名称：机械臂关节的保护机构
专利号：202521580240.3
专利权人：潘胜文
技术领域
本申请实施例涉及一种机械臂关节的保护机构。
背景技术
机械臂在现代加工领域的应用十分广泛，例如用于工件的碰焊、压铆、冲压、冲切等操作。
然而，在实际加工过程中，可能会出现一些问题。若机械臂所夹持的工件因自身误差，或是机械臂运动存在误差，就会致使工件无法紧贴加工设备的砧座，又或是多个工件之间存在间隙。在这种情况下进行加工，必然会带动机械臂的自由端产生移动。尽管这种移动的距离或许不大，但对于精密的机械臂关节及驱动关节的伺服电机来说，却具有较大的破坏力，极有可能导致机械臂的关节或伺服电机损坏。
实用新型内容
本申请实施例提供一种机械臂关节的保护机构，用于解决现有技术中至少一个技术问题。
一种机械臂关节的保护机构，其包括：基座，所述基座被配置为连接于机械臂的自由端；连接座，所述连接座通过导向组件与所述基座活动连接，所述导向组件用于限制所述连接座在所述基座上的运动轨迹；传感器，所述传感器用于检测所述连接座在所述运动轨迹上与所述基座之间的相对位移；以及弹性件，所述弹性件作用于所述连接座并使所述连接座保持在第一工作位；其中，在外力的作用下，所述连接座可相对于所述基座运动至第二工作位并使所述弹性件产生弹性形变；撤除外力后，所述连接座可在所述弹性件的驱动下从所述第二工作位运动至所述第一工作位。
在一些实施方案中，所述导向组件包括设置在所述连接座上的第一导向件和设置在所述基座上的第二导向件，所述第一导向件和所述第二导向件滑动连接。
在一些实施方案中，所述导向组件包括直线型导向机构。
在一些实施方案中，所述第一导向件包括导向孔；所述第二导向件包括导向杆，所述导向杆的至少一端连接于所述基座，所述导向杆穿设于所述导向孔并与所述导向孔滑动配合；所述弹性件的第一端连接于所述连接座，所述弹性件的第二端连接于所述基座或所述导向杆。
在一些实施方案中，所述基座设有容槽，所述连接座设置在所述容槽内；所述弹性件包括螺旋弹簧，所述螺旋弹簧套接在所述导向杆的外侧，所述螺旋弹簧的第一端作用于所述连接座、第二端直接或间接地作用于所述基座。
在一些实施方案中，所述导向孔内设有直线轴承，所述导向杆与所述直线轴承滑动配合。
在一些实施方案中，所述导向孔内设有轴套，所述导向杆与所述轴套滑动配合。
在一些实施方案中，所述连接座上安装有保持装置，所述保持装置被配置为可选择地将工件限制在所述保护机构上。
在一些实施方案中，所述传感器安装在所述基座或所述连接座上。
在一些实施方案中，还包括被检测体，所述传感器和所述被检测体分设在所述基座和所述连接座上。
本申请与现有技术相比较，其优点在于，本申请的保护机构能确保机械臂驱动工件进行加工时，工件能与砧座或其他工件之间紧密贴合，避免工件在加工过程中，因间隙引发的工件运动而产生的不良外力作用在机械臂的关节或/和伺服电机，进而避免了机械臂的关节或/和伺服电机因外力导致过载而损坏，延长了机械臂的使用周期。另外，本申请的保护机构可适配多种类型的保持装置，使其应用的范围更广。第三，工件与砧座或其他工件之间紧密贴合被确认后，工件进入加工工序。在加工的过程中，工件在力（如冲压力）的作用下可能会发生形变，本申请的保护机构可自适应这种形变，进而消除或削弱这种形变对机械臂的关节或/和伺服电机产生的不良影响。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为本申请实施例中的其中一种应用场景示意图；
图2为图1中的A处局部放大示意图；
图3为本申请实施例中的其中一种保持设备的结构示意图；
图4为本申请实施例中的保持装置和保护机构分离状态示意图；
图5为本申请实施例中的保护机构的爆炸图；
图6为本申请实施例中的保护机构的另一视角示意图；
图7为图6中CC方向剖视图；
图8为图3中B处的局部放大示意图；
图9为图8的另一状态示意图；
图10为本申请实施例中的保护结构的另一实施例的结构示意图；
图11为图10中DD方向剖视图；
图12为本申请实施例中的另一种应用场景示意图示意图。
附图标记说明：
100-保持设备；
10-保护机构；101-基座；1011-第一侧板；1012，1012a-第二侧板；1013-第三侧板；1014-容槽；102-连接座；1021，1021a-导向孔；1031-光电传感器；1032-遮光片；1033-光路；104-导向组件；1041，1041a-导向杆；1042-直线轴承；1043-固定螺栓；1044-垫片；105-螺旋弹簧；11-保持装置；111-夹具；
200-机械臂；201-自由端；200a-第一机械臂；200b-第二机械臂；
300-加工设备；301-砧座；302-压头；
400-工件。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本申请的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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申请而不是要求本申请必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。本申请中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
所附附图中示出了本申请的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本申请的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”和“第三”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。
如图1和图2所示，在其中一个工件的加工场景中，机械臂200的自由端201连接有工件400的保持设备100，该保持设备100可将工件400移动至加工设备300的预定位置。如本申请的背景技术所述，机械臂200将工件400放置在砧座301（本申请实施例中的砧座仅用于示例，并非具体的限制）的上方时，由于多种原因导致工件400与砧座301的贴合不够紧密。加工设备300的压头302对工件400加工（如冲切）时，工件400将会发生移动，这种移动将会通过保持设备100传递给机械臂200。机械臂200为了保持工件400的静止状态，其关节及伺服电机需要承载上述移动传递过来的能量，且该能量极有可能导致机械臂200的关节或/和伺服电机因过载而损坏；或由于该情况的多次叠加，使得机械臂200的关节或/和伺服电机的使用周期被缩短。
为了确保工件400在加工时能与砧座301紧密地贴合，本申请提供了一种安装在机械臂200自由端201的保持设备100。如图3和图4所示，保持设备100包括保护机构10和保持装置11，保护机构10包括基座101、连接座102、导向组件104以及弹性件。其中，连接座102通过导向组件104与基座101活动连接，导向组件104用于约束连接座102在基座101上的运动轨迹；弹性件能在第一方向D1对连接座102提供支撑力，使得连接座102在没有外力的情况下能与基座101保持相对静止，此时的连接座102位于第一工作位。保护机构10上还设有传感器，传感器用于获取连接座102与基座101之间的相对位移。在应用中，传感器连接于机械臂的控制器，控制器可集成在机械臂上或设置在独立的工控机上，这里不做具体的限制。当然，保持装置和加工设备也可受控于控制器。保持装置11与连接座102固定连接，基座101安装在机械臂200的自由端201。
在本申请的实施例中，保持装置11为夹具111，该夹具111可采用气或电驱动，工件400被夹具111限制在保持设备100上。除了夹持的方式，保持装置11还可以采用其他的方式实现，例如真空吸附、电磁吸附等，这里不做具体的限制。
在其中一种应用场景中，机械臂200按照预设程序驱动保持设备100将工件400移动至砧座301的上方，再将工件400朝向砧座301的方向移动，其中，朝向砧座301的方向与上述第一方向D1、工件400在加工时的受力方向相同。当工件400与砧座301抵接后，机械臂200继续沿第一方向D1对保持设备100施力。由于工件400被砧座301限制，使得连接座102以及保持装置11在第一方向D1无法移动。由于连接座102通过导向组件104与基座101活动连接，因此，机械臂200对保持设备100施加的力使得基座101可以继续沿第一方向D1运动。此时，连接座102与基座101之间开始了相对位移X，且弹性件产生弹性形变。当传感器获取到的上述位移X达到预设值后，机械臂200停止运动，当前的连接座102位于第二工作位。此时，工件400与砧座301的抵接状态被确认，系统进入相应的下一步加工工序。
在加工工序中，工件400在力（如冲压力）的作用下可能会发生形变，这种形变对于机械臂200来说也是不利的，而本申请的保护机构10可自适应这种形变，进而消除或削弱这种形变对机械臂200的关节或/和伺服电机产生的不良影响。例如，结合上述实施例，工件400在加工时所受的外力方向与第一方向D1相同。假设工件400朝第一方向D1变形，由于工件400处于第二工作位，因此，弹性件可驱动连接座102朝第一方向D1运动，进而补偿工件400的形变量，并确保工件400在加工设备300上的状态。若工件400朝第二方向D2变形，工件400推动连接座102向第二方向D2运动，弹性件可进一步被压缩，进而补偿工件400的形变量，并确保工件400在加工设备300上的状态。
当加工完成后，机械臂200驱动保持设备100将工件400从砧座301上移开。例如，保持设备100可以向背向于第一方向D1的第二方向D2移动。由于连接座102和基座101在前序过程中发生了相对位移X，且弹性件在弹性形变的过程中蓄积了弹力。因此，保持设备100在向第二方向D2移动时，连接座102和基座101之间的相对位移X在弹性件的弹力和外力（如重力）的合力的作用下被缩小直至为0，即连接座102从第二工作位运动至第一工作位。在这个过程中，工件400仍然与砧座301保持着抵接关系。当保持设备100在机械臂200的驱动下继续向第二方向D2移动时，工件400将于砧座301完全脱离。
其中，弹力的方向和外力的方向可能相同或不同，但弹力和外力的合力仍然可以推动连接件移动，并使连接座102和基座101之间的相对位移X缩小至0。
如图4至图7所示，本申请提供了一种保护机构10的实施例1，基座101包括第一侧板1011和设置在第一侧板1011两端的第二侧板1012、第三侧板1013，第一侧板1011、第二侧板1012及第三侧板1013围成一个容槽1014，连接座102能活动地设置在容槽1014内。导向组件104包括设置在连接座102的导向孔1021和导向杆1041，其中，导向孔1021在第二侧板1012和第三侧板1013之间延伸；导向杆1041穿设在导向孔1021内并与导向孔1021滑动连接，导向杆1041的第一端通过固定螺栓1043与第二侧板1012连接、导向杆1041的第二端通过固定螺栓1043与第三侧板1013连接。在本申请的实施例中，导向孔1021设有两个，且两个导向孔1021相互平行。弹簧件包括螺旋弹簧105，螺旋弹簧105设于容槽1014内并套接在导向杆1041上，螺旋弹簧105的第一端作用于第三侧板1013、第二端作用于连接座102。
在装配时，为了实现连接座102在初始状态时能在螺旋弹簧105的支撑下与基座101保持相对静止，可选择合适的螺旋弹簧105，使其能提供足够的支撑力；或者，在螺旋弹簧105与第三侧板1013之间或/和螺旋弹簧105与连接座102之间或/和连接座102与第二侧板1012之间的导向杆1041上套设垫片1044，并通过垫片1044的数量或/和厚度调节螺旋弹簧105的压缩程度，进而调节螺旋弹簧105作用在连接座102上的力的大小。
如图7和图8所示，在一些实施例中，传感器包括槽型光电传感器1031，其设置在第二侧板1012上；被检测体包括遮光片1032，其设置在连接座102上。如图8和图9所示，当基座101与连接座102之间发生相对位移后，遮光片1032遮挡了光电传感器1031的光路1033（示意）。结合上述实施例，机械臂200可根据光电传感器1031反馈的光路1033变化做出相应的动作。该实施例中所选用的传感器以及传感器和被检测体的位置及检测方法仅是其中一种，还可根据不同的需求选用不同类型的传感器，传感器的类型包括但不限于声、光、电等类型的传感器，或接触以及非接触类型传感器。还可以根据不同的情况选择合适的位置安装传感器。另外，被检测体（如实施例中的遮光片1032）还包括连接座102或基座101本身，这里不做具体的限制。
如图5和图7所示，在一些实施例中，连接座102和导向杆1041之间通过直线轴承1042相连接。在本实施例中，直线轴承1042安装在导向孔1021中。直线轴承1042可使连接座102与导向杆1041之间的滑动连接更加顺畅。另外，在一些实施例中，导向孔1021中的直线轴承1042还可以替换为轴套，轴套包括但不限于复合衬套、自润滑轴套等，这里不做具体限制。此外，在一些实施例中，直线轴承1042/轴套与导向杆1041所构成的直线型导向组件还可替换为直线导轨结构。上述实施例中的导向杆1041即为导轨的一种形式，连接座102安装有与导向杆1041（导轨）滑动配合的滑块。当然，滑块也可以替换为设置在连接座102上的滑槽，滑槽与导向杆1041（导轨）滑动配合。
如图10和图11所示，本申请提供了一种保护机构10的实施例2，基座101包括第一侧板1011和设置在第一侧板1011上的第二侧板1012a。导向杆1041a的第一端通过紧固螺栓安装在第二侧板1012a上，连接座102的导向孔1021a与导向杆1041a滑动配合。导向杆1041a的第二端套接有螺旋弹簧105，并通过导向杆1041a第二端的紧固螺栓将螺旋弹簧105和连接座102限制在基座101上。本实施例的原理与保护结构的实施例1相同，这里不再赘述。
图12提供了另一种应用场景，两个机械臂200的自由端201均安装有本申请的保持设备100。其中，第一机械臂200a通过其上的保持设备100将第一工件放置在砧座301的上方，并能确保第一工件与砧座301之间紧密地贴合；第二机械臂200b通过其上的保持设备100将第二工件放置在第一工件的上方，并能确保第二工件与第一工件之间紧密地贴合。
本申请的保持设备100并不限制加工的方向，上述实施例仅用于示例，在应用中，上述第一方向D1相对于地面，可以垂直方向、水平方向或任意角度的倾斜方向。第一方向D1与工件在加工时的受力方向相同。
以上所述仅为本申请的一些施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
