节螺纹装配夹持器距离中心的位置。

所述螺纹装配夹持器共有三组，分别通过螺栓与垫块固接在支撑板上，所述垫块用于防止螺纹装配夹持器底部螺栓与支撑板干涉，所述三组螺纹装配夹持器分别用于批头更换、螺栓夹持、工件夹持等任务。

所述电批升降台机构用于带动电批做往复运动，包括同步带、3m同步带轮、法兰轴、伺服电机、电机连接件、滑台固定支架、2mm导程丝杆、滑台滑轨、滑块。所述同步带与3m同步带轮配合起到传动作用。所述3m同步带轮共有两个，分别安装在法兰轴与2mm导程丝杆上，安装在法兰轴的3m同步带轮通过同步带将动力传至安装在2mm导程丝杆的3m同步带轮，从而带动2mm导程丝杆转动。所述法兰轴通过螺栓固定在伺服电机上，同时与3m同步带轮配合，用于输出伺服电机的扭矩。所述伺服电机通过电机连接件固定在滑台滑轨，用于输出扭矩带动2mm导程丝杆转动。所述电机连接件一端固定在滑台滑轨，另一端与伺服电机固接，起到固定电机的作用。所述滑台固定支架起到连接与固定作用，分别与连接板和滑台滑轨通过螺栓固接。所述2mm导程丝杆一端与3m同步带轮配合，起到扭矩传递与改变运动方向的作用，通过旋转可使滑块上下运动。所述滑台滑轨主要用于支撑2mm导程丝杆，并为滑块提供约束，使滑块沿与2mm导程丝杆平行方向运动。所述滑块通过2mm导程丝杆驱动，与滑台电批连接件通过螺栓固接。

所述航空插头座通过螺栓与两个连接板固接，其中间部分与航空插头通过螺栓固接，用于对航空插头的固定。由于面向抓取与螺纹装配的末端执行器整体具有7个伺服电机以及一个电批，连接导线繁多复杂，所述航空插头可以起到方便线材连接的作用。

所述壳体组件包括护罩上壳体与护罩下壳体，起到约束线材、保护电批升降台机构免受环境干扰以及美观的作用。

一种面向抓取与螺纹装配的末端执行器的使用方法，包括以下步骤：

第一步，电批在电批升降台机构的配合下执行复位操作，同时根据伺服电机的电流以及编码器反馈值判定电批是否已经到达零点。

第二步，电批到达零点后，通过程序驱动电批升降台机构带动电批移动到指定位置等待更换批头。

第三步，三组螺纹装配夹持器中有一组负责批头安装与更换的，由该组螺纹装配夹持器从批头库抓取合适的批头并安装在电批上。

第四步，三组螺纹装配夹持器中有一组负责螺栓夹取，该组螺纹装配夹持器夹取螺栓，放置到电批的批头上，批头具有磁性可以吸附螺栓。

第五步，三组螺纹装配夹持器中有一组负责工件辅助固定，该组螺纹装配夹持器夹紧工件，同时令工件的螺纹孔与电批的批头上的螺栓对齐。

第六步，保持工件固定，启动电批开始旋转螺栓，同时电批升降台机构带动电批移动，直至螺栓旋紧，螺纹装配任务结束。

一种面向抓取与螺纹装配的末端执行器除具备螺纹装配功能外还可作为三指机械手使用，可用于较大体积工件的夹取。

本发明的有益效果为：

本发明的面向抓取与螺纹装配的末端执行器机构设计合理，安装简单、控制稳定，具备不同规格螺纹装配与工件夹取的功能，节约设备安装空间与安装维护成本。

附图说明

图1为面向抓取与螺纹装配的末端执行器整体图；

图2为面向抓取与螺纹装配的末端执行器爆炸图；

图3为电批升降台机构轴测图；

图4为电批升降台机构爆炸图前视图；

图5为电批升降台机构爆炸图后视图；

图6为末端执行器用作三指夹爪示意图。

图中：1法兰连接盘；2护罩上壳体；3连接板；4护罩下壳体；5垫块；6支撑板；7螺纹装配夹持器；8同步带；93m同步带轮；10法兰轴；11电批；12伺服电机；13电机连接件；14滑台固定支架；15航空插头；162mm导程丝杆；17滑台滑轨；18航空插头座；19滑块；20滑台电批连接件。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明进行详细阐述。

如图1-图5所示，一种面向抓取与螺纹装配的末端执行器主要由支撑组件、电批11、电批升降台机构、螺纹装配夹持器7、壳体组件组成。其中，支撑组件包括法兰连接盘1、连接板3、支撑板6；电批升降台机构包括同步带8、3m同步带轮9、法兰轴10、伺服电机12、电机连接件13、滑台固定支架14、2mm导程丝杆16、滑台滑轨17、滑块19。壳体组件包括护罩上壳体2与护罩下壳体4。

法兰连接盘1中间均布有沉头孔，通过螺栓与两个连接板3固接，法兰连接盘1边沿均布通孔，用于与机械臂末端通过螺栓固定。连接板3共两个，为节省安装空间，连接板3采用z型结构，主要起到连接与支撑额作用，两端分别与连接盘1、支撑板6通过螺栓固接，中间攻有螺纹孔，用于固定滑台固定支架14与航空插头座18。支撑板6主要对三组固定螺纹装配夹持器7起到固定与支撑作用，中间部分切除以便电批11可以穿过，支撑板6上分布有一定数量的槽，可灵活调节螺纹装配夹持器7距离中心的位置，同时可作为伺服电机12导线的过线槽。

螺纹装配夹持器7共有三组，分别通过螺栓与垫块5固接在支撑板6上，垫块5使螺纹装配夹持器7与支撑板6留有一定间隙，用于防止螺纹装配夹持器7底部螺栓与支撑板6干涉以及穿过伺服电机12的导线，三组螺纹装配夹持器7均由嵌入式硬件平台进行控制，以实现批头更换、螺栓夹持、工件夹持等功能。

同步带8与3m同步带轮9配合起到传动作用，在2mm导程丝杆16运转异常突然停转时，同步带可以避免机械配合导致碰撞磨损，增加系统的安全性。3m同步带轮9共有两个，分别安装在法兰轴10与2mm导程丝杆16上，这里使用3m同步带轮可以在精确传动的同时减小传动结构所占的体积，安装在法兰轴10的3m同步带轮9通过同步带8将动力传至安装在2mm导程丝杆16的3m同步带轮9，从而带动2mm导程丝杆16转动。法兰轴10圆周均布通孔可通过螺栓固定在伺服电机12上，中间加工有凸台与3m同步带轮9配合，用于传递伺服电机12的扭矩。伺服电机12将驱动器与电机集成为一体，体积小巧易于控制，伺服电机12通过电机连接件13固定在滑台滑轨17上，通过输出扭矩带动2mm导程丝杆16转动，进而使电批11移动。电机连接件13为使用铝合金加工的直角连接件，其一端通过螺栓固定在滑台滑轨17，另一端与伺服电机12固接，起到固定电机的作用。滑台固定支架14起到连接与固定作用，分别与连接板3和滑台滑轨17通过螺栓固接。2mm导程丝杆16通过滑台滑轨17上的轴承支撑，一端与3m同步带轮9配合，起到扭矩传递与改变运动方向的作用，同时可以放大伺服电机12的输出扭矩。滑台滑轨17为保证强度采用钢材加工，主要用于支撑2mm导程丝杆16，并为滑块19提供约束，使滑块19沿与2mm导程丝杆16平行方向运动。滑块19采用钢材加工，与滑台电批连接件20通过螺栓固接，沿与2mm导程丝杆16平行方向运动。

航空插头15采用12芯插头，使线材易于管理，将电批11与伺服电机12的485通信线与电源线连接至电控箱。航空插头座18采用工字型结构，安装于两个连接板3中间，用于对航空插头15的固定。

由于没有强度需求且考虑到减轻整个末端执行器的重量，采用树脂材料制作护罩上壳体2与护罩下壳体4，护罩上壳体2与护罩下壳体4各有两个，其中两个护罩上壳体2在对接开孔以供航空插头布线。

电批11在电批升降台机构的配合下执行复位操作，同时根据伺服电机12的电流以及编码器反馈值判定电批11是否已经到达零点。电批11到达零点后，通过程序驱动电批升降台机构带动电批11移动到指定位置等待更换批头。三组螺纹装配夹持器7中有一组负责批头安装与更换的，由该组螺纹装配夹持器从批头库抓取合适的批头并安装在电批11上。三组螺纹装配夹持器7中有一组负责螺栓夹取，该组螺纹装配夹持器夹取螺栓，放置到电批11的批头内部。三组螺纹装配夹持器7中有一组负责工件辅助固定，该组螺纹装配夹持器夹紧工件，同时令工件的螺纹孔与电批11的批头上的螺栓对齐。保持工件固定，启动电批11开始旋转螺栓，同时电批升降台机构带动电批11移动，直至螺栓旋紧，螺纹装配任务结束。

一种面向抓取与螺纹装配的末端执行器具备三组螺纹装配夹持器7，每一组螺纹装配夹持器7均可作为一个两指夹爪使用，可以夹取体积较小的工件，同时，三组螺纹装配夹持器7互相配合可作为三指机械手使用，图6中展示了面向抓取与螺纹装配的末端执行器作为三指机械手使用抓取工件的功能。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。