用于自动装配或者对接系统的被动柔顺机构

1、一种用于自动装配或者对接系统的被动柔顺机构，包括：两个滚珠丝杠、 两个螺帽、两个直线导轨、齿轮、两个齿条、两个制动器、轴承、弹簧、固定支 撑、把持末端，其特征是，两个滚珠丝杠均通过轴承设置在固定支撑上，并彼此 保持轴线平行；两个直线导轨分别靠近两个滚珠丝杠固定设置在固定支撑上，均 与相应的滚珠丝杠保持轴线平行；两个螺帽分别设置在滚珠丝杠上并且与相近的 直线导轨相连接，两个制动器分别与两个滚珠丝杠保持同轴，并固定在固定支撑 上；两个齿条分别固定在两个螺帽上，两个齿条与齿轮相互啮合连接，把持末端 固定设置在齿轮上，弹簧一端设置在固定支撑上，弹簧另一端设置在螺帽上。
2、根据权利要求1所述的用于自动装配或者对接系统的被动柔顺机构，其 特征是，所述的两个齿条左右对称的设置在齿轮两侧并始终与齿轮保持啮合。
3、根据权利要求1所述的用于自动装配或者对接系统的被动柔顺机构，其 特征是，所述的两个制动器在通电状态下，来自把持末端的外部阻力矩使得齿轮 旋转或者直线运动，通过齿轮与两个齿条的啮合，外部阻力矩转化为对两个螺帽 的推力，使两个螺帽沿各自轴向发生运动，运动方向相反或者相同。
4、根据权利要求1所述的用于自动装配或者对接系统的被动柔顺机构， 特征是，所述的直线导轨，限制螺帽只能沿直线导轨轴线直线运动。

技术领域\n本发明涉及的是一种机械技术领域的装置，具体的说，是一种用于自动装 配或者对接系统的被动柔顺机构。\n背景技术\n在机械工业自动装配生产线或者对接系统中，为了抵消系统运行误差和零 部件形位误差的影响，保证自动装配或者对接的精度，通常在机械手的末端使用 RCC(远柔顺中心)机构辅助完成装配或者对接工作。RCC全称为Remote Compliance Center，MIT Draper实验室根据此理论设计开发了一种典型的被动 柔顺机构，称作RCC机构。\n经对现有技术的文献检索发现，美国专利号为：4556203，名称为：Remote Center Compliance Device(远心柔顺装置)，该发明专利提出的被动柔顺机构 是一个由多根弹簧构成的能顺从空间多个自由度的柔顺手腕，根据远柔顺中心理 论，弹簧能够吸收来自把持末端任意方向的阻力，依靠弹性变形存储能量，从而 实现在有限的弹性变形区域内的被动柔顺装配。其优点在于：把持末端携带被装 配工件可以在有限范围内做出任意姿态的调整，实现快速的自动装配或者对接， 对自动装配设备和零部件的精度没有过多要求。RCC装置一般可以实现2-4毫米 的被动调整范围。其缺点在于：调整范围有限，在兼顾系统刚度的同时很难实现 更大的被动柔顺范围；无法解决装配系统的高刚度与高柔顺性之间的矛盾，即使 获知精确的装配位置数据之后也无法刚性化RCC装置，不具备位置记忆功能。\n发明内容\n本发明针对自动装配或者对接系统中使用的RCC机构存在的调整范围有限、 不具备刚性化位置记忆功能的问题，提供一种用于自动装配或者对接系统的被动 柔顺机构。本发明具有调整范围大、高柔性、可以刚性化、可以记忆把持末端携 带的被装配工件的正确装配或者对接姿态等特点，解决传统RCC机构的问题。\n本发明是通过以下技术方案实现的。本发明包括：两个滚珠丝杠、两个螺 帽、两个直线导轨、齿轮、两个齿条、两个制动器、轴承、弹簧、固定支撑、把 持末端。两个滚珠丝杠分别通过轴承安装在固定支撑上，可自由旋转，彼此保持 轴线平行。两个直线导轨分别靠近两个滚珠丝杠固定安装在固定支撑上，均与相 应的滚珠丝杠保持轴线平行。两个螺帽分别安装在滚珠丝杠上并且与相近的直线 导轨相连接，由直线导轨限制螺帽只能沿其轴线直线运动、不可旋转。由于滚珠 丝杠不具备自锁功能，因此推动螺帽沿轴线直线移动时，相配合的滚珠丝杠将发 生旋转。两个制动器分别与两个滚珠丝杠保持同轴，固定在固定支撑上，制动器 保持通电状态下两个滚珠丝杠可以自由旋转，制动器断电后可以限制两个滚珠丝 杠的旋转实现对滚珠丝杠制动。两个齿条分别固定在两个螺帽上，并且与齿轮相 互啮合连接，这一结构要求两个齿条对称的安装在齿轮的两侧。把持末端固定安 装在齿轮上，用来完成被装配工件的把持操作。弹簧一端安装在固定支撑上，另 一端安装在螺帽上，用来实现被动柔顺机构的原点复位。\n本发明可以在多个自由度方向实现大调整范围的被动柔顺。由于携带着被 装配工件的把持末端固定安装在齿轮上，因此在把持末端遇到外部阻力时，其在 本发明的被动柔顺自由度方向的分力使齿轮发生平移或者旋转。由于齿轮与两个 齿条同时啮合运动，因此来自把持末端的阻力将转化为对两个螺帽的推力，进一 步迫使滚珠丝杠产生旋转运动。把持末端的直线方向调整使得两个滚珠丝杠同向 旋转，把持末端的角度方向调整使得两个滚珠丝杠反向旋转。螺帽可以沿滚珠丝 杠轴向进行大行程的移动，由此实现大调整范围的被动柔顺机构。\n本发明中的两个制动器分别与两个滚珠丝杠保持同轴安装，其保持通电状 态下滚珠丝杠可以自由旋转，保证本发明的被动柔顺功能；其断电后可以制动限 制滚珠丝杠的旋转，因此被动柔顺机构被刚性化，失去柔顺功能。这在自动装配 生产线或者对接过程中具有非常重要的意义。使用本发明提供的被动柔顺机构一 旦完成一次自动装配或者对接，机构自动调整到正确的装配姿态后，继续完成后 续的重复性的工作时，可以通过制动器刚性化本发明的被动柔顺机构，也就是使 其记忆当前正确的对接姿态，由此可以缩短装配时间提高生产效率。另一方面， 制动器作用在滚珠丝杠上的制动力矩与来自把持末端的外部阻力矩相平衡，同时 滚珠丝杠的导程一般很小，因此本发明提供的被动柔顺机构可以通过较小的制动 力矩来克服较大的外部阻力，也就是说，在制动状态下可以提供较高的系统刚度。\n附图说明\n图1是本发明结构示意图\n图2是本发明角度方向被动柔顺示意图\n图3是本发明直线方向被动柔顺示意图\n具体实施方式\n下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方 案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述 的实施例。\n如图1、图2和图3所示，本实施例包括：第一滚珠丝杠1、第二滚珠丝杠 2、第一螺帽3、第二螺帽4、第一直线导轨5、第二直线导轨6、齿轮7、第一 齿条8、第二齿条9、第一制动器10、第二制动器11、第一轴承12、第二轴承 13、第三轴承14、第四轴承15、第一弹簧16、第二弹簧17、第三弹簧18、第 四弹簧19、第一固定支撑20、第二固定支撑21、把持末端22。各部件相互连接 关系为：第一滚珠丝杠1通过第一轴承12和第二轴承13安装在第一固定支撑 20和第二固定支撑21之间，同样，第二滚珠丝杠2通过第三轴承14和第四轴 承15安装在第一固定支撑20和第二固定支撑21之间，均可自由旋转，彼此保 持轴线平行。第一直线导轨5和第二直线导轨6分别靠近两个滚珠丝杠1和2 固定安装在第一固定支撑20和第二固定支撑21之间，均与相应的滚珠丝杠保持 轴线平行。第一螺帽3和第二螺帽4分别安装在第一滚珠丝杠1和第二滚珠丝杆 2上并且与相近的直线导轨相连接，由直线导轨限制螺帽只能沿其轴线直线运 动。第一制动器10和第二制动器11分别与第一滚珠丝杠1和第二滚珠丝杆2 保持同轴，固定在第二固定支撑21上，两个制动器10、11保持通电状态下第一 滚珠丝杠1、第二两个滚珠丝杠2可以自由旋转，两个制动器10、11断电后可 以限制第一滚珠丝杠1、第二两个滚珠丝杠2的旋转实现制动。第一齿条8和第 二齿条9分别固定在两个螺帽3、4上，彼此相对齿轮7对称并且与齿轮7保持 相互啮合连接。把持末端22固定安装在齿轮7上，用来完成被装配工件的把持 操作。第一弹簧16、第二弹簧17、第三弹簧18、第四弹簧19一端安装在第一 固定支撑20或第二固定支撑21上，另一端安装在第一螺帽3或第二螺帽4上， 用来实现被动柔顺机构的原点复位。\n图2为被动柔顺机构在角度方向作出柔顺调整示意图。第一制动器10与第 二制动器11均保持通电状态，来自把持末端22的外部阻力矩使得齿轮7旋转， 通过齿轮7与第一齿条8和第二齿条9的啮合，外部阻力矩转化为对第一螺帽3 和第二螺帽4的推力，使两个螺帽沿各自轴向发生运动，运动方向相反。第一滚 珠丝杠1、第二滚珠丝杠2反向旋转实现这一具有大调整角度的柔顺功能。第一 制动器10与第二制动器11断电后可以对机构制动，记忆装配位置。\n图3为被动柔顺机构在直线方向作出柔顺调整示意图。第一制动器10与第 二制动器11均保持通电状态，来自把持末端22的外部阻力使得齿轮7直线运动， 通过齿轮7与第一齿条8和第二齿条9的啮合，外部阻力转化为对第一螺帽3 和第二螺帽4的推力，使两个螺帽沿各自轴向发生运动，运动方向相同。第一滚 珠丝杠1、第二滚珠丝杠2同向旋转实现这一具有大调整距离的柔顺功能。第一 制动器10与第二制动器11断电后可以对机构制动，记忆装配位置。