[发明专利]一种工业机器人智能手腕装备系统及其操作方法

说明书

本发明提供工业机器人智能手腕装备系统，包括：机器人侧及工具侧，机器人侧包括：机器人侧法兰主体，机器人侧BK模块，机器人侧电连接结构模块，机器人侧焊接模块，机器人侧水气模块，机器人侧锁紧端，钢珠，机器人侧定位孔，电磁阀，压力传感器，锁紧压簧，密封缸体，活塞，磁环，密封圈、锥槽锁芯，机器人侧到位传感器，机器人侧模块定位孔，模块定位套，机器人侧活塞磁性开关感应器及机器人侧电连接模块导向套。工具侧包括工具侧法兰形式主体，工具侧定位销，工具侧曲面锁紧圈，工具侧电连接结构模块、水气模块及焊接模块，工具侧检测与计数模块，工具侧曲面锁紧端钢珠锁紧配合槽，工具侧模块定位孔及工具侧电连接模块导向销。并提供相应操作方法。

技术领域

本发明属于智能制造技术领域，特别是涉及一种工业机器人智能手腕装备系统(auto tools change简称ATC)及其操作方法。

背景技术

在工业4.0的时代背景下，工业机器人在生产制造领域起着举足轻重的作用，传统的工业机器人是基于预订的作业任务设计的，其固定构造显示出很大的局限性，绝大多数机器人在自动化生产过程中只能完成一种操作，实际生产过程中，一个产品需要经过多道复杂工序，每个工位的机器人负责单一的工作，企业需要配置多台机器人才能完成整个工艺过程，这样的自动化生产线对机器人的数量要求较多，占用工作空间较大，企业的生产制造成本大幅增加，因此，流水线式的机器人作业在小批量生产、产品不便于移动、工作空间有限等情况下并不适用，反而单台机器人实现多种操作任务的方案更加可行。

随着工业机器人逐步向模块化、可重构化方向发展，机器人可以通过更换末端执行工具以实现多种操作任务，目前多采用的方式是人工手动更换。这样存在很多不足，一方面，更换末端工具的过程本身很繁琐，频换更换机器人末端工具会造成人力、物力以及时间的浪费；此外，每次更换末端执行器后都需要重新定位，加工误差变大，严重制约了机器人的推广和应用。

工业机器人智能手腕装备系统又被称为机器人末端工具切换工具(ATC)，是一种用于机器人快速切换末端执行机构的装置，可以通过快速切换不同的末端执行机构，使机器人更柔性、更高效的用于多种作业方式，生产线所需的末端执行机构更换可以在几秒内完成，维护和修理工具可以快速更换，大大降低了因更换末端执行工具而停工停产的事件，通过在应用中使用两个或以上的末端执行器，从而使柔性增加；使用自动交换单一功能的末端执行器，代替原来笨重复杂的多功能执行器，被广泛应用于自动点焊、弧焊、材料抓举、冲压、检测、装配、毛刺清理和包装等操作。

工业机器人智能手腕装备(ATC)包含其机器人侧，一般安装在机器人末端法兰处，还包含一个或多个工具侧，放置在工具架上，分别用来安装在不同的末端执行机构上，利用电信号和压缩空气完成机器人侧和工具侧的耦合锁紧或打开。国外对机器人末端工具快速更换装置的研究发展很成熟，如美国、日本、瑞典等。市场对ATC的需求越来越大，然而生产厂家很少，国内汽车厂生产线基本上使用的都是进口品牌的机器人末端工具切换装置，比如史陶比尔，ATI等进口品牌，ATI快速更换装置的动力源大多数是采用气压传动锁紧工具盘以及末端执行器，当然也提供液压、电动等传动方式，还提供多种附属产品，但是产品价格高，项目投入成本和后期的维护保养成本都很高，产品周期长，影响项目进度和设备的维护保养，售后响应速度慢，影响用户的正常生产。

如图1和图2所示的机器人侧主体结构示意图以及工具侧主体结构示意图，现有工业机器人智能手腕装备系统的机器人侧包括机器人侧主体1以及机器人侧外挂模块侧面安装位置3，工具侧包括工具侧主体2以及工具侧外挂模块侧面安装位置4，可供安装总线模块，电连接模块，水气模块和焊接模块等外挂模块的位置都位于机器人侧和工具侧的主体侧面；并且侧面安装位置固定，不能变化。

总之，现有技术存在如下的缺点：

1、现有工业机器人智能手腕装备系统外挂模块整体布局形式固定，安装位置对于实际工作环境较为苛刻的情况下，其不能满足实际工作环境的需求。