一种用于制孔机器人的导引套、导引套更换系统及更换方法

1.本发明属于机器人加工领域，具体涉及一种用于制孔机器人的导引套、导引套更换系统及快速更换方法。


背景技术：

2.参照图1-图2；当前制孔机器人是采用在机器人上安装末端执行器，机器人移动到制孔位置，末端执行器进行制孔操作。末端执行器最重要的组成部分是压紧单元，在制孔前，需要通过压紧单元对工件进行局部压紧。末端执行器压紧单元包括压力鼻1、压力脚2、球形轴承3、festo压紧气缸4、金属排屑管5、双耳环6、滚珠导轨滑块、塑料软管8、真空旁路气缸9和真空旁路块10，压紧气缸4通过双耳环6和球铰链连接压力脚2，压力鼻1同轴安装在压力脚2上，制孔刀具安装在压力鼻1的中心孔中。
3.末端执行器制孔适用于工件表面空旷平整的情况。但是在机械加工领域，制孔时经常会遇到又细又深的孔或者工件中有较多筋板干涉的情况；为满足制孔刀具在此种特殊工况下的正常制孔，此时需采用长径比大的制孔刀具，避免末端执行器和工件筋板干涉。但是在钻孔时，长径比大的制孔刀具的悬臂梁结构受力不均，极易导致刀具的震动，无法保证制孔安全；同时在加工制孔时，刀具高速旋转会产生径向偏移，容易产生毛刺，无法保证制孔精度。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题是：为解决现有机器人制孔时，长刀具制孔精度低的问题，本发明提供一种用于制孔机器人的导引套，导引套安装在机器人末端执行器的压力鼻前端，对刀具进行调心导向，消除了长刀具因为高速旋转而产生的径向偏移；同时，由于实际制孔时会遇到直径不同的孔，需要时常更换导引套，但是每次取换导引套的位置可能出现偏差，为了避免自动更换导引套时导引套位置出现偏差导致碰撞，本发明还提供一种导引套快速更换系统。
5.技术方案
6.本发明提供一种用于制孔机器人的导引套，所述导引套19同轴安装在机器人末端执行器的压力鼻1端面上，压力鼻端面上安装有锥销17和磁铁块18，分别位于压力鼻中心孔两侧，用于实现导引套19与压力鼻1的快速定位与连接；
7.所述导引套整体为方体状，一面中部垂直设计有锥形凸台13，锥形凸台与压力鼻的中心孔配合连接；
8.导引套19上沿锥形凸台轴线开设阶梯孔，制孔刀具的刀柄穿过阶梯孔安装在压力鼻的中心孔中；锥形凸台13两侧分别开设锥孔11和磁铁沉孔12，分别与压力鼻端面上的锥销17和磁铁块18配合，实现快速定位、连接。
9.进一步的，所述导引套19上锥形凸台的锥度为1：10。
10.一种导引套更换系统，包括导引套更换装置和总控机；
11.所述导引套更换装置包括夹具体20、支架23、弹簧25和传感器28；支架23顶部为工字型支撑板24，支撑板24上下板面之间安装有多个弹簧25，避免了机器人末端执行器在更换导引套过程中因受到过大压力而损坏；
12.支架23顶部相对交错设置多个夹具体20，夹具体20上分别安装有不同规格的导引套19，导引套与夹具体20滑动配合连接；
13.传感器28安装在夹具体20侧壁内侧，用于实时监测夹具体上是否装有导引套19，并将信息上传至总控机；总控机用于接收传感器上传的夹具体上有/无导引套的信息，并输出卸刀或装刀信息至机器人，使机器人执行卸刀或装刀指令。
14.进一步的，所述夹具体20侧壁内侧设有凸楞，导引套19侧壁上对称设有凹槽，凸楞与凹槽配合连接,凸楞与凹槽能够滑动配合连接；夹具体内且位于凸楞下方设置有挡板22，挡板两端通过定位销27与夹具体侧壁连接，用于限制导引套在在夹具体垂直方向的运动。
15.进一步的，所述夹具体20侧壁内侧还安装有带螺纹钢球弹簧26，与导引套上凹槽附近的安装孔配合连接，用于限制导引套在夹具体20水平方向的运动。
16.一种采用导引套更换系统快速更换导引套的方法，具体包括以下步骤：
17.步骤一、总控机接收传感器发送的夹具体上有/无导引套的信息，并根据夹具体编号信息输出卸刀或装刀指令至机器人，机器人执行卸刀或装刀指令；
18.机器人接收到总控机传递的信息后，进行姿态调整：机器人带动末端执行器运动至pos1点，pos1点为导引套更换装置上方一点，保持刀具竖直向下；
19.步骤二、若步骤一中总控机接收到传感器发送的信息是夹具体上无导引套，机器人执行总控机输出的装刀指令；
20.机器人根据接收到的待安装导引套的夹具体的编号信息，带动末端执行器运动至夹具体侧面，使末端执行器压力鼻1上导引套与对应夹具体滑动配合连接；
21.机器人末端执行器竖直向上运动，压力鼻1与导引套脱离；
22.机器人末端执行器运动返回至pos1点；
23.步骤三、若步骤一中总控机接收到传感器发送的信息是夹具体上有导引套，机器人执行总控机输出的卸刀指令；
24.机器人根据接收到的待拆卸导引套对应的夹具体编号信息，带动末端执行器运动至待拆卸导引套对应的夹具体的正上方；
25.末端执行器竖直向下运动，使末端执行器压力鼻与夹具体上待拆卸导引套快速配合连接；
26.末端执行器水平运动，待拆卸导引套与对应夹具体脱离；
27.末端执行器运动返回至pos1点。
28.进一步的，所述步骤二具体包括以下子步骤：
29.子步骤1：机器人末端执行器从pos1点水平运动至pos2点，pos2点为pos1点水平延伸线与待安装导引套的夹具体中心线所在平面的垂直交汇点；
30.子步骤2：末端执行器从pos2点竖直运动至pos3点，pos3点为pos2点竖直延伸线与待安装导引套的夹具体中心线所在水平面的交汇点；
31.子步骤3：末端执行器沿靠近待拆卸导引套对应的夹具体方向从pos3点水平移动至pos4点，此时末端执行器上导引套靠近但不接触夹具体；
32.子步骤4：机器人末端执行器水平运动至pos5点，使末端执行器上导引套与对应夹具体间隙配合；pos5点为待安装导引套的夹具体的中心位置；
33.子步骤5：机器人与总控机交互pos5点的位置信号，控制定位销转动，夹具上的挡板22向上挤压限制导引套竖直方向的运动；带螺纹钢珠弹簧27与导引套上的安装孔配合连接，限制导引套在夹具体水平方向的运动；
34.子步骤6：机器人末端执行器缓慢竖直向上移动至pos6点，pos6点为所安装导引套对应的夹具体的中心上方，使压力鼻与导引套完全脱离；
35.子步骤7:机器人末端执行器从pos6点水平运动至pos7点，pos7点为pos6点水平延伸线与pos2点和pos3点连线的交汇点；
36.子步骤8：机器人末端执行器竖直向上移动返回pos2点；返回pos1点。
37.进一步的，所述步骤三具体包括以下子步骤：
38.子步骤1：机器人末端执行器由pos1点水平运动至pos8点，pos8点为pos1点水平延伸线与待拆卸导引套的夹具体中心线所在平面的垂直交汇点；
39.子步骤2：机器人末端执行器从pos8点竖直向下运动至pos9点，pos9点靠近待拆卸导引套顶面所在平面，且不接触；
40.子步骤3：机器人末端执行器水平向靠近待拆卸导引套方向从pos9点移动至pos10 点，pos10点位于待待拆卸导引套的正上方；
41.子步骤3：机器人末端执行器从pos10点竖直向下运动，直至末端执行压力鼻与夹具体上待拆卸导引套快速配合连接；
42.子步骤4：机器人末端执行器竖直向下运动0-1mm至pos11点；
43.子步骤5：机器人末端执行器带动导引套沿远离夹具体方向水平移动至pos12点，此时导引套与夹具体完全脱离；
44.子步骤6:机器人末端执行器从pos12点水平移动至pos13点；pose13点为pos11 点-pos12点延伸线与pos8点-pos9点延伸线的交汇点；
45.子步骤7：机器人末端执行器从pos13点竖直向上移动返回到pos8点；水平移动返回pos1点。
46.有益效果
47.本发明的有益效果在于：
48.1、本发明通过在末端执行器的压力鼻上同轴安装导引套，有效避免特殊工作状况下使用长径比大的制孔刀具带来的问题，保证制孔精度和制孔安全；
49.2、本发明通过在压力鼻基座上设计锥销、磁铁块和凹台孔，通过锥销与导引套中心孔配合来保证导引套安装时定位准确，并通过磁铁来导引套与压力鼻底座的连接，防止导引套在机器人运行过程中发生掉落。
50.3、本发明的导引套自动更换装置上安装传感器和不同规格的导引套，可以根据制孔要求实现更换直径不同的导引套，满足了制孔工业机器人的多样化和自动化需求。设有刀柄传感器可以及时检测该夹具上是否有刀具，减少试错时间，提高了更换效率。
51.4、本发明的导引套自动更换装置的支撑板下面安装有弹簧，在装刀和卸刀过程中，支撑板下面的弹簧可以避免机器人末端执行器与自动换刀装置发生碰撞，可以补偿在一定范围内的位置偏移的调整，避免了硬性碰撞对末端执行器产生的无法修复的损坏。
附图说明
52.为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
53.图1是机器人末端执行器压紧单元的结构示意图
54.图2是背景技术中特殊工况下制孔示意图
55.图3是本发明导引套结构示意图
56.图3-1是本发明中导引套与压力鼻配合安装示意图
57.图4是本发明中导引套自动更换装置结构示意图
58.图5是图4中夹具体结构示意图
59.图6是本发明中导引套与夹具体配合安装示意图
60.图7是本发明中导引套更换的详细图示过程图
61.图8本发明导引套拆卸流程图
62.图9是本发明装导引套安装流程图
63.图中：1—压力鼻、2—压力脚、3—球形轴承、4—压紧气缸、5—金属排屑管 6—双耳环、7—滚珠导轨滑块、8—塑料软管、9—真空旁路气缸、10—真空旁路快、 11—锥孔、12—磁铁沉孔、13—锥形凸台、14—通孔、15—凹槽、16—圆孔、 17—锥销、18—磁铁块、19—导引套、20—夹具体、21—定位块、22—挡板、 23—支架、24—支撑板、25—弹簧、26—带螺纹钢球弹簧、27—定位销、28—传感器
具体实施方式
64.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
65.此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
66.参照图3-图8；本发明一种用于制孔机器人的导引套，导引套同轴安装在机器人末端执行器的压力鼻1前端，压力鼻端面上安装有锥销17和磁铁块18，锥销17和磁铁块18分别位于压力鼻中心孔两侧，用于实现导引套与压力鼻的快速定位与连接；
67.导引套整体为方体状，一侧上垂直设计有锥形凸台13，锥形凸台13的锥度为1： 10，所述凸台与压力鼻的中心孔配合；导引套上沿锥形凸台轴线开设阶梯孔，长刀柄穿过所述阶梯孔安装在压力鼻的中心孔中；锥形凸台13两侧分别开设锥孔11和磁铁沉孔12，分别与压力鼻端面上的锥销17和磁铁块18配合，既实现快速定位安装，又防止导引套脱落。
68.导引套顶面和底面上还对称开设凹槽，凹槽开设方向与锥形凸台13轴线垂直；所
述凹槽用于与导引套更换装置中夹具体20上的凸楞配合连接，使得机器人离开时，导引套能够自然脱落留在夹具体20上；导引套顶面上且靠近凹槽处开设圆孔16，用于与夹具体20上的带螺纹钢球弹簧配合。
69.一种导引套快速更换系统，包括导引套更换组件、总控机；导引套更换组件包括夹具体20、支架23、弹簧25和传感器28；支架23顶部为工字型支撑板24，支撑板两端对称安装有弹簧25，弹簧轴线与支撑板24所在面平行；工字型支撑板24顶面与底面之间还安装多个弹簧，弹簧轴线垂直于支撑板24顶面和底面；在更换导引套过程中，遇到过大的水平和竖直的压力，弹簧的缓冲作用能够通过装置的保护机器人末端执行器受到损坏。
70.支撑板24顶面相对交错安装多个夹具体20，夹具体20安装有导引套19；传感器 28安装在夹具体20侧壁上，能够实时检测每个夹具上是否装有导引套19。
71.夹具体20整体u型，两侧壁之间安装有挡板22，起限位作用；夹具体20侧壁内侧设有凸楞，所述凸楞能够与导引套上凹槽滑动配合。夹具体一侧壁上安装有带螺纹钢球弹簧26，能够与导引套凹槽附近的圆孔16配合连接；夹具体侧壁内侧安装传感器28，用于实时监测夹具体上是否安装有导引套。夹具上的的挡板22向上挤压和带螺纹钢珠弹簧27与导引套的配合来限制导引套前后和上下的移动。
72.总控机用于接收传感器28发送的夹具体上有无导引套的信息。若该位置有导引套，将该夹具体编号信息传输到卸刀指令，表示该夹具体可以进行卸刀操作；若该位置无导引套，则将该夹具体编号信息传输到装刀指令，表示该夹具体可以进行装刀操作，并将信息传送给机器人，控制机器人执行拆卸或安装指令。
73.一种采用导引套更换系统快速更换导引套的方法，具体包括以下步骤：
74.步骤一、总控机接收传感器发送的夹具体上有/无导引套的信息，并根据导引套及夹具体编号信息输出卸刀或装刀指令至机器人，机器人执行卸刀或装刀指令，进行姿态调整：从原点出发，机器人带动末端执行器运动至pos1点，pos1点为导引套更换装置正上方一点，保持刀具竖直向下；此时末端执行器的姿态为刀具竖直向下，垂直于夹具体20上表面所在平面，机器人在拆卸导引套过程中始终保持末端执行器的垂直姿态；
75.步骤二、若步骤一中总控机接收到传感器发送的信息是夹具体上无导引套，机器人执行总控机输出的装刀指令，即拆卸机器人末端执行器上导引套，安装至对应编号的夹具体上；
76.机器人带动末端执行器进行姿态调整后，将压力鼻上的导引套19凹槽沿刀夹具体20侧壁上的凸楞卡入夹具体内，机器人末端执行器向上移动，导引套与压力鼻脱离后留在夹具体20上。
77.具体执行过程如下：
78.子步骤1：机器人末端执行器从pos1点水平运动至pos2点，pos2点为pos1点水平延伸线与待安装导引套的夹具体中心线所在平面的垂直交汇点；
79.机器人到位后，与总控机进行信号交互；末端执行器压力脚和主轴到位时，总控机得到末端执行器位置信号并传给机器人；
80.子步骤2：末端执行器从pos2点竖直运动至pos3点，pos3点为pos2点竖直延伸线与待安装导引套的夹具体中心线所在水平面的交汇点；
81.子步骤3：末端执行器沿靠近待拆卸导引套对应的夹具体方向从pos3点水平移动
至pos4点，此时末端执行器上导引套靠近但不接触夹具体；
82.子步骤4：机器人末端执行器从pos4点水平运动至pos5点，使末端执行器上导引套与对应夹具体间隙配合；pos5点为待安装导引套的夹具体的中心位置；
83.为保证换导引套过程的安全和可控性，从pos4点到pos5点为水平慢速运动，使夹具体20上的凸楞与导引套上的凹槽间隙配合；机器人运动至pos5点后，与总控机交互pos5点位置信号，夹具体上的的挡板向上挤压，等待3秒钟后，定位销转动将导引套进行固定。
84.子步骤5：机器人与总控机交互pos5点的位置信号，控制定位销转动，夹具上的挡板22向上挤压限制导引套竖直方向的运动；带螺纹钢珠弹簧27与导引套上的安装孔配合连接，限制导引套在夹具体水平方向的运动；
85.子步骤6：机器人末端执行器缓慢竖直向上移动至pos6点，pos6点为所安装导引套对应的夹具体的中心上方，使压力鼻与导引套完全脱离；
86.子步骤7:机器人末端执行器从pos6点水平运动至pos7点，pos7点为pos6点水平延伸线与pos2点和pos3点连线的交汇点；
87.子步骤8：机器人末端执行器竖直向上移动返回pos2点；返回pos1点。
88.步骤二、若步骤一中总控机接收到传感器发送的信息是夹具体上有导引套，机器人执行总控机输出的卸刀指令；拆卸夹具体上导引套，安装至机器人末端执行器上；
89.机器人根据接收到的待拆卸导引套对应的夹具体编号信息，带动末端执行器运动至待拆卸导引套对应的夹具体的正上方；末端执行器竖直向下运动，使末端执行器压力鼻与夹具体上待拆卸导引套快速配合连接；末端执行器水平运动，待拆卸导引套与对应夹具体脱离；末端执行器运动返回至pos1点。
90.具体操作步骤如下：
91.子步骤1：机器人末端执行器由pos1点水平运动至pos8点，pos8点为pos1点水平延伸线与待拆卸导引套的夹具体中心线所在平面的垂直交汇点；
92.子步骤2：机器人到位后，与总控机进行信号交互，总控机得到末端执行器的位置信号并传给机器人；机器人末端执行器从pos8点竖直向下运动至pos9点，pos9点靠近待拆卸导引套顶面所在平面，且不接触；
93.子步骤3：机器人末端执行器沿靠近待拆卸导引套方向从pos9点水平移动至pos10 点，pos10点位于待拆卸导引套的正上方；
94.子步骤3：机器人末端执行器从pos10点竖直向下运动，直至末端执行压力鼻与夹具体上待拆卸导引套快速配合连接；
95.子步骤4：机器人末端执行器从pos10点竖直向下运动0-1mm至pos11点；
96.机器人与总控机交互末端执行器位置信号，控制定位销27转动，解除导引套在夹具上的定位。由于夹具体20上的挡块22向上挤压导引套，为了能让导引套安全离开夹具，机器人带动压力鼻继续向下运动大约0-1mm的垂直距离，到达pos11点；
97.为保证换导引套过程的安全和可控性，从pos10点到pos11点为竖直慢速运动；机器人竖直向下运动，带动压力鼻1上锥销17、磁铁块18和导引孔分别与导引套上锥孔11、磁铁沉孔12和锥形凸台13配合连接；
98.子步骤5：机器人末端执行器带动导引套沿远离夹具体方向从pos11点水平移动至pos12点，pos12点至pos11点的距离可以使导引套完全与夹具体20分离即可，保证机器人能
沿着水平方向退出夹具体20；
99.子步骤6:机器人末端执行器从pos12点水平移动至pos13点；pose13点为pos11 点-pos12点延伸线与pos8点-pos9点延伸线的交汇点；
100.子步骤7：机器人末端执行器从pos13点竖直向上移动返回到pos8点；机器人与总控机进行位置信号交互，水平移动返回pos1点。
101.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。