CN111085988A - 一种具有快拆连接方式的轻量协作机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于具有快拆连接方式的轻量协作机器人，相邻模块化关节间通过快拆结构连接，可实现模块化关节间的动力传递。模块化关节上设计有固定的对接盘以及由驱动器驱动的转动连接盘；快拆结构采用双对接环对扣相邻模块化关节间的固定对接盘与转动对接盘，随后设计插销穿过两个连动盘上开设的半阶梯状凹槽对扣形成的通道后，通过转动插销，使插销与通道内的台肩配合定位。上述插销上套由弹簧，定位后弹簧产生压缩形变，由此反向转动插销后，会使插销弹出通道，实现快拆。本发明结构简单，连接方便可靠，且相邻模块化关节间连接后具有高效传动扭矩。

Description

一种具有快拆连接方式的轻量协作机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，具体来说是一种具有快拆连接方式的轻量协作机器人

背景技术

随着自动化行业的发展，机器人技术使得机器人的能力得到不断提高，人们希望机器人能完成更加复杂的作业，很多工作依靠单一的机器人难以完成，需要更多机器人相互协调与合作共同完成。这对机器人行业提出了新的挑战。

与此同时，不同工况下，对机器人的能力需求不同，在狭小空间作业的过程中，冗余的关节能力会占用额外的空间与资源，人机协作不能达到合适的匹配，造成资源的浪费。

在机器本体的维护维修过程中，大部分采用螺钉紧固连接，在多次反复拆卸与紧固的过程中，螺钉易产生疲劳损坏及寿命问题，零件在紧固过程中，部分应力过大产生变形，减少了机器的寿命。

协作机器人依靠其安全及轻量的特点，越来越多的被客户所接受。此类机器人不需要外部防护装置或安全装置的情况下在人周围实现协同合作。大大缩小了占地及使用空间资源。与此同时，此每个组件为单一整体，实现单关节的模块化，每个组件为单独的驱动单元，内部集成驱动器，减速机，编码器的等元件，输出轴连接下个关节带动其运动，无需额外增加其他零件。

现有协作机器人都是通过螺钉安装连接，并且很多无模块化方案，单个零部件通过螺钉连接好后，再依次下个关节的各个零件。安装过程复杂，并且在维修拆卸的过程中，易产生疲劳损坏，此方案可以减少安装的繁琐性及降低拆卸的零件疲劳。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种具有快拆连接方式的轻量协作机器人，无螺钉连接的快拆结构，外部内六角孔，可直接用通用工具实现拆装，进而可以减少疲劳风险，同时也可以是实现机器人对不同配置的兼容，可以根据不同工况的需求，随意切换模块化关节配置，可以使人机协作达到合适的工作效率。

本发明用于具有快拆连接方式的轻量协作机器人，由多个模块化关节串联而成，相邻模块化关节间通过快拆结构连接，可实现模块化关节间的动力传递。

所述模块化关节具有主动面与被动面共两个连接面，两个连接面处分别设计有由驱动器驱动转动的主动面定位盘与固定的被动面定位盘。

主动面定位盘与被动面定位盘周向设计有环形槽，形成齿槽结构；主动面定位盘与被动面定位盘的顶面对应位置设计有相互匹配的矩形凸起与矩形凹进；通过将两个模块化关节中主动面定尾盘与被动面定位盘上的矩形凸起与矩形凹进配合插接，实现两个模块化关节间的周向固定。

所述快拆结构包括对接环与快拆插头；采用双对接环对扣相邻模块化关节间的主动面定位盘与被动面定位盘，实现两个模块化关节间的轴向定位。

所述快拆插头包括插销与弹簧；插销穿过两个连动盘上开设的半阶梯状凹槽对扣形成的定位盘定位通道后，通过转动插销，使插销与通道内的台肩配合定位，实现两个模块化关节间固定。

所述弹簧套于插销上，再两个模块化关节固定后，弹簧产生压缩形变；反向转动插销后，弹簧的弹力会使插销弹出通道，实现快拆。

本发明的优点在于：

1、本发明具有快拆连接方式的轻量协作机器人，结构简单，可以根据不同受力大小，调整伸缩头与矩形槽周向上的接触面积与插销尺寸，易于批量加工；外部对接环均有安装卡槽，防止运动过程中产生的松动问题；同时传动为方形键槽，利用此结构，可以避免螺钉连接产生的打滑现象，高效传动扭矩。中空孔内可内部走线，减少机器人外挂线缆。无螺钉连接结构可以减少螺钉紧固过程中的部分应力过大产生变形，增加使用寿命。

2、本发明具有快拆连接方式的轻量协作机器人，协作类机器人连接部分可使用此方案作为连接接口，适用于机械臂互相连接，如需适应不同负载工况，只需调整更换不同组件，直接安装。也可通过调整机械臂的圆管的长度，适用不同工作空间，使配置更灵活化，有利于发挥机械臂的最佳工作效率，具有良好的适应性；机器人本体可使用此连接方式依次向上组装，适用于轻载机械臂的快速安装。

附图说明

图1为本发明具有快拆连接方式的轻量协作机器人的模块化关节连接方式示意图；

图2为本发明具有快拆连接方式的轻量协作机器人的模块化关节结构示意图；

图3为本发明具有快拆连接方式的轻量协作机器人中模块化关节的主动面对接盘结构示意图；

图4为本发明具有快拆连接方式的轻量协作机器人中模块化关节的被动面对接盘结构示意图；

图5为本发明具有快拆连接方式的轻量协作机器人中快拆结构示意图；

图6为快拆结构中对接环对接方式示意图；

图7为快拆结构中插销结构示意图；

图8为快拆结构中插销的伸缩头按压后结构示意图；

图9为本发明具有快拆连接方式的轻量协作机器人中快拆结构***方式示意图；

图10为本发明具有快拆连接方式的轻量协作机器人中快拆结构缩紧方式示意图。

图中：

1-模块化关节 2-快拆结构 101-外壳

102-驱动器 103-减速器 104-编码器

105-主动面定位盘 106-被动面定位盘 107-矩形凸起

108-矩形凹进 109-环形凹进 110-环形凸起

201-对接环 202-快拆插头 201a1-对接环定位通道内段

201a2-对接环定位通道外段 201b-矩形槽 202a-插销

202b-弹簧 202a1-外端帽 202a2-中部杆

202a3-内卡头 202a4-伸缩头

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明具有快拆连接方式的轻量协作机器人由多个模块化关节1串联而成，相邻模块化关节1间通过快拆结构2连接，可实现模块化关节1间的动力传递，如图1所示。

所述模块化关节1包括外壳101、驱动器102、减速器103、编码器104与定位盘构成，如图2所示。其中，外壳101具有两个连接端面，令其分别为主动面与被动面。主动面与被动面间垂直。驱动器102通过支架安装于外壳101，驱动器102的输出轴上安装有减速器103，减速器103的输出轴轴线沿主动面轴向设置，端部伸出主动面。所述编码器104安装于驱动器102上，用于实时获取驱动器102的输出轴转动角位移信号并转换成电信号，用来检测关节信号反馈。

所述定位盘包括主动面定位盘105与被动面定位盘106。其中，主动面定位盘105同轴固定安装于减速器103的输出轴端部，且底面与主动面101a间隙配合。被动面定位盘106为在模块化关节1被动面上设计的外凸圆盘结构。主动面定位盘105与被动面定位盘106的顶面中心位置分别同轴设计有相互匹配的矩形凸起107与矩形凹进108，如图3、图4所示。在两个模块化关节1对接时，模块化关节A上的主动面定位盘105与模块化关节B的被动面定位盘106上的矩形凸起107与矩形凹进108配合插接，且主动面定位盘105与被动面定位盘106顶面贴合，实现两个模块化关节间的周向固定。

所述快拆结构2包括对接环201与快拆插头202，如图5所示。其中，对接环配合主动面定位盘105与被动面定位盘106，实现两个模块化关节1间的轴向定位，具体方式为：

如图6所示，主动面定位盘105与被动面定位盘106的外壁轴向上，沿自身轴向设计有多层环形凹进109，使主动面定位盘105与被动面定位盘106顶面贴合后，整体外壁形成槽型齿状结构对接面。

对接环201包括左半部对接换与右半部对接环，两者端部对接后形成整体圆环形对接环。左半部对接环与右半部对接环内壁轴向上设计有多层环形凸起110，与前述主动面定位盘105和被动面定位盘106顶面贴合后外壁形成的对接面配合。由此，在主动面定位盘105与被动面定位盘106顶面贴合后，通过左半部对接环与右半部对接环分别由对接面两侧对扣，使对接环201的内壁环形凸起110与对接面上的环形凹进109配合插接，实现实现两个模块化关节1间的轴向定位。

所述快拆插头202配合主动面定位盘105与被动面定位盘106，实现两个模块化关节间的轴向固定，具体方式为：

首先，设计快拆插头202包括插销202a与弹簧202b，如图7所示。其中，插销202a包括外端帽202a1、中部杆202a2与内卡头202a3。其中，外端帽202a1为圆形帽，外表面具有六角孔，可直接用通用工具实现插销202a的拆装。外端帽202a1两侧相对位置设计有伸缩头202a4，伸缩头202a4受压后可整体进入外端帽202a1内部，反之弹出外端帽202a1，如图8所示。中部杆202a2为圆柱杆，其上套有弹簧202a3。内卡头202a3为矩形截面，长边垂直于内卡头202a3弹出方向。

其次，在主动面定位盘105与被动面定位盘106顶面周向上等角度间隔设计有四个贯通外壁的插槽106f。如图3、图4所示，当主动面定位盘105与被动面定位盘106顶面贴和时，四个插槽106f两两对扣，可在周向上形成四个定位盘定位通道；且所形成的定位盘定位通道具有定位盘定位通道内段3a与定位盘定位通道外段3b，如图9所示；其中，定位盘定位通道内段3a为圆柱段，直径略大于内卡头202a3长边长度，使内卡头202a3可在定位盘定位通道内段3a中旋转。定位盘定位通道外段3b的横向宽度及纵向宽度分别与内卡头202a3长边及短边长度匹配，使内卡头202a3可穿过定位盘定位通道外段3b后到达定位盘定位通道前段3a。定位盘定位通道外段3b内侧底面还开有凹槽3c，该凹槽3c横向长度与内卡头202a3短边长度匹配，且该凹槽3c的深度保证在两个插槽106对扣形成定位盘定位通道后，两个插槽106的凹槽3c底面垂直距离与内卡头202a3长边长度匹配，形成内卡头202a3的定位槽。

最后，在左半部对接环与右半部对接环周向与定位盘定位通道对应位置还设计有与定位盘定位通道同轴的对接环定位通道，如图9所示，对接环定位通道分为对接环定位通道内段201a1与对接环定位通道外段201a2。其中，对接环定位通道内段201a1为矩形槽，尺寸与内卡头202a3尺寸匹配；对接环定位通道外段201a2为圆形槽，尺寸与外端帽202a1尺寸匹配；由此使内卡头202a3可穿过对接环定位通道外段201a2与对接环定位通道内段201a1后进入定位盘定位通道；上述对接环定位通道横向两侧相对位置，位于对接环201外壁上还设计有两个矩形槽201b，该矩形槽201b深度小于伸缩头202a2厚度。

通过上述设计在由对接环201完成两个模块化关节1间的定位后，在周向四个定位盘定位通道内***插销202a，插销202a的***方式为：

首先，按压伸缩头202a4，使伸缩头202a4完全进入到外端帽202a1内；同时，将快拆插头202依次***对接环定位通道与定位盘定位通道，过程中，内卡头203a3依次经过对接环定位通道外段201a2-对接环定位通道内段201a1-定位盘定位通道外段3b到达定位盘定位通道内段3a，且此时弹簧202a3与外端帽202a1均位于对接环定位通道内段201a1中入定位盘定位通道，两个伸缩头202a4受对接环定位通道内段201a1内壁阻挡不会弹出。继续向内***插销202a，弹簧202b受到对接环定位通道内段201a1与对接环定位通道外段201a2间形成的台肩限制，开始压缩，最终使内卡头202a3到达定位盘定位通道内段3a末端，如图9所示。

随后通过内六角工具顺时针或逆时针将插销202a转动90度，使插销202a的伸缩头202a4到达对接环定位通道横向两侧相对位置的矩形槽201b位置，同时内卡头202a3随插销202a一同旋转90度。此时，受弹簧202b弹力作用，会推动插销202a向外移动，使内卡头202a3进入定位盘定位通道外段3b前部凹槽3c构成的内卡头定位槽内中，由卡头定位槽实现了插销202a周向上的移动以及周向上的转动限制；同时外端帽202a1到达对接环定位通道横向两侧相对位置的矩形槽201b处，此时伸缩头202a4自动弹出进入矩形槽201b内，且伸缩头202a4凸出对接环外壁，如图10所示。至此通过***插销202a，实现了对接环201、主动面定位盘106a、被动面定位盘106b三者间的相对固定，进而实现了两个模块化关节间的轴向固定。

同理，如图在两个模块化关节拆卸时，将插销202上的伸缩头202a4按下，同时向内推动插销202，弹簧202b压缩，使内卡头202a3脱离定位盘定位通道外段3b前部凹槽3c构成的内卡头定位槽，到达定位盘定位通道内段3a末端，此时两个伸缩头202a4受对接环定位通道内段201a1内壁阻挡不会弹出。

随后通过内六角工具顺时针或逆时针将插销202a转动90度，此时受弹簧202b弹力作用，会推动插销202a向外移动，使内卡头203a3依次经定位盘定位通道外段3b-对接环定位通道内段201a1-对接环定位通道外段201a2弹出。由此实现两个模块化关节间的快速拆卸。

Claims (5)

1.一种用于具有快拆连接方式的轻量协作机器人，由多个模块化关节串联而成，相邻模块化关节间通过快拆结构连接，可实现模块化关节间的动力传递；其特征在于：

所述模块化关节具有主动面与被动面共两个连接面，两个连接面处分别设计有由驱动器驱动转动的主动面定位盘与固定的被动面定位盘；

主动面定位盘与被动面定位盘周向设计有环形槽，形成齿槽结构；主动面定位盘与被动面定位盘的顶面对应位置设计有相互匹配的矩形凸起与矩形凹进；通过将两个模块化关节中主动面定尾盘与被动面定位盘上的矩形凸起与矩形凹进配合插接，实现两个模块化关节间的周向固定；

所述快拆结构包括对接环与快拆插头；采用双对接环对扣相邻模块化关节间的主动面定位盘与被动面定位盘，实现两个模块化关节间的轴向定位；

所述快拆插头包括插销与弹簧；插销穿过两个连动盘上开设的半阶梯状凹槽对扣形成的定位盘定位通道后，通过转动插销，使插销与通道内的台肩配合定位，实现两个模块化关节间固定；

所述弹簧套于插销上，再两个模块化关节固定后，弹簧产生压缩形变；反向转动插销后，弹簧的弹力会使插销弹出通道，实现快拆。

2.如权利要求1所述一种用于具有快拆连接方式的轻量协作机器人，其特征在于：对接环为两个半环，对扣于主动面定尾盘与被动面定位盘相接位置，内部周向上与主动面定尾盘、被动面定位盘外壁间通过齿与齿槽配合定位。

3.如权利要求1所述一种用于具有快拆连接方式的轻量协作机器人，其特征在于：

其中，插销包括外端帽、中部杆与内卡头；外端帽两侧相对位置设计有伸缩头，受压后可整体进入外端帽内部；中部杆上套有弹簧；内卡头为矩形截面；

定位盘定位通道具有定位盘定位通道内段与定位盘定位通道外段；其中，定位盘定位通道内段为圆柱段，使内卡头可在定位盘定位通道内段中旋转；定位盘定位通道外段的横向宽度及纵向宽度分别与内卡头长边及短边长度匹配，使内卡头可穿过定位盘定位通道外段后到达定位盘定位通道前段；

在两个对接环周向上与定位盘定位通道对应位置还设计有与定位盘定位通道同轴的对接环定位通道，对接环定位通道分为对接环定位通道内段与对接环定位通道外段；其中，对接环定位通道内段为矩形槽，尺寸与内卡头尺寸匹配；对接环定位通道外段为圆形槽，尺寸与外端帽尺寸匹配；由此使内卡头可穿过对接环定位通道外段与对接环定位通道内段后进入定位盘定位通道；上述对接环定位通道横向两侧相对位置，位于对接环外壁上还设计有两个矩形槽，该矩形槽深度小于伸缩头厚度。

4.如权利要求3所述一种用于具有快拆连接方式的轻量协作机器人，其特征在于：插销的***方式为：

首先，按压伸缩头，使伸缩头完全进入到外端帽内；同时，将快拆插头依次***对接环定位通道与定位盘定位通道，过程中，内卡头依次经过对接环定位通道外段-对接环定位通道内段-定位盘定位通道外段到达定位盘定位通道内段，且此时弹簧与外端帽均位于对接环定位通道内段中入定位盘定位通道，两个伸缩头受对接环定位通道内段内壁阻挡不会弹出；继续向内***插销，弹簧受到对接环定位通道内段与对接环定位通道外段间形成的台肩限制，开始压缩，最终使内卡头到达定位盘定位通道内段末端；

随后顺时针或逆时针将插销转动90度，使插销的伸缩头到达对接环定位通道横向两侧相对位置的矩形槽位置，同时内卡头随插销一同旋转90度。此时，受弹簧弹力作用，会推动插销向外移动，使内卡头进入定位盘定位通道外段前部凹槽构成的内卡头定位槽内中，由卡头定位槽实现了插销周向上的移动以及周向上的转动限制；同时外端帽到达对接环定位通道横向两侧相对位置的矩形槽处，此时伸缩头自动弹出进入矩形槽内，且伸缩头凸出对接环外壁；至此通过***插销，实现了对接环、主动面定位盘、被动面定位盘三者间的相对固定，进而实现了两个模块化关节间的轴向固定。

5.如权利要求3所述一种用于具有快拆连接方式的轻量协作机器人，其特征在于：定位盘定位通道外段内侧底面还开有凹槽，凹槽横向长度与内卡头短边长度匹配，且凹槽的深度保证定位盘定位通道内主动面定位盘与被动面定位盘上的凹槽底面垂直距离与内卡头长边长度匹配，形成内卡头的定位槽。

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