摘 要

随着工业生产规模的扩大和生产成本的提高，自动化生产逐渐取代传统的工业生产模式，成为制造业发展的趋势。自动化生产方式具有高效，易控，产品质量稳定等特点，而提高自动化生产水平最直接的方式是使用机器人。随着工业机器人性能不断提高，其机械结构向模块化、可重构化发展。机器人技术开始源源不断地向各个应用领域渗透。然而，末端执行器越来越成为制约工业机器人的应用发展的重要因素。采用快速装夹能解决频繁的更换工具的过程，就十分合理。因此，此设计有重要的生产现实意义。

自动更换装置的关键是锁紧装置和切换机构。自动更换装置的锁紧装置主要有凸轮式、卡盘式、钢球式和膨胀式等。切换机构主要有气动、液压等方式。对机器人快速装夹头的设计，采用solidworks软件分析装夹头结构，综合实现机器人快速装夹功能。

关键字：机器人、快速更换装置、锁紧装置、切换机制

The Design of Robotic Quick Tool Changer

Abstract

With the expansion of the scale of industrial production and the increase of production cost, automatic production gradually displaces the traditional industrial production and becomes the trend of the development of manufacturing industry. Automatic production is efficient, easy to control, stable and so on. The most direct way to improve automatic production is to put robots into use. As the performance of the industrial robot is being improved, its mechanical structure has been more and more modularized and reconfigurable. Robotics is starting to trickle down to application fields. However, the end-effector is becoming a limit in the development of industrial robots. It makes sense to use a quick tool changer to solve the problem of replacing the tool frequently. Therefore, this design is of great significance to real manufacturing process.

The key to automatic tool changer is the lock and switching mechanism. The lock device of automatic tool changer mainly has cam type, chuck type, ball type and expansion type. The switching mechanism mainly has pneumatic type, hydraulic type and so on. In this paper, the design of the robotic quick tool changer is analyzed by Solidworks , and the function of quick tool changer is realized.

Key words : robot ;quick tool changer;locking device;switching mechanism

目录

1. 绪论 1

1.1研究的目的及意义 1

1.2机器人快速装夹的研究现状 1

1.2.1国外机器人快换装夹技术研究现状 2

1.2.2 国内机器人快换装夹技术研究现状 2

1.3主要研究内容 3

1.4本章小结 3

2.机器人快速装夹装置方案 4

2.1引言 4

2.2机器人快换装置组成 4

2.3机器人快换系统工作原理 5

2.4快换装置关键技术研究 6

2.4.1锁紧机构 6

2.4.2切换机制 9

2.5气动系统方案 10

2.6总体方案 11

2.7本章小结 11

3.机器人快速装夹装置设计 12

3.1引言 12

3.2快换装置性能要求 12

3.3快换装置设计参数 12

3.4机器人快速装夹的设计与建模 13

3.4.1切换模块 13

3.4.2锁紧模块 18

3.4.3气路模块 21

3.5本章小结 23

结论 25

致谢 26

参考文献 27

1. 绪论

1.1研究的目的及意义

目前,机器人已广泛用于汽车制造业、机械加工、电子电器生产等工业生产领域。在工业生产领域的焊接、搬运、码垛及装配等方面，工业机器人都已被大量应用。在制造业中,机器人己逐步取代人工作业，极大地提高了生产率、减轻工人的负担^[1]。然而，末端执行器越来越成为制约工业机器人的应用发展的重要因素。试以一个典型机械加工为例，完成一个工件需要一次或多次的上料、切削、下料和测量等过程，如果采用两个机器人，就会显得浪费。如果用一个机器人，采用快速装夹就能解决频繁的更换工具的过程，就十分合理。

机器人工具快速装夹装置由主端口与工具端口两部分组成，两端口可以通过气动、液压等方式锁紧。大多数情况使用气动方式锁紧主端口和工具端口。机器人工具快换装置是一种高柔性的生产装置。工具快换装置的主端口安装在机器人一端，与机械臂相连工具端口则与各种生产工具相连接。

机器人工具快速装夹技术的应用，扩大了机器人手爪的应用范围，提高了单个机器人生产的柔性，避免了传统工具更换模式下，操作人员受到意外伤害的危险性，大大增加了机器人在工业生产中的安全性，稳定性和效率，有利于降低生产成本，具有广泛推广应用的价值^[2]。

1.2机器人快速装夹的研究现状

目前，国外的机器人快速装夹技术更为领先，生产的工具快换装置特点各异，专业化程度高，但购价高昂，核心技术保密。而国内的一些大学和研究所也进行了一些研究，但并没有产业化，并且存在可靠性与通用性的问题，与国外的先进技术有一定的差距。^[3]

1.2.1国外机器人快换装夹技术研究现状

ATI公司研制的机器人工具快换装置满足了自动更换末端执行器或其它外围工具的要求。其QC系列工具快换装置的在保证高重复精度的要求下，能够无故障反复工作数百万次。ATI公司的机器人工具快换装置含有一个与机械臂相连的主端口和一个与工具相连的工具端口。主端口内部锁紧机构依靠一个气动的活塞。活塞凸出的部分有一个45°的锥角。接下来是一个圆柱体部分，最后，一个15°角的圆锥。当机械臂与工具连接时，利用气压驱动凸轮推动主盘中滚珠，滚珠被推进锁紧环并被紧紧的锁住；解锁时，主端口另一侧产生气压供给，滚珠才会被松开。^[4]

美国AGI 公司生产的工具更换器，能使工具自动更换更加柔顺，具有安全、高可靠性和极高的重复精度，能减少生产成本，提高生产效率，缩短日常保养和维护更换时间。同时，凸轮式锁紧装置，保证了锁紧装置突然失去气压时，机器人仍能与工具接口不分离。该锁紧装置利用气动活塞驱动凸轮指进入锁紧环內手部端口进行锁紧，使其拥有自动防故障能力。^[5]