一种能调整接触力并减小变形影响的机械臂结构技术领域
本发明涉及一种能调整接触力并减小变形影响的机械臂结构，属于精密机械领
域，用于精密机械中零件的装配和加工。
背景技术
随着中国制造2025的推进以及对微小精密器件产量需求的增长，市场对自动化的
高精度制造和装配装备需求不断增长，其中末端执行器的位置精度和重复位置精度受到机
械臂的结构和刚度影响较大，对制造和装配质量和成品率有重要影响。
目前国内外的多数研究集中于误差的测量和补偿。朱坚民等应用激光跟踪仪辨识
机器人的结构误差，分析关节转角偏差随工况的变化，在ADAMS环境下建立空间位置精度预
测模型，为位置精度的补偿提供依据。【朱坚民等，制造业自动化，2016(3)，47-52】。张生芳
等在D-H坐标系下，结合运动学分析，基于函数微分法建立末端执行器位置误差模型，研究
了螺旋铣孔机器人末端执行器的位置精度，并在ADAMS软件下建立了机器人的虚拟样机进
行运动学仿真验证上述模型。【张生芳等，大连交通大学学报，2014(增刊1)，77-81】。於亚斌
等为了提高软件编程的工业机器人的铣削精度，利用标定工具对机器人的坐标系、零件坐
标系和工具坐标系标定，坐标变换后实现软件空间与实际空间的一致，之后依据所需完成
的任务进行编程，减小位置误差。【於亚斌等，机床与液压，2014(17)89-92】。
也有将显微视觉引入精密装配，利用三路显微视觉对零件实现在线测量，为了提
升零件与末端执行器图像的清晰度，便于信息的识别与提取，采用了提升小波算法。通过位
置的闭环控制，提高了装配的位置精度。【栾飞等，机器人，2016(9)563-568】。
综上所述，已有的提高位置精度的方法多针对自动化系统进行标定或者补偿，算
法比较繁琐。在实际应用中，如果末端执行器或工件位置改变，需要重新标定，减小了自动
化加工和装配系统的在线工作时间。如果仅采用显微视觉，则只适合装配或加工过程无装
配力和加工力的情况，否则连接末端执行器的机械臂受力变形，导致位置发生偏差。
发明内容
本发明提供了能调整接触力并减小变形影响的机械臂结构，从结构上减小了机械
臂在受到装配力或者加工力后产生的变形量，从而提高自动装配和加工系统的精度。
本发明的技术方案：
一种能调整接触力并减小变形影响的机械臂结构，包括本体、工具单元和柱塞单
元；
本体包括机械臂底板1、加强筋2、视觉装置安装板3、机械臂安装板4和侧板，机械
臂底板1将机械臂结构整体连接到自动化制造或装配装备的其它部分；机械臂安装板4用于
连接末端执行器进行作业，加强筋2设置在机械臂安装板3下方，用于连接机械臂安装板4和
机械臂底板1，以提高械臂结构的刚度；视觉装置安装板3固定在机械臂安装板4上，用于固
定机器视觉系统及微动开关13，侧板通过柱塞固定元件连接柱塞12；
工具单元包括吸盘换接头9、末端执行器、弹簧片和弹簧片压板，吸盘换接头9经弹
簧片上压板和弹簧片下压板再与弹簧片连接，按照不同的任务要求更换不同的末端执行器
进行作业；弹簧片的另一端通过两片弹簧片压板固定在机械臂安装板4上，实现末端执行器
与机械臂结构的连接，在作业时起缓冲保护的作用，避免冲击造成零件受损；弹簧片成对出
现，使得即使末端执行器受力，导致弹簧片发生变形，末端执行器的轴线始终与机械臂安装
板4垂直；
柱塞单元包括柱塞12、柱塞固定元件、微动开关13、微动开关连接板14和支撑横梁
7，柱塞12下压后接触工具单元的弹簧片上压板，产生预紧力；当末端执行器受力，弹簧片压
板上抬，接触到微动开关13后，微动开关13断开电路避免末端执行器夹持的工件受力过大
损坏；柱塞12由柱塞固定元件与侧板连接；微动开关12通过微动开关连接板14与视觉装置
安装板3连接；支撑横梁7固定在视觉装置安装板3上，与弹簧片下压板接触，防止柱塞12的
预紧力过大导致弹簧片产生过大变形。
所述的柱塞固定元件为柱塞固定角座11，柱塞固定角座11与侧板通过螺栓连接，
柱塞12插入柱塞固定角座11的柱塞孔中，旋转柱塞12，接触到弹簧片上压板。
当工具单元的吸盘换接头连接末端执行器进行工件夹持，移动，放置和预压时，由
于重力和预压力的作用，机械臂的弹簧片会发生变形，从而形成位移误差。而柱塞给予弹簧
片上压板的预紧力能部分抵消重力和预压力的影响。当向下扭动柱塞给其施加预紧力时，
支撑横梁给予了弹簧片下压板支撑，从而限制了弹簧片下压板的位移。由于此支撑的存在，
悬臂的受力后的变形减小。
本发明的效果和益处是此能调整接触力并减小变形影响的机械臂结构紧凑，电气
连接简单，易于与精密加工和装配设备集成，在狭小空间内作业亦不易产生干涉。利用该机
械臂进行作业，可以减小机械臂受力后的变形量，上下弹簧片的设计可以减小末端执行器
受变形后轴线角度的改变，进而提高装配或加工作业的位置精度。
附图说明
图1是减小悬臂变形的机械臂结构图。
图中：1机械臂底板；2加强筋；3视觉装置安装板；4机械臂安装板；5弹簧片下压板
一；6下弹簧片；7支撑横梁；8弹簧片下压板二；9吸盘换接头；10弹簧片上压板一；11柱塞固
定角座；12柱塞；13微动开关；14微动开关连接板；15上弹簧片；16弹簧片上压板二。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
机械臂由本体，工具单元和柱塞单元组成。其中本体包括机械臂底板1、机械臂安
装板4、视觉装置安装板3、侧板和加强筋2；工具单元包括吸盘换接头9、末端执行器、上下弹
簧片6，15和弹簧片下压板一5，弹簧片下压板二8，弹簧片上压板一10，弹簧片上压板二16组
成；柱塞单元包括柱塞12、柱塞固定角座11、微动开关13、微动开关连接板14和支撑横梁7组
成。
针对不同的作业对象可选用不同的末端执行器进行作业，以使用真空吸盘作为末
端执行器为例说明。
首先将真空吸盘固定在吸盘换接头9上，另一端通过弹簧片上压板一10、弹簧片下
压板二8与上弹簧片15及下弹簧片6连接；上弹簧片15、下弹簧片6再由弹簧片上压板二16及
弹簧片下压板一5固定在机械臂安装板4上；
柱塞固定角座11与侧板通过螺栓连接，柱塞12可插入柱塞固定角座11的柱塞孔
中，旋转柱塞12，接触到弹簧片上压板一10。由于柱塞12内部存在弹簧，因此旋转柱塞12时，
弹簧压缩产生弹性力，作用在弹簧片上压板一10上，给弹簧片上压板一10施加向下的力，通
过调整柱塞12的旋转量，可以控制该力的大小；
微动开关13固定在微动开关连接板14上，与视觉装置安装板3通过螺栓连接；视觉
装置安装板3通过螺栓与机械臂安装板4连接；机械臂底板1固定在导轨上，机械臂安装板4
通过加强筋2连接在机械臂底板1上。
作业时，使用真空吸盘吸取零件，在重力及柱塞12给弹簧片上压板一10施加的力
的共同作用下，上弹簧片12和下弹簧片6会向下弯曲变形，而支撑横梁7与弹簧片下压板二8
接触，给予弹簧片下压板二8支撑，从而限制了真空吸盘向下的位移，减小了机械臂的变形。
真空吸盘把零件放在指定位置之后，给零件施加一个向下的预压力，使得真空吸
盘抬起时零件不移动，真空吸盘及机械臂受到向上的反作用力。在反作用力的作用下，上弹
簧片12和下弹簧片6会向上弯曲变形。而柱塞12给弹簧片上压板一10施加向下的力会抵消
一部分反作用力，减小真空吸盘向上的变形。通过调整柱塞12的旋转量，可以控制接触力的
大小。当弹簧片上压板一10位移过大触碰到微动开关13时，机械臂将停止动作。