一种变弹簧数量的变刚度执行器

1.本实用新型属于机械臂末端执行机构的技术领域，具体涉及一种变弹簧数量的变刚度执行器。


背景技术：

2.目前，用机械臂替代人工进行打磨、抛光是自动化生产线上常见的技术。对于打磨、抛光等需要机械臂与环境交互的过程，现有机械臂的刚性末端往往无法表现出类似人类手臂的柔性，无法达到与人工打磨同样的加工效果。而在能实现类似人类手臂柔性的机械臂末端执行器中，现有的柔性执行器不仅在生产场景中使用率低，且由于其要么刚度难以调控，要么需要大量的辅助设备，比如气动柔性执行器需要输入气体的压缩设备，且气动柔性执行器在动作时存在气体状态变化引起的控制精度问题，无法满足工业生产中不同加工要求的场景，无法实现低成本生产。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本实用新型提供一种变弹簧数量的变刚度执行器，通过改变所压缩的弹簧的数量来改变执行器的整体刚度。
4.为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种变弹簧数量的变刚度执行器，包括动作组件和弹簧组件，动作组件与弹簧组件相互连接；
6.弹簧组件包括弹簧基板、多个弹簧；
7.弹簧基板与每个弹簧的一端均相互连接；
8.弹簧的另一端与动作组件相对应；
9.动作组件包括驱动模块和弹簧触发板；
10.驱动模块用于驱动弹簧触发板与相应压缩或拉伸的弹簧数量进行调整；
11.弹簧触发板与弹簧的另一端相对应；弹簧触发板上设有触发通道；
12.弹簧触发板通过触发通道对相应压缩或拉伸的弹簧数量进行调整。
13.优选地，弹簧触发板上的触发通道为触发孔；
14.触发孔的设有多个；触发孔与弹簧的另一端相对应。
15.优选地，弹簧组件还包括弹簧限位板、弹簧导套；
16.弹簧限位板与弹簧基板连接，驱动模块与弹簧限位板活动连接；
17.弹簧导套连接在弹簧另一端的外围；
18.弹簧导套与弹簧限位板内侧活动连接。
19.优选地，驱动模块包括传动基板、电机、阶梯轴；
20.传动基板与电机固定连接，电机与阶梯轴活动连接，阶梯轴与弹簧触发板固定连接、与传动基板活动连接；
21.弹簧触发板为圆形，阶梯轴连接于弹簧触发板的中央位置，触发通道设于靠弹簧
触发板边缘的位置。
22.进一步地，驱动模块还包括限位杆；
23.弹簧触发板的中部设有限位滑道，限位杆的中部嵌套在限位滑道内；
24.限位杆的一端与传动基板固定连接，另一端用于对弹簧组件进行限位。
25.进一步地，电机与阶梯轴通过同步轮带结构连接；
26.同步轮带结构包括主动轮、同步带、从动轮；
27.主动轮与电机连接；从动轮与阶梯轴固定连接；
28.同步带分别与主动轮、从动轮连接。
29.进一步地，传动基板还设有力传感器连接法兰，力传感器连接法兰上设有力传感器。
30.优选地，动作组件、弹簧组件各自的外围分别套有上外壳、下外壳；
31.下外壳嵌套在上外壳内侧。
32.进一步地，上外壳的顶部内侧与力传感器连接，上外壳的顶部外侧与外部机械臂末端连接；
33.下外壳的底部内侧与弹簧基板连接，下外壳的底部外侧与外部打磨头连接。
34.进一步地，上外壳与下外壳的外部还设有伸缩套；伸缩套顶部与上外壳的顶部外侧连接，伸缩套底部与下外壳的底部外侧连接。
35.本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
36.本实用新型结构简单紧凑、体积小、重量轻、无需外部辅助设备，大规模投入生产的成本低，且便于后续的设备维护。本实用新型利用多个弹簧与触发通道之间的对应关系，通过将多个弹簧中的一部分数量的弹簧对应进入触发通道，使这部分脱离的弹簧不再对弹簧基板和弹簧触发板产生弹力，从而实现以改变弹簧的数量来调整刚度的功能，具有一维的浮动与变刚度效果，调节精度基本不受外部变化因素的干扰，通过具体的规格参数设计可使机械臂满足多种生产场景的需求。
附图说明
37.图1为本实用新型其中一种变弹簧数量的变刚度执行器的剖视轴测图；
38.图2为图1的剖视图；
39.图3为图1中动作组件和弹簧组件的组装结构示意图；
40.图4为图3中动作组件的结构示意图；
41.图5为图4中弹簧触发板的俯视结构图；
42.图6为图3中弹簧组件的结构示意图；
43.图7为图3中弹簧导套的侧视图；
44.图中：1-上外壳，2-下外壳，3-伸缩套，4-打磨头，5-变刚度主体结构，6-力传感器，7-力传感器连接法兰，8-传动基板，9-电机，10-同步轮带结构，11-阶梯轴，12-限位杆，13-弹簧触发板，14-弹簧限位板，15-黄铜石墨轴套，16-弹簧基板，17-圆线螺旋压缩弹簧，18-弹簧导套，19-推力球轴承，20-角接触球轴承，21-触发孔，22-限位滑道，23-连接座。
具体实施方式
45.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
46.实施例
47.如图1至图7所示，本实施例提供的一种变弹簧数量的变刚度执行器，包括上外壳1、下外壳2、伸缩套3、打磨头4、变刚度主体结构5、力传感器6。其中，变刚度主体结构5由动作组件和弹簧组件构成。动作组件包括力传感器连接法兰7、传动基板8、电机9、同步轮带结构10、阶梯轴11、限位杆12、弹簧触发板13、推力球轴承19、角接触球轴承20、触发孔21、限位滑道22。弹簧组件包括弹簧限位板14、黄铜石墨轴套15、弹簧基板16、圆线螺旋压缩弹簧17、弹簧导套18、连接座23。
48.如图1和图2所示，变刚度主体结构5被设置于上外壳1与下外壳2所围成的空间内部。上外壳1设于上方，下外壳2设于下方，下外壳2嵌套在上外壳1内侧，上外壳1与下外壳2之间相互接触，可进行上下滑动。上外壳1与下外壳2均大致为中空圆柱形状，上外壳1的顶部外侧中央位置上设有用于连接外部机械臂末端的法兰，下外壳2的底部外侧中央位置上设有连接打磨头4的法兰。伸缩套3围在上外壳1与下外壳2的外部。伸缩套3的顶部与上外壳1顶部外侧的法兰的周边位置连接，伸缩套3的底部与下外壳2外侧的法兰的周边位置连接，从而在上外壳1、下外壳2与伸缩套3之间形成一个具有一定气密性的空间，伸缩套3在上外壳1与下外壳2发生相对上下滑动时跟随着进行压缩或延展。力传感器6分别与上外壳1的顶部内侧和变刚度主体结构5的力传感器连接法兰7连接，用于检测变刚度主体结构5的整体受力情况。打磨头4用于对外部材料进行打磨加工。
49.如图3至图7所示，弹簧触发板13、弹簧限位板14、弹簧基板16均为与下外壳2内部直径相同的圆形板材。
50.弹簧基板16与下外壳2的底部内侧连接。弹簧基板16靠近圆周边缘的位置上垂直连接有四组弹簧，每组均设有两个圆线螺旋压缩弹簧17，且四组弹簧围绕着弹簧基板16的圆形以相同的圆心角间隔，以中心对称的方式进行排列。弹簧基板16的圆心位置上设有连接座23，连接座23与弹簧限位板14的圆心位置固定连接。
51.弹簧限位板14设于弹簧基板16的上方，在相对弹簧基板16与圆线螺旋压缩弹簧17连接位置的地方设有用于穿过圆线螺旋压缩弹簧17的孔洞。圆线螺旋压缩弹簧17的下端固定连接在弹簧基板16上，圆线螺旋压缩弹簧17的中部穿过弹簧限位板14且能够进行相对活动，圆线螺旋压缩弹簧17的上端连接有中空圆柱形的弹簧导套18。如图7所示，弹簧导套18的侧面嵌套在弹簧限位板14内侧孔洞中进行滑动，弹簧导套18的底部设有直径大于弹簧限位板14内侧孔洞直径的限位结构，在圆线螺旋压缩弹簧17的弹力作用下使弹簧导套18的底部顶住弹簧限位板14。弹簧导套18嵌套在圆线螺旋压缩弹簧17上端的外侧，弹簧导套18的上半部分穿过弹簧限位板14，与弹簧触发板13之间具有一定的间隙。
52.弹簧限位板14在靠近圆心处的位置上设有四个中心对称排列的黄铜石墨轴套15。限位杆12的下端穿过黄铜石墨轴套15，可在黄铜石墨轴套15上进行上下滑动。限位杆12的下端低于弹簧限位板14的位置上，设有限制弹簧限位板14继续下滑的端子，端子的直径大于黄铜石墨轴套15的直径。
53.弹簧触发板13设于弹簧限位板14的上方。弹簧触发板13在相对弹簧导套18的圆周上设有四组对称排列的触发通道，每组包括两个触发孔21，总共八个触发孔21的圆心均处于同一圆周上。在弹簧触发板13转动到弹簧导套18与触发孔21对齐时，触发孔21的圆心轴与弹簧导套18的中轴处于同一直线上，且触发孔21的直径略大于弹簧导套18的直径，当外力作用使弹簧组件向弹簧触发板13移动时，这部分对齐的弹簧导套18与触发孔21就可使对应的圆线螺旋压缩弹簧17不被压缩从而不产生弹力。本实施例优选四组触发孔21中，其中两组相对称的触发通道中每组的触发孔21相互邻近排列，另外组相对称的触发通道中每组的触发孔21相互设定足够大的间隔排列。
54.弹簧触发板13的上侧面圆心位置与阶梯轴11的下端连接，弹簧触发板13跟随阶梯轴11进行转动。弹簧触发板13的每组触发通道与圆心连线的位置上，均设有限位滑道22。总共四个限位滑道22以中心对称的方式排列。限位杆12的中部穿过限位滑道22，在限位滑道22和限位杆12的配合下限制弹簧触发板13所能转动的范围，而这个转动的范围又与四组圆线螺旋压缩弹簧17的位置相对应。
55.限位杆12的上端固定连接在传动基板8下侧。传动基板8同样为圆形板材，其直径小于上外壳1的内侧直径。传动基板8的下侧圆心位置设有推力球轴承19，阶梯轴11的上端与推力球轴承19活动连接。传动基板8的上侧圆心位置设有角接触球轴承20，力传感器连接法兰7通过角接触球轴承20连接到传动基板8上。力传感器连接法兰7与力传感器6连接。
56.传动基板8的上侧边缘安装有电机9，电机9的电机轴穿过传动基板8到达传动基板8的下方。电机9与阶梯轴11之间通过同步轮带结构10连接。同步轮带结构10包括主动轮、从动轮和同步带。主动轮连接在电机9的电机轴，从动轮连接在阶梯轴11的中部，同步带嵌套在主动轮、从动轮上，同步带通过摩擦力将主动轮的动力传导到从动轮，从而使阶梯轴11带动弹簧触发板13进行转动。电机9与外部机械臂的控制器连接，在外部控制信号的驱动下调整弹簧触发板13转动的角度。
57.本实施例运作时，电机9通过同步轮带结构10驱动阶梯轴11，使弹簧触发板13在限位杆12限制下转动一定的角度；在完成转动过一定的角度后，会使其中一部分弹簧导套18与对应的触发孔21相互对齐，这部分圆线螺旋压缩弹簧17不再对弹簧基板16产生弹力，从而改变能产生弹力的圆线螺旋压缩弹簧17的数量，进而改变整个执行器的刚度。
58.本实用新型相比现有技术，其有益效果在于，本实施例整体结构简单紧凑、体积小、重量轻、无需像气动柔性执行器那样需要额外的辅助设备，大规模投入生产时的制造和运行成本低，且便于后续的设备维护；本实施例利用多个圆线螺旋压缩弹簧17与触发孔21之间的对应关系，通过将多个圆线螺旋压缩弹簧17与触发孔21相互对齐，使这部分脱离的圆线螺旋压缩弹簧17不再对弹簧基板16和弹簧触发板13产生弹力，从而实现以改变圆线螺旋压缩弹簧17数量来调整执行器整体刚度的功能，具有一维的浮动与变刚度效果；本实施例的调节精度功能基本不受外部变化因素的干扰，还可以通过具体的规格参数设计使搭载执行器的机械臂满足多种生产场景的需求。
59.上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。