一种用于弹性薄壁件搬运的可变距末端执行器及方法与流程

本发明涉及一种用于弹性薄壁件搬运的可变距末端执行器及方法，尤其适用于弹性薄壁件的稳定搬运的一种用于弹性薄壁件搬运的可变距末端执行器及方法。

背景技术：

搬运机器人在工业领域各类加工生产中的应用越来越广泛，多被用于机床上下料、自动化生产线、自动装配生产流水线、码垛搬运等。末端执行器安装于机器人末端,是执行相应的作业任务的关键部件。作为机器人与工作对象直接作用的执行部件,其性能在很大程度上决定了整个机器人的工作性能。产品的轻量化是制造业的发展趋势，尤其在航空航天领域，面临越来越多的大型轻量化弹性薄壁结构。由于弹性薄壁的弱刚性,弹性薄壁件在搬运过程中易发生振动。由此可见，现有精度要求较低的码垛搬运技术，难以适应弹性薄壁件的搬运作业。另外，现有搬运机器人的末端执行器结构功能单一，通常仅适应于固定尺寸结构的搬运作业，不利于实现末端执行器的通用性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种结构简单，具有扰动补偿功能，有效减少弹性薄壁件变形损坏，吸盘间距可调，适用不同结构尺寸的用于弹性薄壁件搬运的可变距末端执行器及方法。

为实现上述技术目的，本发明的用于弹性薄壁件搬运的可变距末端执行器，包括联接法兰、执行机构、支撑框架，联接法兰和执行机构安装在支撑框架上，所述的联接法兰内部设置有微动补偿机构；

所述联接法兰具体包括法兰端部和法兰壳体，法兰壳体为柱状空心结构，法兰端部和法兰壳体相互匹配并通过螺钉i相互连接；

所述微动补偿机构设置在兰壳体内，包括驱动电机、传动丝杠、传动螺母和联接板，联接板固定在法兰壳体腔体的内部，其中驱动电机通过支架设置在联接板上，驱动电机的转轴与联接板平行设置，驱动电机通过联轴器i与传动丝杠相连，联轴器i通过支架与联接板连接，传动丝杠通过啮合传动的传动螺母与联接机构的顶端相连接，联接机构的末端通过螺栓ⅱ设有微动机构，联接板上通过螺钉ⅱ设有滑轨，联接机构的侧面设有滑块，滑块与滑轨配合，滑轨安装在联接板上，联接机构末端设置的微动机构延伸出法兰壳体；

所述支撑框架具体包括联接横板和联接边框，联接横板设置在联接边框上，法兰壳体通过螺钉ⅱ与联接横板相连接，法兰壳体和联接横板上均设有相互匹配的开孔，联接机构从开孔处穿过。

所述的微动机构为压电结构，压电结构的驱动单元采用压电陶瓷，压电陶瓷通过导线连接有控制器，控制器通过采集卡连接有用于检测弹性薄壁件的振动传感器。

所述的执行机构包括x向传动机构和y向传动机构，所述的x向传动机构包括x向双螺母丝杆模组和x向双螺母滑轨机构，y向传动机构包括y向双螺母丝杆模组，所述的x向双螺母丝杆模组的两个螺母的传动方向相反，y向双螺母丝杆模组的两个螺母的传动方向相反。

所述的x向双螺母丝杆模组包括x向驱动电机、x向传动丝杠、x向第一传动螺母i和x向第一传动螺母ⅱ，x向第一传动螺母i和x向第一传动螺母ⅱ分别固定在x向第一滑块i和x向第一滑块ⅱ上，x向第一滑块i和x向第一滑块ⅱ与x向第一导轨配合；

x向双螺母滑轨机构包括滑动导杆、x向第二滑动螺母i和x向第二滑动螺母ⅱ，x向第二滑动螺母i和x向第二滑动螺母ⅱ分别固定在x向第二滑块i和x向第二滑块ⅱ上，x向第二滑块i和x向第二滑块ⅱ与x向第二导轨配合；

y向双螺母丝杆模组包括y向驱动电机、y向传动丝杠、y向传动螺母i和y向传动螺母ⅱ，y向传动螺母i和y向传动螺母ⅱ分别固定在y向滑块i和y向滑块ⅱ上，y向滑块i和y向滑块ⅱ与y向导轨配合。

所述y向传动螺母i上安装有第一吸盘，y向传动螺母ⅱ上安装有第二吸盘。

所述的y向双螺母丝杆模组共有组，分别为y向第一双螺母丝杆模组和y向第二双螺母丝杆模组，y向第一双螺母丝杆模组的两端分别固定在x向第一传动螺母i和x向第二滑动螺母i上，y向第一双螺母丝杆模组包括y向第一驱动电机、y向第一传动丝杠、y向第一传动螺母i和y向第一传动螺母ⅱ，y向第一传动螺母i和y向第一传动螺母ⅱ分别固定在y向第一滑块i和y向第一滑块ⅱ上，y向第一滑块i和y向第一滑块ⅱ与y向第一导轨配合,y向第一传动螺母i上安装有第一吸盘，y向第一传动螺母ⅱ上安装有第二吸盘；

y向第二双螺母丝杆模组的两端分别固定在x向第一传动螺母ⅱ和x向第二滑动螺母ⅱ上，y向第二双螺母丝杆模组包括y向第二驱动电机、y向第二传动丝杠、y向第二传动螺母i和y向第二传动螺母ⅱ，y向第二传动螺母i和y向第二传动螺母ⅱ分别固定在y向第二滑块i和y向第二滑块ⅱ上，y向第二滑块i和y向第二滑块ⅱ与y向第二导轨配合,y向第二传动螺母i上安装有第三吸盘，y向第二传动螺母ⅱ上安装有第四吸盘。

一种用于弹性薄壁件搬运的可变距末端执行方法，其步骤如下：

步骤1、通过x向驱动电机驱动x向双螺母丝杆模组转动，经过啮合传动，带动x向第一传动螺母i和x向第一传动螺母ⅱ直线运动，且x向第一传动螺母i和x向第一传动螺母ⅱ的运动方向相反，通过x向驱动电机的正反转调节，从而调节y向第一双螺母丝杆模组和y向第二双螺母丝杆模组的间距，亦即改变第一吸盘和第二吸盘与第三吸盘和第四吸盘在x方向上的间距；

通过y向第一驱动电机驱动y向第一传动丝杠转动，经过啮合传动，带动y向第一传动螺母i和y向第一传动螺母ⅱ直线运动，且y向第一传动螺母i和y向第一传动螺母ⅱ的运动方向相反，通过y向第一驱动电机的正反转调节，从而调节y向第一传动螺母i和y向第一传动螺母ⅱ的间距，亦即改变第一吸盘和第二吸盘在y方向上的间距；通过y向第二驱动电机驱动y向第二传动丝杠转动，经过啮合传动，带动y向第二传动螺母i和y向第二传动螺母ⅱ直线运动，且y向第二传动螺母i和y向第二传动螺母ⅱ的运动方向相反，通过y向第二驱动电机的正反转调节，从而调节y向第二传动螺母i和y向第二传动螺母ⅱ的间距，亦即改变第三吸盘和第四吸盘在y方向上的间距；在调整好第一吸盘、第二吸盘、第三吸盘和第四吸盘的位置后，可用于后续工件的吸附动作；

步骤2、利用驱动电机驱动传动丝杠转动，经过啮合传动，带动传动螺母直线运动，传动螺母带动联接机构直线运动，从而带动联接机构末端的微动机构的位置调节，通过驱动电机的正反转调节，实现微动机构的轴向进给运动，实现微动机构与工件的接触或分离；

步骤3、在末端执行器利用调节到适当位置的第一吸盘、第二吸盘、第三吸盘和第四吸盘吸附弹性薄壁件后，利用驱动电机带动传动丝杠从而调整联接机构上滑块在滑轨的位置，从而保证微动机构的端面与弹性薄壁件面贴合接触，在弹性薄壁件上设置振动传感器，并通过采集卡与控制器相连接，控制器通过导线与压电陶瓷相连接；

步骤4、开始执行作业后若作业中弹性薄壁件出现振动，则振动传感器采集振动信号，并通过采集卡发送至微动机构的控制器内，控制器通过执行预设策略确定抑制弹性薄壁件振动所需的压电陶瓷的电压，控制器将确定后的电压驱动信号发送给压电陶瓷开始工作、产生相应的动作，从而驱动微动机构产生相应的运动，从而抑制弹性薄壁件的振动。

有益效果：

本发明的末端执行器能够主动抑制弹性薄壁件在搬运过程产生的振动，具有扰动补偿功能，有效防止弹性薄壁件在搬运过程中因为振动产生变形损坏，实现弹性薄壁件的高精度稳定搬运，此外末端执行器的吸盘间距可调，能够适应不同结构尺寸弹性薄壁件的搬运，实现多功能的集成，提高了末端执行器的通用性。

附图说明

图1为本发明的末端执行器的整体结构图；

图2为本发明的末端执行器的主视图；

图3为本发明的联接法兰的剖视图；

图4为本发明的微动补偿机构的结构图；

图5为本发明的执行机构的俯视图；

图6为本发明的执行机构的轴测图；

图7为本发明的y向第一双螺母丝杆模组的结构图；

图8为本发明的y向第二双螺母丝杆模组的结构图；

图9为微动机构与工件接触及扰动反馈示意图；

图10为微动机构调节过程中的末端执行器的结构示意图。

图中：100-联接法兰，110-法兰孔，111-法兰端部，112-法兰壳体，120-驱动电机，131-联轴器i，132-传动丝杠，133-传动螺母，134-联接机构，140-滑块，150-滑轨，160-联接板，170-微动机构，171-压电陶瓷，210-联接横板，220-联接边框，310-y向驱动电机，311-y向传动丝杠，3121-y向传动螺母i，3122-y向传动螺母ⅱ，3131-y向滑块i，3132-y向滑块ⅱ，314-y向第一导轨,315-第三支承轴承，320-x向驱动电机，321-x向传动丝杠，3221-x向第一传动螺母i，3222-x向第一传动螺母ⅱ，3231-x向第一滑块i，3232-x向第一滑块ⅱ，324-x向第一导轨，325-第一支承轴承，326-联轴器ⅱ，330-y向第二驱动电机，331-y向第二传动丝杠，3321-y向第二传动螺母i，3322-y向第二传动螺母ⅱ，3331-y向第二滑块i，3332-y向第二滑块ⅱ，334-y向第二导轨，341-滑动导杆，3421-x向第二滑动螺母i，3422-x向第二滑动螺母ⅱ，3431-x向第二滑块i，3432-x向第二滑块ⅱ，344-x向第二导轨，410-第一吸盘，420-第二吸盘，430-第三吸盘，440-第四吸盘，31-y向第一双螺母丝杆模组，33-y向第二双螺母丝杆模组，500-弹性薄壁件，600-控制器，b01-螺钉i，b02-螺钉ⅱ，b03-螺栓i，b04-螺栓ⅱ。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案做进一步说明

如图1、图2所示，本发明的用于弹性薄壁件搬运的可变距末端执行器，包括联接法兰100、执行机构、支撑框架，联接法兰100和执行机构安装在支撑框架上，所述的联接法兰100内部设置有微动补偿机构；

所述联接法兰100具体包括法兰端部111和法兰壳体112，法兰壳体112为柱状空心结构，法兰端部111和法兰壳体112相互匹配并通过螺钉ib01相互连接；，法兰壳体(112)通过螺钉ⅱb02安装在联接横板210上；

如图3、图4所示，微动补偿机构设置在兰壳体112内，包括驱动电机120、传动丝杠132、传动螺母133和联接板160，联接板160固定在法兰壳体112腔体的内部，其中驱动电机120通过支架设置在联接板160上，驱动电机120的转轴与联接板160平行设置，驱动电机120通过联轴器i131与传动丝杠132相连，联轴器i131通过支架与联接板160连接，传动丝杠132通过啮合传动的传动螺母133与联接机构134的顶端相连接，联接机构134的末端通过螺栓ⅱb04设有微动机构170，联接板160上通过螺钉ⅱb03设有滑轨150，联接机构134的侧面设有滑块140，滑块140与滑轨150配合，滑轨150安装在联接板160上，联接机构134末端设置的微动机构170延伸出法兰壳体112；

所述支撑框架具体包括联接横板210和联接边框220，联接横板210设置在联接边框220上，法兰壳体112通过螺钉ⅱb02与联接横板210相连接，法兰壳体112和联接横板210上均设有相互匹配的开孔，联接机构134从开孔处穿过。

如图9所示，微动机构170为采用线切割或3d打印的整体式压电结构，压电结构的驱动单元采用压电陶瓷171，压电陶瓷171通过导线连接有控制器600，控制器通过采集卡连接有用于检测弹性薄壁件500的振动传感器。

如图5、6所示，执行机构包括x向传动机构和y向传动机构，x向传动机构包括x向双螺母丝杆模组和x向双螺母滑轨机构，y向传动机构包括y向双螺母丝杆模组。

x向双螺母丝杆模组包括x向驱动电机320、x向传动丝杠321、x向第一传动螺母i3221和x向第一传动螺母ⅱ3222，x向驱动电机320通过联轴器ⅱ326与x向传动丝杠321相连，x向传动丝杠321与x向第一传动螺母i3221和x向第一传动螺母ⅱ3222啮合传动，啮合传动时，x向第一传动螺母i3221和x向第一传动螺母ⅱ3222的传动方向相反，x向第一传动螺母i3221和x向第一传动螺母ⅱ3222分别固定在x向第一滑块i3231和x向第一滑块ⅱ3232上，x向第一滑块i3231和x向第一滑块ⅱ3232与x向第一导轨324配合，x向第一导轨324固定在联接边框220的一侧。为了提高传动的平稳性，x向第一导轨324上安装有第一支承轴承325，第一支承轴承325与x向传动丝杠321配合。

x向双螺母滑轨机构包括滑动导杆341、x向第二滑动螺母i3421和x向第二滑动螺母ⅱ3422，滑动导杆341与x向第二滑动螺母i3421和x向第二滑动螺母ⅱ3422相对滑动配合，x向第二滑动螺母i3421和x向第二滑动螺母ⅱ3422分别固定在x向第二滑块i3431和x向第二滑块ⅱ3432上，x向第二滑块i3431和x向第二滑块ⅱ3432与x向第二导轨344配合，x向第二导轨344固定在联接边框220的另一侧。为了提高传动的平稳性，x向第二导轨344上安装有第二支承轴承345，第二支承轴承345与滑动导杆341配合。

如图7、8所示，y向双螺母丝杆模组共有2组，分别为y向第一双螺母丝杆模组31和y向第二双螺母丝杆模组32，y向第一双螺母丝杆模组31和包括y向第二双螺母丝杆模组33的结构组成相同，每组y向双螺母丝杆模组包括y向驱动电机310、y向传动丝杠311、y向传动螺母i3121和y向传动螺母ⅱ3122，y向驱动电机310通过联轴器ⅲ314与y向传动丝杠311相连，y向传动丝杠311与y向传动螺母i3121和y向传动螺母ⅱ3122啮合传动，啮合传动时，y向传动螺母i3121和y向传动螺母ⅱ3122的传动方向相反，y向传动螺母i3121和y向传动螺母ⅱ3122分别固定在y向滑块i3131和y向滑块ⅱ3132上，y向滑块i3131和y向滑块ⅱ3132与y向导轨314配合。为了提高传动的平稳性，y向导轨314上安装有第三支承轴承315，第三支承轴承315与y向传动丝杠311配合。y向第一双螺母丝杆模组31的两端分别固定在x向第一传动螺母i3221和x向第二滑动螺母i3421上，y向第二双螺母丝杆模组31的两端分别固定在x向第一传动螺母ⅱ3222和x向第二滑动螺母ⅱ3422上。y向传动螺母i3121上安装有第一吸盘410，y向传动螺母ⅱ3122上安装有第二吸盘420。

y向第二双螺母丝杆模组33的两端分别固定在x向第一传动螺母ⅱ3222和x向第二滑动螺母ⅱ3422上，y向第二双螺母丝杆模组33包括y向第二驱动电机330、y向第二传动丝杠331、y向第二传动螺母i3321和y向第二传动螺母ⅱ3322，y向第二传动螺母i3321和y向第二传动螺母ⅱ3322分别固定在y向第二滑块i3331和y向第二滑块ⅱ3332上，y向第二滑块i3331和y向第二滑块ⅱ3332与y向第二导轨334配合,y向第二传动螺母i3321上安装有第三吸盘430，y向第二传动螺母ⅱ3322上安装有第四吸盘440。

一种用于弹性薄壁件搬运的可变距末端执行方法，其步骤如下：

步骤1、通过x向驱动电机320驱动x向双螺母丝杆模组转动，经过啮合传动，带动x向第一传动螺母i3221和x向第一传动螺母ⅱ3222直线运动，且x向第一传动螺母i3221和x向第一传动螺母ⅱ3222的运动方向相反，通过x向驱动电机320的正反转调节，从而调节y向第一双螺母丝杆模组31和y向第二双螺母丝杆模组33的间距，亦即改变第一吸盘410和第二吸盘420与第三吸盘430和第四吸盘440在x方向上的间距；

通过y向第一驱动电机310驱动y向第一传动丝杠311转动，经过啮合传动，带动y向第一传动螺母i3121和y向第一传动螺母ⅱ3122直线运动，且y向第一传动螺母i3121和y向第一传动螺母ⅱ3122的运动方向相反，通过y向第一驱动电机310的正反转调节，从而调节y向第一传动螺母i3121和y向第一传动螺母ⅱ3122的间距，亦即改变第一吸盘410和第二吸盘420在y方向上的间距；通过y向第二驱动电机330驱动y向第二传动丝杠331转动，经过啮合传动，带动y向第二传动螺母i3321和y向第二传动螺母ⅱ3322直线运动，且y向第二传动螺母i3321和y向第二传动螺母ⅱ3322的运动方向相反，通过y向第二驱动电机330的正反转调节，从而调节y向第二传动螺母i3321和y向第二传动螺母ⅱ3322的间距，亦即改变第三吸盘430和第四吸盘440在y方向上的间距；在调整好第一吸盘410、第二吸盘420、第三吸盘430和第四吸盘440的位置后，可用于后续工件的吸附动作；

步骤2、利用驱动电机120驱动传动丝杠132转动，经过啮合传动，带动传动螺母133直线运动，传动螺母133带动联接机构134直线运动，从而带动联接机构134末端的微动机构170的位置调节，通过驱动电机120的正反转调节，实现微动机构170的轴向进给运动，实现微动机构170与工件500的接触或分离；

步骤3、如图10所示，在末端执行器利用调节到适当位置的第一吸盘410、第二吸盘420、第三吸盘430和第四吸盘440吸附弹性薄壁件500后，利用驱动电机120带动传动丝杠132从而调整联接机构134上滑块140在滑轨150的位置，从而保证微动机构170的端面与弹性薄壁件500面贴合接触，在弹性薄壁件500上设置振动传感器，并通过采集卡与控制器600相连接，控制器600通过导线与压电陶瓷171相连接；

步骤4、开始执行作业后若作业中弹性薄壁件500出现振动，则振动传感器采集振动信号，并通过采集卡发送至微动机构170的控制器600内，控制器600通过执行预设策略确定抑制弹性薄壁件500振动所需的压电陶瓷171的电压，控制器600将确定后的电压驱动信号发送给压电陶瓷171开始工作、产生相应的动作，从而驱动微动机构170产生相应的运动，从而抑制弹性薄壁件500的振动。