【某机器人末端快换装置目标方案设计案例1800字】

某机器人末端快换装置目标方案设计案例1.1引言机器人的末端工具快速更换单元可以实现机器人生产线的灵活制造，从而使机器人在同一工作环境中可以执行多个操作任务，这有助于公司提高产品的生产率。机器人的工具更换装置关键功能是：如何确保机器人手臂末端的快换接头能稳定可靠拿起或更换工具。本章分析了现有的机器人末端工具更换单元的大体结构，并提出了一种新的机器人末端工具的快换装置的设计思路，并对前置要求进行了研究。在其中，快换模块是确保快速更换时两个模块组合和分离的基础;锁定模块是确保钢珠不会随意晃动以及确保主盘可靠锁定的关键。1.2快换系统的基本组成如图2-1所示，机器人的快换系统包括一个臂端对接模块，一个放置在执行器上的锁紧接口，两个配合法兰和一些辅助性组件。臂端对接模块连接到机械臂上，末端执行设备上装有与之配合的锁紧接口。在使用中，公司可以为同一机器人配置多个工具盘，以根据自己的需求实现多种操作功能。机械臂可以根据工况需求连接相应的末端执行器，并完成各种操作任务。图2-1机器人末端快换装置的组成1.3前置设计方案对于整个机器人末端工具快换系统，其中包括对接模块、锁紧模块、外围设备以及控制系统等。本章主要对于对接模块的动力源及锁紧模块的选择进行研究。1.3.1对接模块机器人末端快换装置主要为机械臂端和执行器端的快换装置的组装和分离提供动力源，并确保快速更换装置中的两个对接端够保持可靠的连接和快速分离。现有的动力传输方式主要包括：气压传动、液压传动、电子传动、电气传动、机械传动等。本文将使用电永磁式传动方式。电永磁式具有以下优点：常态下稳定吸附、通电时松开；只需提供电力，能够降低驱动的复杂程度；结构较为紧凑，可应用与体积受限的场景；快速连接或断开，切换状态只需较小能量；电永磁式传动方式也具有一定缺点：造价较高、结构复杂、输出力小等。但其适用于例如太空环境等不便于利用液压或气压传动的区域。1.3.2锁紧模块锁定模块是机器人快换装置设计的核心，也是实现机械臂端与执行器端可靠连接的重要保证。它的设计要求是确保有足够的动力源时，快速更换装置上的执行器端和机械臂端能平稳对接，对接后不会随意摆动、突然断开，以确保拥有足够的连接强度和稳定性。机械结构中常用的锁定方式是钢球锁定，凸轮锁定，插销锁定和卡盘式锁定等。(1)钢球锁定。当机械臂需要锁定执行器端时，连接在机械臂端主体内部的可移动活塞会向下移动，并逐渐向外推出锁紧钢球，直到卡紧在锁紧环中，从而可以将机械臂和执行器连接起来。如果需要拆卸执行器时，提供动力使活塞沿轨道做收回运动，与此同时钢球会在壁面提供的反向摩擦力的作用下，沿原路径缩回，快换机构则可以分开。钢球锁定结构通用性强、简单紧凑，使用最广泛。图2-2钢球锁定机构（2）凸轮锁定。执行器端上的凹槽与机械臂端凸轮相配合，在力的作用下将凸轮向外推并卡紧在配套凹槽中。如果两端需要分离时，则反向运动使凸轮在槽口中分离。凸轮锁定机构可以确保接口两端在失去动力源时不断开，所以抵抗故障的能力比较强。图2-3凸轮锁定机构（3）插销锁定。在两个接口位置对接精度满足要求的时候，销在弹力的作用下插入对接孔中，使两个对接端连接在一起，插销锁定的方法对机械臂工作时的定位准确性和工作质量要求相对严格。图2-4插销锁定机构（4）卡盘式锁定。其锁紧机构由夹紧装置和轴向定位装置组成。如果将带有插槽的定位销完全插入定位孔中，则可以通过沿特定方向旋转夹紧盘来锁定执行器。反向转动夹紧盘，便可以将执行器端从卡盘上松开。图2-5卡盘式锁定机构经过对比，本文将使用用途最广泛的钢球式锁紧机构。1.4快换装置的设计目标和计划设计参数1.4.1设计目标考虑到使用环境及动力源，本文确定设计目标如下:（1）轻巧。由于机械臂的支持重量限制，对接机构的自重不能太大，尽量选择轻质材料，总尺寸尽可能小，每个功能模块的结构应紧凑；（2）对接机构的可靠性和突然断电设计。如果出现特殊故障导致电源停止，仍然可以确保夹持器以可靠的方式连接到机械臂。（3）功能性强。快速更换装置可适应多种机械臂结构，并具有广泛的应用范围。（4）应保证一定的定位精度，在运行中可以实现精确的对接和分离。（5）重复定位精度高，机器人可以臂展范围内实现多种功能。1.4.2设计参数结合所给出的设计目标，可以大致确定机械臂快速更换装置的一些设计参数：（1）将机械臂端和执行器端设计成圆盘格式，并将电磁铁和永磁体集成在机械臂端主体内部，在两端的