CN104149102B - 机器人工具自锁式快速换装盘 - Google Patents
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Abstract
机器人工具自锁式快速换装盘，属于机器人技术领域。为克服现有机器人自动更换工具存在可靠性较低，通用性较差问题。中心轴固定在工具侧接口盘的中心轴孔内，中心轴下端伸出中心轴孔外部；机器人侧接口盘的轴二侧壁上设有与工具侧接口盘的三个槽口相匹配的三个凸肩，机器人侧接口盘的轴二配合安装在工具侧接口盘的盲孔内；上部分柔性电器插座接口板固定在轴二侧壁上，下部分柔性电器插座接口板水平转动安装在中心轴上，上、下两部分柔性电器插座接口板的柔性电器插座配合安装；光电传感器、限位块及轴一固定在工具侧接口盘上，止退臂水平转动安装在轴一上，止退臂两端与连接块和复位挡片连接，连接块与复位弹簧连接。本发明用于机器人工具快换。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人工具自锁式换装盘，属于机器人技术领域。
背景技术
机器人是柔性制造***的基础之一，但是机器人有一定的限制，一台没有安装工具快换装置的机器人仅能装备一个末端执行器且被限制在一个应用中。例如，一台仅装备一个焊枪的机器人受焊枪大小几何尺寸的限制，不能完成其他类似材料抓举等工作。采用机器人工具快换装置，可以克服这些限制；工具快换装置让机器人有能力交换不同功能的末端执行器实现不同功能。工具快换装置可增加机器人应用的柔性、效率和生产力，并且集成于机器人柔性制造***中。机器人工具快换装置，使单个机器人能够在制造和装备过程中交换使用不同的末端执行器增加柔性，被广泛应用于自动点焊、弧焊、材料抓举、冲压、检测、卷边、装配、材料去除、毛刺清理、包装等生产操作中。另外，工具快换装置在一些重要的应用中能够为工具提供备份工具，有效避免意外事件发生。相对人工需数小时更换工具，工具快换装置自动更换备用工具能够在数秒钟内完成。同时，工具快换装置还被广泛应用在一些非机器人领域，包括托台***、柔性夹具、人工点焊和人工材料抓举等。
目前，国外在机器人工具自动更换技术方面比较先进，生产的自动更换器都有各自的特点，起步早，专业化程度高，但价格昂贵。国内一些大学和研究所也进行了一定的研究，但都没有形成产业化，只是对于某个特殊领域进行研究，大多数产品都存在质量、可靠性较低，通用性较差等缺点，与国外先进水平差距较大。由于前述原因的存在，目前国内大多数机器人应用企业仍然采用人工更换工具、每次花费数小时的时间，造成机器人使用效率低下、不利于机器人技术应用的快速发展。另外，无论是国外还是国内，在机器人自动工具快换装置的锁紧方面均使用压缩空气驱动，所以当压缩空气源***出现意外时自动锁紧仍存在着某种程度的不可靠性。
发明内容
本发明的目的是为克服现有机器人自动更换工具存在可靠性较低，通用性较差的问题，进而提供一种机器人工具自锁式快速换装盘。
本发明为解决上述问题，采取的技术方案是：
机器人工具自锁式快速换装盘，它包括机器人侧接口盘、自锁旋臂复位机构、工具侧接口盘、柔性电器插座接口板、中心轴、连接块；所述的自锁旋臂复位机构包括光电传感器、复位挡片、轴一、止退臂、复位弹簧、限位块、连接块；
所述的工具侧接口盘上表面中心设有盲孔，所述的盲孔内的底面上设有中心轴孔，所述的中心轴固定在中心轴孔内，且中心轴下端伸出中心轴孔外部；盲孔内壁设有三个槽口，所述的三个槽口沿盲孔圆周均布设置，机器人侧接口盘下表面中心设有与工具侧接口盘的盲孔相匹配的轴二，所述的轴二侧壁上设有与工具侧接口盘的三个槽口相匹配的三个凸肩，轴二的下表面设有与中心轴相配合的中心孔，机器人侧接口盘的轴二配合安装在工具侧接口盘的盲孔内；所述的柔性电器插座接口板分上下两部分，上部分柔性电器插座接口板固定在轴二侧壁上，下部分柔性电器插座接口板水平转动安装在中心轴上，上部分柔性电器插座接口板的柔性电器插座与下部分柔性电器插座接口板的柔性电器插座相配合安装；所述的光电传感器、限位块及轴一固定在工具侧接口盘上表面，所述的止退臂水平转动安装在轴一上，止退臂一端与连接块连接，止退臂另一端与复位挡片连接，所述的连接块与复位弹簧一端连接；当自锁旋臂复位机构处于自锁状态时，复位弹簧另一端抵靠在限位块上，复位挡片触发光电传感器7。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
一、本发明的机器人工具自锁式快速换装盘，通过机器人侧接口盘、工具侧接口盘、柔性电器插座接口板、自锁旋臂复位机构等既可实现机器人工具快换功能，具有结构简单、操作简便、效率高(更换完成时间小于30秒)、安全性高、***条件依赖性小等优点。
二、本发明整体结构质量轻、机器人末端运动惯量小(总重12kg，转动惯量为0.051kg/m2)，减轻了机器人末端的驱动电机负荷。
综上，本发明可满足我国工业快速发展过程中大多数机器人应用企业对工具快速换装盘的需求；可改变大多数机器人应用企业仍然采用人工更换工具、每次花费数小时的时间，造成机器人使用效率低下、不利于机器人技术应用快速发展的局面。
附图说明
图1是本发明的机器人工具自锁式快速换装盘的立体图；
图2是机器人侧接口盘与工具侧接口盘装配前的状态图；
图3是机器人侧接口盘的立体图；
图4是机器人侧接口盘的仰视图；
图5是工具侧接口盘的立体示图；
图6是中心轴的立体图；
图7是工具侧接口盘的仰视方向的立体图；
图8是工具库平台的立体图；
图9是工具侧接口盘去掉自锁旋臂复位机构、下部分柔性电器插座接口板及中心轴后的立体图；
图10是工具侧接口盘去掉自锁旋臂复位机构、下部分柔性电器插座接口板及中心轴后的主剖视图。
图中的零部件名称及标号如下：
机器人侧接口盘1、自锁旋臂复位机构 2、工具侧接口盘 3、柔性电器插座接口板 4、中心轴 5、连接块 6、光电传感器 7、接近开关 8、复位挡片 9、轴一 10、槽口 11、止退臂 12、复位弹簧 13、限位块 14、轴二 15、凸肩 16、上部分柔性电器插座接口板 17、下部分柔性电器插座接口板 18、气缸 19、圆台体 20、圆柱体一 21、圆柱体二 22、法兰接口 23、导套 24、定位导柱 25、机器人 26、工具库平台 27、凸起 28、凹槽 29。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
具体实施方式一：如图1～图10所示，机器人工具自锁式快速换装盘，它包括机器人侧接口盘1、自锁旋臂复位机构 2、工具侧接口盘 3、柔性电器插座接口板 4、中心轴 5、连接块 6；所述的自锁旋臂复位机构2包括光电传感器 7、复位挡片 9、轴一 10、止退臂 12、复位弹簧 13、限位块 14、上部分柔性电器插座接口板 17、下部分柔性电器插座接口板 18、连接块6；
所述的机器人侧接口盘1上端配合安装在所述的机器人26的末端接口上(若是四自由度机器人，就安装在第四轴的机械接口上；若是六自由度机器人，就安装在第六轴的机械接口上)，所述的工具侧接口盘3下端配合安装在工具库平台27的机械接口上(所述的工具指焊枪、点焊机、机械或气动手爪等，更换都需要在工具库平台27的底座上完成，工具侧接口盘3下端面对称设有两个凸起28，所述的两个凸起28与工具库平台27机械接口上的两个凹槽29相配合)；工具侧接口盘3上表面中心设有盲孔，所述的盲孔内的底面上设有中心轴孔，所述的中心轴5固定在中心轴孔内，且中心轴5下端伸出中心轴孔外部；盲孔内壁设有三个槽口11，所述的三个槽口11沿盲孔圆周均布设置，机器人侧接口盘1下表面中心设有与工具侧接口盘3的盲孔相匹配的轴二15，所述的轴二15侧壁上设有与工具侧接口盘3的三个槽口11相匹配的三个凸肩16，轴二15的下表面设有与中心轴5相配合的中心孔，机器人侧接口盘1的轴二15配合安装在工具侧接口盘3的盲孔内；所述的柔性电器插座接口板4分上下两部分，上部分柔性电器插座接口板17固定在轴二15侧壁上，下部分柔性电器插座接口板18水平转动安装在中心轴5上，上部分柔性电器插座接口板17的柔性电器插座与下部分柔性电器插座接口板18的柔性电器插座相配合安装；所述的光电传感器7、限位块14及轴一10固定在工具侧接口盘3上表面，所述的止退臂12水平转动安装在轴一10上，止退臂12一端与连接块6连接，止退臂12另一端与复位挡片9连接，所述的连接块6与复位弹簧13一端连接；当自锁旋臂复位机构2处于自锁状态时，复位弹簧13另一端抵靠在限位块14上，复位挡片9触发光电传感器7。光电传感器7为外购产品。
具体实施方式二：如图7、图10所示，具体实施方式一所述的机器人工具自锁式快速换装盘，所述的工具侧接口盘3的盲孔底面为向中心倾斜的斜面，所述的斜面倾斜角度用α表示，α＝6～8°。在旋转安装两接口盘时起到无间隙连接的作用。
具体实施方式三：如图1、图2、图6所示，具体实施方式一所述的机器人工具自锁式快速换装盘，所述的中心轴5由同轴且依次制为一体的圆台体20、圆柱体一21和圆柱体二22构成，所述的圆台体20的大端直径与圆柱体一21直径相同，所述的圆柱体一21的直径小于圆柱体二22的直径；所述的中心轴孔与中心轴5的圆台体20相配合，所述的中心轴5的圆柱体二22与所述的工具库平台27的机械接口相配合，所述的下部分柔性电器插座接口板18水平转动安装在中心轴5的圆柱体一21上。
具体实施方式四：如图3所示，具体实施方式一所述的机器人工具自锁式快速换装盘，所述的机器人侧接口盘1上表面设有与机器人末端接口相匹配的法兰接口23。
具体实施方式五：如图2所示，具体实施方式一至四中任意一项所述的机器人工具自锁式快速换装盘，所述的下部分柔性电器插座接口板18上表面固定有一导套24，所述的上部分柔性电器插座接口板17下表面固定有可沿导套24轴向滑动的定位导柱25，以保证电器插座在接插时的准确性和可靠性。
具体实施方式六：如图5所示，具体实施方式一所述的机器人工具自锁式快速换装盘，所述的工具侧接口盘3上表面安装有接近开关8。
工作原理
如图1～图10所示，工具库平台27侧壁上端沿径向安装有气缸19，用来分离工具侧接口盘3及限制工具侧接口盘3转动。在需要更换工具时，机器人带动本发明的快换装置安放在相对应的工具库平台27上，工具侧接口盘3底部的凸起28嵌入工具库平台27的凹槽29内，同时触发安装在工具侧接口盘3上的接近开关8，气缸19动作压动自锁旋臂复位机构转动，解除自锁状态。止退臂在旋转过程中，复位挡片触发光电传感器，机器人末端带动机器人侧接口盘逆时针旋转60°，机器人侧接口盘的三个凸肩与工具侧接口盘的三个槽口相对应后垂直上升与工具侧接口盘分离，机器人运动到需要更换的工具侧接口盘位置，机器人侧接口盘的三个凸肩与工具侧接口盘的三个槽口相对应垂直下降到位时，接近开关触发。触发后，气缸19伸出压动自锁旋臂复位机构2，当自锁旋臂复位机构2的复位挡片9触发光电传感器7时，机器人26末端带动机器人侧接口盘1顺时针旋转60°，机器人侧接口盘1的三个凸肩16与工具侧接口盘3的三个槽口11相对，此时压紧气缸19收回，所述的快换装置自锁，机器人26垂直上升离开工具库平台27，至此完成一次工具更换。
Claims (6)
1.一种机器人工具自锁式快速换装盘，其特征是：它包括机器人侧接口盘（1）、自锁旋臂复位机构（2）、工具侧接口盘（3）、柔性电器插座接口板（4）、中心轴（5）、连接块（6）；所述的自锁旋臂复位机构（2）包括光电传感器（7）、复位挡片（9）、轴一（10）、止退臂（12）、复位弹簧（13）、限位块（14）、连接块（6）；
所述的工具侧接口盘（3）上表面中心设有盲孔，所述的盲孔内的底面上设有中心轴孔，所述的中心轴（5）固定在中心轴孔内，且中心轴（5）下端伸出中心轴孔外部；盲孔内壁设有三个槽口（11），所述的三个槽口（11）沿盲孔圆周均布设置，机器人侧接口盘（1）下表面中心设有与工具侧接口盘（3）的盲孔相匹配的轴二（15），所述的轴二（15）侧壁上设有与工具侧接口盘（3）的三个槽口（11）相匹配的三个凸肩（16），轴二（15）的下表面设有与中心轴（5）相配合的中心孔，机器人侧接口盘（1）的轴二（15）配合安装在工具侧接口盘（3）的盲孔内；所述的柔性电器插座接口板（4）分上下两部分，上部分柔性电器插座接口板（17）固定在轴二（15）侧壁上，下部分柔性电器插座接口板（18）水平转动安装在中心轴（5）上，上部分柔性电器插座接口板（17）的柔性电器插座与下部分柔性电器插座接口板（18）的柔性电器插座相配合安装；所述的光电传感器（7）、限位块（14）及轴一（10）固定在工具侧接口盘（3）上表面，所述的止退臂（12）水平转动安装在轴一（10）上，止退臂（12）一端与连接块（6）连接，止退臂（12）另一端与复位挡片（9）连接，所述的连接块（6）与复位弹簧（13）一端连接；当自锁旋臂复位机构（2）处于自锁状态时，复位弹簧（13）另一端抵靠在限位块（14）上，复位挡片（9）触发光电传感器（7）。
2.根据权利要求1所述的机器人工具自锁式快速换装盘，其特征是：所述的工具侧接口盘（3）的盲孔底面为向中心倾斜的斜面，所述的斜面倾斜角度用α表示，α=6~8°。
3.根据权利要求1所述的机器人工具自锁式快速换装盘，其特征是：所述的中心轴（5）由同轴且依次制为一体的圆台体（20）、圆柱体一（21）和圆柱体二（22）构成，所述的圆台体（20）的大端直径与圆柱体一（21）直径相同，所述的圆柱体一（21）的直径小于圆柱体二（22）的直径；所述的中心轴孔与中心轴（5）的圆台体（20）相配合，所述的中心轴（5）的圆柱体二（22）与工具库平台（27）的机械接口相配合，所述的下部分柔性电器插座接口板（18）水平转动安装在中心轴（5）的圆柱体一（21）上。
4.根据权利要求1所述的机器人工具自锁式快速换装盘，其特征是：所述的机器人侧接口盘（1）上表面设有与机器人末端接口相匹配的法兰接口（23）。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的机器人工具自锁式快速换装盘，其特征是：所述的下部分柔性电器插座接口板（18）上表面固定有一导套（24），所述的上部分柔性电器插座接口板（17）下表面固定有可沿导套（24）轴向滑动的定位导柱（25）。
6.根据权利要求1所述的机器人工具自锁式快速换装盘，其特征是：所述的工具侧接口盘（3）上表面安装有接近开关（8）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: Yellow Sea zone haping road centralized development zone in Harbin City, Heilongjiang province 150000 No. 25 1 floor East Patentee after: HARBIN BOQIANG ROBOT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 150000 room 368, 1508 Changjiang Road, Nangang concentration area, Harbin, Harbin, Heilongjiang Patentee before: HARBIN BOQIANG ROBOT TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yu Chuanfu Inventor after: Wang Xiaosong Inventor after: Liang Hengbin Inventor before: Yu Chuanfu Inventor before: Wang Xiaosong Inventor before: Liang Hengbin |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210119 Address after: 245400 building 3, Yaoshun Avenue, Haiyang Town, Xiuning County, Huangshan City, Anhui Province Patentee after: Chen Weidi Address before: East area, 1st floor, building 1, No.25, Huanghai Road, Harbin Development Zone, Heilongjiang Province Patentee before: HARBIN BOQIANG ROBOT TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211229 Address after: 214500 Fuyang Road, Jingjiang Development Zone, Taizhou City, Jiangsu Province Patentee after: JINGJIANG YONGXIN SPECIAL STEEL Co.,Ltd. Address before: 245400 building 3, Yaoshun Avenue, Haiyang Town, Xiuning County, Huangshan City, Anhui Province Patentee before: Chen Weidi |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150909 |