一种绳驱动二自由度打磨末端执行器的制作方法

本发明涉及机器人打磨特种加工领域，尤其是涉及一种绳驱动二自由度打磨末端执行器。

背景技术：

传统的对于机械打磨加工都是由人工利用打磨仪器进行半自动化打磨，由于打磨过程中会出现大量打磨后的粉尘、致使机械打磨的环境差，严重影响了工人的身体健康。同时人工手动控制打磨机械具有不确定性，导致了打磨精度的不可控。随着人工打磨的成本逐渐增加以及加工精度要求的不断提高，半自动化的打磨工艺的缺陷已经越来越明显。在这种发展趋势下，机器人打磨技术日益发展起来，六自由度的打磨加工机器人已经是逐渐成熟。然而对于一些需要打磨的特殊曲面和特征，六自由度机器人的运动可达空间有限的缺陷也凸显了出来。对于设计出能适用于更多打磨环境的打磨机器人，是时代发展的需要。

中国专利CN103639867A公开了一种对工件表面作打磨处理的机器人打磨机，它包括机架以及位于该机架顶部的工作台，工作台上安装有：用于抓取待打磨工件的六轴机械手、伺服电机、与伺服电机传动连接的抛光轮。该打磨机采用六轴机器人模拟产品轨迹和伺服电机驱动控制打磨轮相结合的技术，并配合自动供蜡及自动加湿功能，提高了产品的打磨精度，但是在打磨特殊曲面时，仍然存在可达空间有限的问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实现狭小空间条件打磨的绳驱动二自由度打磨末端执行器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种绳驱动二自由度打磨末端执行器，包括快换接头、控制模块、前连接块、绳索、十字联轴机构、后连接块、电机连接块、电机和打磨头，

所述的快换接头的一端与工业机器人连接，另一端与控制模块固定连接，

所述的控制模块内设十字联轴机构的驱动机构，该控制模块与前连接块、十字联轴机构、后连接块及电机连接块依次连接，

所述的绳索中间绕过驱动机构，两端连接在后连接块上，

所述的电机连接在电机连接块的一端，

所述的打磨头与电机的转动轴固定连接。

所述的十字联轴机构的驱动机构由固定在支架上的两组相互垂直设置的驱动组件构成，所述的驱动组件包括电机及转动轮，所述的电机固定在支架上，该电机的末端与转动轮连接驱动转动轮转动。

所述的电机为配有减速器和编码器的电机。

两组驱动组件中的转动轮的转动轴相互垂直。

所述的支架包括：

两块侧置的U型块：两端分别与端盖及前连接块连接，

两根支撑桁架：设置在两块U型块之间，

电机支撑架：架设在支撑桁架上，顶端固定连接电机。

所述的前连接块为开有连接用螺栓孔、通孔及绳索导向孔的凸型块，一端与控制模块相连，另一端与十字联轴结构通过螺栓固定连接。

所述的十字联轴机构由两块呈垂直交错设置的连接板、一个中间活动块及两根转动轴组成，两块连接板经转动轴与中间活动块连接。

所述的连接板为U字型板，侧板面上开设轴孔，所述的中间活动块为正八面体状结构，所述的转动轴通过轴孔连接中间活动板及连接块，两根转动轴呈相互垂直形成十字状结构，使机构具有两个相互垂直的转动自由度。通过十字联轴结构的设计为打磨机器人增加了2个相互垂直的平面自由度，这样的设计使得打磨机器人的末端打磨头可达位姿更灵活，也使打磨机器人的工作空间进一步扩大，同时实现了狭小空间条件下的打磨。

所述的绳索由两根钢丝绳组成，均布在十字联轴结构的外周，每根钢丝绳的中间分别绕过一个转动轮，两端固定在后连接块上。利用绳索驱动机构对十字联轴机构的二自由度进行控制，不仅精简了打磨末端的机构，降低了末端机构的重量，同时也使得本发明的末端执行器具有一定的柔顺性，进一步降低了打磨头在打磨物体时的刚性冲击。

所述的快换接头、控制模块、前连接块、后连接块和电机连接块的轴线重合，

所述的绳索的轴线与前连接块的轴线平行，

所述的十字联轴机构具有两个转动自由度，两个转动轴的轴线相互垂直且都垂直于前连接块及后连接块。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、打磨末端头位姿更加灵活、工作空间更加大；打磨机器人的适用范围更加广，填补了普通打磨机器人不能在一些狭小的特殊特征和曲面进行打磨的空缺。

2、打磨末端执行器重量更轻，打磨物体时打磨头能避免受刚性冲击的破坏。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为十字联轴结构的结构示意图；

图3为控制模块的结构示意图。

图中，1-快换接头、2-控制模块、201-螺栓、202-端盖、203-U型块、204-第一转动轮、205-第一电机支架、206-第一电机、207-第一支撑桁架、208-下螺栓组、209-第二支撑桁架、210-第二电机支架、211-第二电机、212-第二转动轮、213-上螺栓组、3-前连接块、4-绳索、41-第一钢丝绳、42-第二钢丝绳、5-十字联轴机构、501-第一U字型板、502-中间活动块、503-第二U字型板、504-第一转动轴、505-第二转动轴、506-第一连接螺栓、507-第二连接螺栓、6-后连接块、7-电机连接块、8-电机、9-打磨头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种绳驱动二自由度打磨末端执行器，其结构如图1所示，包括快换接头1、控制模块2、前连接块3、绳索4、十字联轴机构5、后连接块6、电机连接块7、电机8和打磨头9。其中，快换接头1的一端可与工业机器人末端连接，另一端与控制模块中的端盖202通过螺栓201连接，控制模块2内设十字联轴机构的驱动机构，该控制模块2与前连接块3、十字联轴机构5、后连接块6及电机连接块7依次连接，绳索4中间绕过驱动机构，两端连接在后连接块6上，电机8连接在电机连接块7的一端，打磨头9与电机8的转动轴固定连接。

快换接头1、控制模块2、前连接块3、后连接块6和电机连接块7的轴线重合；绳索4的轴线与前连接块3平行；电机8和打磨头9的转动轴线与后连接块6的轴线垂直。

十字联轴结构5的结构如图2所示，包括U型结构的第一连接板501、中间活动块502、第二连接板503、第一转动轴504、第二转动轴505。上述连接板的左右面板开有轴孔；中间活动块502是一个正八面体结构块，在其中4个面上开有轴孔。第一转动轴504、第二转动轴505通过轴孔分别将第一连接板501、第二连接板503连接到中间活动块502上，两根转动轴呈相互垂直形成十字状结构，使机构具有两个相互垂直的转动自由度，通过十字联轴结构的设计为打磨机器人增加了2个相互垂直的平面自由度，这样的设计使得打磨机器人的末端打磨头可达位姿更灵活，也使打磨机器人的工作空间进一步扩大，同时实现了狭小空间条件下的打磨。

在第一连接板501及第二连接板503上分别设有第一螺连接螺栓506和第二连接螺栓507，前连接块3是一个为开有连接用螺栓孔、通孔及绳索导向孔的凸型块，其一端与控制模块2相连，另一端与十字联轴结构5通过第二连接螺栓507连接，后连接块6通过第一连接螺栓506与十字联轴结构5连接。

控制模块2的结构如图3所示，其中包含了十字联轴机构的驱动机构，该驱动机构由固定在支架上的两组相互垂直设置的驱动组件构成，具体来说，是由带减速器和编码器的第一电机206和第二电机211、第一转动轮204和第二转动轮212组成，电机的末端与转动轮连接驱动转动轮转动。第一转动轮204和第二转动轮212的转动轴相互垂直。

支架由两块侧置的U型块203组成，一端通过上螺栓组213与端盖202连接，另一端通过下螺栓组208与前连接块3连接，在两块侧置的U型块203之间设有相互平行的第一支撑桁架207和第二支撑桁架209，上述支撑桁架上分别设有第一电机支架205及第二电机支架210，用于支撑第一电机206和第二电机211。

绳索4由第一钢丝绳41及第二钢丝绳42组成，两根钢丝绳按360度均匀分布，两端都固定于后连接块6上，第一钢丝绳41中间绕过了第一转动轮204，第二钢丝绳42中间绕过了第二转动轮212。