本发明属于自动化技术领域，具体涉及一种工业机器人轴向自适应柔性法兰。
背景技术：
通过工业机器人抓取工件实现搬运、码垛等操作是自动化领域内重要的应用课题。工业机器人抓取工件时，通常对工件的摆放位置有较高要求，以满足工业机器人和工件有效的接触，否则容易因为定位误差而导致工业机器人抓取工件不牢固和抓取过定位问题。
目前，针对工业机器人末端夹具与工件的平移位置偏差，已经有借助弹簧、压缩空气等方法实现平面浮动的法兰产品，但是针对轴向角度偏差还缺乏经济、实用的法兰产品。通常只能通过尽量提高工件的定位精度解决问题。这种方法缺点是对定位装置的要求太高，导致定位装置制造成本高昂，缺乏适应性和柔性。由此可见，市面上还缺乏一种成本低，结构简单，适应性强的工业机器人轴向自适应柔性法兰。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工业机器人轴向自适应柔性法兰。该法兰的二个端面能够在外力作用下产生一定程度相对偏转，并在外力消失后恢复初始位置。通过将该法兰的二个端面分别连接到机器人和末端夹具，使工业机器人允许其末端与工件存在一定程度轴向误差，以便夹具能更灵活、有效地抓取工件。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种工业机器人轴向自适应柔性法兰，包括基座、二自由度法兰、连接球和方键；所述基座上设有半球形槽，所述半球形槽内设有连接球，所述半球形槽内设有键槽一，所述连接球顶端设有键槽二，所述键槽一和键槽二相互垂直，所述半球形槽和连接球之间设有方键，所述方键的上半部位于所述键槽一内，所述方键的下半部位于所述键槽二内，所述连接球底端与所述二自由度法兰固定连接。
作为优选，所述基座上设有外罩，且所述外罩能罩住所述二自由度法兰，所述二自由度法兰包括法兰盘和法兰轴，所述法兰轴的顶端与所述连接球固定连接，所述法兰轴的周围设有多个气缸，每个气缸内均设有活塞杆，所述活塞杆的前端与所述外罩相接触。
作为优选，所述法兰盘上设有多个进气孔，所述法兰轴上设有与各个进气孔一一对应的出气孔，相应的进气孔和出气孔之间通过通气孔连通，出气孔的数量与气缸的数量相同且各个出气孔的位置与各个气缸相对应，出气孔和相应的气缸相连通，出气孔可以将压缩空气通入相应气缸内，推动气缸内的活塞杆沿气缸轴向滑动。
作为优选，所述气缸共有三个，且三个气缸在法兰轴的四周均匀分布。
作为优选，所述外罩的上端和下端均设有开口，所述开口用于安装定位螺钉。
作为优选，所述基座上设有多个螺纹孔一。
作为优选，所述二自由度法兰上设有多个螺纹孔二。
作为优选，所述连接球的底部设有连接螺纹，所述二自由度法兰和连接球通过所述连接螺纹相连接。
本发明的有益效果是：
本发明在工业机器人抓取工件和工业机器人去毛刺的过程中，能够使工业机器人和工件更有效的接触，降低了对定位装置的要求，且使用方便、结构简单、成本低，在自动化领域具有广泛的推广意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为二自由度法兰的结构示意图；
图3为连接球的结构示意图；
图4为基座的结构示意图；
图5为连接球与基座的配合示意图；
图6为气缸和活塞杆示意图；
图7为法兰动作示意图。
附图标记列表：
100-基座；200-外罩；300-二自由度法兰；400-方键；500-连接球；600-气缸；700-活塞杆；101-螺纹孔一；102-半球形槽；103-键槽一；301-法兰盘；302-法兰轴；303-进气孔；304-出气孔；305-通气孔；306-螺纹孔二；501-键槽二；502-连接螺纹。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
如图1至图7所示，一种工业机器人轴向自适应柔性法兰，包括基座100、二自由度法兰300、连接球500和方键400；基座100上设有半球形槽102，半球形槽102内设有连接球500，半球形槽102内设有键槽一103，连接球500顶端设有键槽二501，键槽一103和键槽二501相互垂直，半球形槽102和连接球500之间设有方键400，方键400的上半部位于键槽一103内，方键400的下半部位于键槽二501内，连接球500底端与二自由度法兰300固定连接。方键400可以在连接球500和基座100内随着二自由度法兰300的摆动实现二自由度滑动。
基座100上设有外罩200，且外罩200能罩住二自由度法兰300，二自由度法兰300包括法兰盘301和法兰轴302，法兰轴302的顶端与连接球500固定连接，法兰轴302的周围设有多个气缸600，每个气缸600内均设有活塞杆700，活塞杆700的前端与外罩200相接触。
法兰盘301上设有多个进气孔303，法兰轴302上设有与各个进气孔303一一对应的出气孔304，相应的进气孔303和出气孔304之间通过通气孔305连通，出气孔304的数量与气缸600的数量相同且各个出气孔304的位置与各个气缸600相对应，出气孔304和相应的气缸600相连通，二自由度法兰300上设置的进气孔303可以通入压缩空气，通气孔305可以导通压缩空气，出气孔304可以将压缩空气通入相应气缸600内，推动气缸600内的活塞杆700沿气缸600轴向滑动。活塞杆700在气缸600内沿气缸600轴线滑动时推动二自由度法兰300摆动。
二自由度法兰300径向受力不均时，其中一个或二个活塞杆700受力向气缸600内沿轴向运动，其它活塞杆700向内远离外罩200，同时推动二自由度法兰300运动，二自由度法兰300产生二自由度摆动，在外力移除或二自由度法兰300受力均匀时，三个活塞杆700受力不均，其中一个或二个活塞杆700沿气缸600轴向向外运动，同时推动二自由度法兰300运动，三个活塞杆700运动至初始位置时，二自由度法兰300回至初始位置。二自由度法兰300受到轴向转矩时，方键400在连接球500内保持静止，二自由度法兰300不会产生转动。
本例中气缸600共有三个，且三个气缸600在法兰轴302的四周均匀分布。外罩200的上端和下端均设有开口，开口用于安装定位螺钉。
基座100上设有多个螺纹孔一101。通过螺纹孔一101可以将基座100固定在工业机器人的末端。二自由度法兰300上设有多个螺纹孔二306。通过螺纹孔二306可以将夹具固定在二自由度法兰300上。连接球500的底部设有连接螺纹502，二自由度法兰300和连接球500通过连接螺纹502相连接。
上述装置的工作过程如下：工业机器人轴向自适应柔性法兰通过基座100上的螺纹孔固定在工业机器人的末端，通过二自由度法兰300的螺纹孔固定夹具，在使用前经过二自由度法兰300的进气孔303通入压缩空气，气体经过通气孔305和出气孔304进入气缸600，推动活塞杆700运动到极限位置，此时三个活塞杆700头部均与外罩200相接触，当工业机器人工作，二自由度法兰300径向受力不均时，二自由度法兰300可产生二个自由度摆动，使其中一个或二个活塞杆700受压，活塞杆700沿气缸600轴向向内运动，其它活塞杆700与外罩200相离，不再受力，如图7所示。当外力移除或二自由度法兰300受力均匀时，三个活塞杆700的受力不均，其中一个或二个活塞杆700沿气缸600轴向向外运动，运动至三个活塞杆700的初始位置，此时二自由度法兰300恢复到初始位置。
上述装置用于工业机器人夹取工件时，允许工件有一定的定位误差，降低了工件定位装置的要求，节约成本，而且夹取工件后工业机器人轴向自适应柔性法兰能回复到初始位置。该装置使用方便、结构简单、成本低，在工业自动化领域具有广泛的推广意义。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。