一种适用于机器人的打磨末端执行器的制作方法

本发明涉及机器人智能化打磨设备领域，特别涉及一种适用于机器人的打磨末端执行器。

背景技术：

随着工业自动化进程的不断推进，在传统的砂带机打磨领域，越来越多地使用机器人进行打磨，机器人打磨末端执行器的设计通常受限于机器人自身承载能力，只能采用较为简单、轻便的结构。

机器人在工业生产中通常用于非接触式加工、制造流程，如搬运、焊接、装配等，机器人打磨末端执行器需要针对机器人性能特点进行专用化设计。砂带机是打磨作业中的一种常用设备，具有通用性良好、打磨效果良好等诸多优点。砂带机通常尺寸较大、重量较重，多用于专用机床上。机器人末端执行器是机器人集成应用的关键环节，尤其在机器人打磨的应用场景中，末端执行器的好坏直接决定了打磨的效果和质量，随着机器人产业的不断增长，其具有广大的市场前景。目前国内并无专业设计、售卖机器人打磨末端执行器的公司，国外存在少数几家公司，但从总体来说，该领域由于一些技术难题的制约，无论从发展历史还是现有产品来看，距离成熟都还有很长一段距离。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于机器人的打磨末端执行器，以解决传统的砂带机体积、质量较大，不适用于机器人打磨末端执行器的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种适用于机器人的打磨末端执行器，包括主体支承框架、主动轮、打磨轮、张紧调偏轮和驱动电机；所述主体支承框架为三角形，所述主动轮、打磨轮和张紧调偏轮分别设置在三角形的三个顶点处，且所述主动轮、打磨轮和张紧调偏轮的外缘包覆有砂带；所述驱动电机设置于三个顶点组成的三角形内部；所述驱动电机驱动主动轮转动，并通过所述砂带带动打磨轮和张紧调偏轮旋转；所述张紧调偏轮用于对砂带进行张紧和调偏。

进一步地，所述张紧调偏轮包括偏心轴、导向槽块、调整螺栓、抱箍、锁紧螺钉、关节轴承、橡胶轮、手柄和锁紧螺母；通过偏心轴的旋转，改变所述张紧调偏轮轴线位置，实现砂带张紧，砂带张紧后拧紧锁紧螺钉，固定偏心轴周向位置，防止其发生转动。

进一步地，所述偏心轴后端安装关节轴承，偏心轴可绕关节轴承轴线进行周向360°旋转，同时关节轴承轴线可在9°~14°范围内偏摆，即带动偏心轴进行偏摆，从而调整张紧调偏轮轴线姿态，以对套在张紧调偏轮上的砂带施加一定侧向力，使其不发生跑偏。

进一步地，所述偏心轴后端可沿导向槽移动，通过调整螺栓和砂带自身张力固定偏心轴轴线姿态；砂带调偏完成后，使用锁紧螺母固定调整螺栓位置，防止打磨过程中调整螺栓位置变化引起的砂带跑偏。

进一步地，所述驱动电机的电机轴与第一同步带轮相连，通过同步带传递动力给第二同步带轮，带动所述主动轮转动；通过调节第一同步带轮和第二同步带轮间的传动比，可获得不同工艺条件下所需的砂带线速度。

进一步地，所述主体支承框架的材料是铝。

进一步地，所述打磨轮的两侧分别安装有靠盘和激光测距仪；所述靠盘用于进行焊缝打磨时对打磨轮限位，防止损伤工件表面；所述激光测距仪用于机器人示教或扫描时，为操作人员或离线编程软件提供打磨末端执行器姿态信息，以调整机器人末端姿态，保证打磨轮轴线与工件表面平行。

本发明提供的适用于机器人的打磨末端执行器取得的有益效果是：

（1）主体采用铝材制造，且体积紧凑，因此重量较轻，适合安装于机器人末端；

（2）具备砂带张紧和调偏功能，对加工制造要求较低，无需保证三个橡胶轮的高同轴度；

（3）砂带拆卸方便，且其线速度可通过更换同步带轮进行调整，能够用在多种打磨需求上；

（4）为达到较高的砂带切削线速度，通常主动轮尺寸较大，而较大尺寸的主动轮在高速转动时会由于加工制造误差产生很大振动，本打磨末端执行器转动部件尺寸较小，有良好的动平衡性能。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明：

图1为本发明适用于机器人的打磨末端执行器的结构示意图；

图2为本发明主体支承框架的结构示意图；

图3为本发明主动轮内部结构示意图；

图4为本发明打磨轮内部结构示意图；

图5为本发明张紧调偏轮结构示意图；

图6为本发明的动力传输示意图；

图7为本发明靠盘和激光测距仪结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的适用于机器人的打磨末端执行器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明提供一种适用于机器人的打磨末端执行器，包括主体支承框架1、驱动电机2、主动轮3、打磨轮4、张紧调偏轮5、同步带6、砂带7、激光测距仪8、靠盘9、后连接板10；所述打磨末端执行器整体呈三角形，三个橡胶轮分别位于三角形三个顶点，驱动电机位于三个橡胶轮中间。电机通过同步带驱动主动轮转动，砂带包覆于三个橡胶轮外缘，随着主动轮转动高速运转。后连接板与机器人或其他柔性装备连接。

如图2所示，主体支承框架由前面板11、后面板12、侧支撑板13、支撑杆14、上封板15、下封板16等部件构成，主体支承框架为两板包夹式设计，两板间采用支撑杆、侧支撑板和上下封板连接，并且连接处均采用螺接，结构强度、刚性好，同时制造难度低，生产周期较短。

主动轮内部结构如图3所示。主动轮轴与主动轮之间采用键连接传输动力，主动轮轴通过两侧轴承进行支承，轴承分别固定于前、后面板上。主动轮轴后端通过胀紧套与同步带轮连接。

打磨轮内部结构如图4所示。打磨轮轴固定于前、后面板上，打磨轮通过轴承与打磨轮轴连接，可以实现自由转动。打磨轮用于打磨工件表面。

如图5所示，张紧调偏轮结构主要由偏心轴51、导向槽块52、调整螺栓53、抱箍54、锁紧螺钉55、关节轴承56、橡胶轮57、手柄58、锁紧螺母59等部件组成。通过偏心轴的旋转改变张紧调偏轮轴线位置，实现砂带张紧，砂带张紧后拧紧锁紧螺钉，固定偏心轴周向位置，防止其发生转动。偏心轴后端安装关节轴承，偏心轴可绕关节轴承轴线进行周向360°旋转，同时关节轴承轴线可在一定范围内（通常为9°~14°）偏摆，即带动偏心轴进行偏摆，从而调整张紧调偏轮轴线姿态，以对套在张紧调偏轮上的砂带施加一定侧向力，保证其不发生跑偏。偏心轴后端可沿导向槽移动，通过调整螺栓和砂带自身张力固定偏心轴轴线姿态。砂带调偏完成后，使用锁紧螺母固定调整螺栓位置，防止打磨过程中调整螺栓位置变化引起的砂带跑偏。

如图6所示，打磨末端执行器动力传输方式如下：电机安装在后面板上，位于三个打磨轮中间，避免了拆装砂带时与电机或橡胶轮等发生干涉，解决了砂带更换的便宜性问题，同时可以缩减末端执行器的整体占用空间，提高其打磨灵活性。电机轴与同步带轮21相连，通过同步带24传递动力给同步带轮22并带动主动轮转动，通过改变两同步带轮间的传动比可以获得不同工艺条件下所需的砂带线速度。两同步带轮之间采用一小被动轮23张紧同步带，提高传动效率，防止打滑。

如图7所示，打磨轮两侧分别安装靠盘41、激光测距仪42，靠盘用于进行焊缝打磨时对打磨轮限位，防止损伤工件表面；激光测距仪用于机器人示教或扫描时，为操作人员或离线编程软件提供打磨末端执行器姿态信息，以调整机器人末端姿态，保证打磨轮轴线与工件表面平行，从而获得较好的打磨质量。靠盘和激光测距仪分别可以独立装配、拆卸，互不影响，以便于所述末端执行器用于不同工艺阶段的打磨。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。