CN113370179B - 一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，包括主盘、工具盘和自锁机构，主盘包括主盘外壳和导向轴，主盘外壳设有内部空腔，主盘外壳两端分别设有连接部和安装部，安装部用于连接机械臂，工具盘一端设有具有开口的滑动腔，其另一端用于连接执行工装，滑动腔与连接部适配，导向轴固定设置在主盘外壳内，自锁机构设置于主盘外壳内，自锁机构采用电动机械结构，放弃了现有的气动锁紧、解锁而采用机械机构锁紧，快速换装，电动解锁，安全可靠；并且本发明结构简单，拆卸方便，成本低廉。

Description

一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置

技术领域

本发明涉及机械臂快换装置领域，具体来说是一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置。

背景技术

工业机器人，即机械臂在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用。而机器人的作业能力和作业效率，很大程度上依赖于机器人作业工具的作业能力的大小。机器人作业工具快换装置的应用，能提高机器人的作业效率，提高机器人对作业环境的适应性和通用性，实现一机多用。

现有的机械臂通过快换装置实现机械臂切换不同的执行工装，其存在着如下技术缺点：1.现有快换装置的自锁***解锁采用气动驱动，解锁阶段需要等待排气行程，相比机械结构反应不够迅速；2.现有快换装置的自锁***解锁采用气动驱动，气动管需要暴露在外界，在低温环境中气动管会因低温脆变而发生破裂，进而使得整个快换装置失去其功能；3.现有的悬架***成本过高，且气动锁紧一旦失效，便会使快换装置主盘与工具盘脱落，损坏与工具盘连接的末端执行机构。

本发明旨在设计一种对环境有高适应度的新型快换装置。此快换装置因为其独有的结构可以适应更加恶劣的环境，同时自锁***放弃现有的气动锁紧、解锁而采用机械机构锁紧，快速换装，电动解锁，安全可靠；并且本发明结构简单，拆卸方便，成本低廉。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于：提供一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，自锁***放弃现有的气动锁紧、解锁而采用机械机构锁紧，快速换装，电动解锁，安全可靠；并且本发明结构简单，拆卸方便，成本低廉。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，包括主盘、工具盘和自锁机构，所述主盘包括主盘外壳和导向轴，所述主盘外壳设有内部空腔，所述主盘外壳两端分别设有连接部和安装部，所述安装部用于连接机械臂，所述工具盘一端设有具有开口的滑动腔，其另一端用于连接执行工装，所述滑动腔与所述连接部适配，所述导向轴固定设置在所述主盘外壳内，所述自锁机构设置于所述所述主盘外壳内；

所述自锁机构包括自锁盘和推力装置，所述自锁盘滑动地设置在所述导向轴上，其滑动方向与所述导向轴轴向平行，所述自锁盘远离所述安装部的一侧设有若干所述插销组件，若干所述插销组件围绕所述导向轴环形阵列分布；

所述插销组件包括自锁销、销和弹簧，所述销远离所述导向轴的一端滑动地贯穿所述连接部侧面，其另一端连接所述弹簧，所述弹簧用于弹出所述销穿过所述连接部侧面，所述销的径向上设有自锁孔，所述自锁孔轴心与所述导向轴平行，所述自锁孔与所述自锁销适配，所述自锁销一端滑动地设置在所述自锁孔内，所述自锁销另一端连接所述自锁盘远离所述安装部的一侧，所述推力装置固定设置在所述主盘外壳内，所述推力装置输出端连接所述自锁盘，所述推力装置用于推动所述自锁盘往复滑动，所述自锁销用于远离所述销的方向滑动时解除对所述销的轴向约束；

所述滑动腔的内壁设有锁紧槽，所述锁紧槽与所述销远离所述导向轴的一端适配，所述锁紧槽用于锁紧时使所述销***其中。

进一步的，所述推力装置包括电磁铁和自锁弹簧，所述电磁铁固定设置在所述主盘外壳内壁上，所述电磁铁设置于所述自锁盘远离所述自锁销的一端，所述电磁铁用于吸附所述自锁盘滑动，所述自锁弹簧套设在所述导向轴上，其一端作用于所述自锁盘远离所述自锁销的一侧，另一端作用于所述主盘外壳内壁上。

进一步的，所述自锁销包括大径部和小径部，所述小径部设置于自锁孔内，所述大径部与所述自锁孔适配，所述自锁孔的径向设有一缺口，所述缺口小于所述自锁孔，所述缺口与所述小径部适配，所述缺口设置于所述自锁孔远离所述导向轴的一侧。

进一步的，所述大径部远离所述小径部的一端设有螺纹部，所述螺纹部螺纹连接所述自锁盘。

进一步的，所述销远离所述导向轴的一端、所述大径部远离所述自锁盘的一端、所述滑动腔的开口端部和所述自锁孔的端部均设有倒角。

进一步的，所述自锁盘靠近所述自锁销的一侧设有凸起部，所述凸起部的侧面设有与所述销适配的滑孔，所述弹簧设置于所述滑孔内，所述销靠近所述弹簧的一端滑动地设置于所述滑孔内。

进一步的，所述连接部外侧面设有若干导向块，若干所述导向块围绕所述连接部呈环形阵列分布，所述滑动腔内壁设有与若干所述导向块适配的导向槽。

进一步的，若干所述导向块的宽度均不相同。

进一步的，所述连接部的直径小于所述安装部，所述安装部端面设有第一通信头，所述工具盘开口端面设有与所述第一通信头适配的第二通信头。

进一步的，所述第一通信头为通讯触点母端，所述第二通信头为通讯触点公端。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、通过推力装置推动自锁销在销的自锁孔内的往复滑动，实现了自锁销***自锁孔内锁紧销，脱离自锁孔时可快速滑出主盘，达到了快速换装的有益效果。

2、通过电磁铁和自锁弹簧的配合使自锁销往复滑动，以实现锁紧和解锁功能，放弃现有的气动锁紧，进行采用机械机构和电动进行锁紧、解锁操作，达到了安全可靠的有益效果。

3、通过自锁孔其侧面的缺口结构，扩大了销的滑动行程，在销的轴向上还可以对销限位，防止其脱离凸起部，并且还使大径部***自锁孔时，销能够发生微小位移，降低了销和自锁销的配合精度需求，达到了便于自锁销和销配合的有益效果。

附图说明

图1为本发明一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置整体结构图；

图2主盘和工具盘立体示意图；

图3为锁紧状态示意图；

图4为导向块示意图；

图5为工具盘示意图；

图6为自锁盘、自锁销和销示意图；

附图标记列表

100-主盘，101-主盘外壳，102-通讯触点母端，103-自锁销，104-销，105-弹簧，106-电控板，107-自锁弹簧，108-电磁铁，109-导向轴，110-自锁盘，111-凸起部，112-端盖，113-导向块，200-工具盘，201-通讯触点公端，202-工具盘外壳，203-锁紧槽，204-导向槽；

具体实施方式

下面将结合附图1-6，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，包括主盘100、工具盘200和自锁机构，所述主盘100包括主盘外壳101和导向轴109，所述主盘外壳101设有内部空腔，所述主盘外壳101两端分别设有连接部和安装部，所述安装部用于连接机械臂，所述工具盘200一端设有具有开口的滑动腔，其另一端用于连接执行工装，所述滑动腔与所述连接部适配，所述导向轴109固定设置在所述主盘外壳101内，所述自锁机构设置于所述所述主盘外壳101内；

所述自锁机构包括自锁盘110和推力装置，所述自锁盘110滑动地设置在所述导向轴109上，其滑动方向与所述导向轴109轴向平行，所述自锁盘110远离所述安装部的一侧设有若干所述插销组件，若干所述插销组件围绕所述导向轴109环形阵列分布；

所述插销组件包括自锁销103、销104和弹簧105，所述销104远离所述导向轴109的一端滑动地贯穿所述连接部侧面，其另一端连接所述弹簧105，所述弹簧105用于弹出所述销104穿过所述连接部侧面，所述销104的径向上设有自锁孔，所述自锁孔轴心与所述导向轴109平行，所述自锁孔与所述自锁销103适配，所述自锁销103一端滑动地设置在所述自锁孔内，所述自锁销103另一端连接所述自锁盘110远离所述安装部的一侧，所述推力装置固定设置在所述主盘外壳101内，所述推力装置输出端连接所述自锁盘110，所述推力装置用于推动所述自锁盘110往复滑动，所述自锁销103用于远离所述销104的方向滑动时解除对所述销104的轴向约束；

所述滑动腔的内壁设有锁紧槽203，所述锁紧槽203与所述销104远离所述导向轴109的一端适配，所述锁紧槽203用于锁紧时使所述销104***其中。

安装部用于连接机械臂的六轴法兰端，工具盘200远离其开口的一端用于连接执行工装的法兰侧，执行工装可以为：抓手、焊枪或胶枪等工装，根据实际生产需求，在不同执行工装上均安装上工具盘200，然后通过机械臂的移动，使主盘100***工具盘200与其配合，即可实现机械臂快速切换不同工装。

如图1所示，此时主盘100为初始状态，自锁盘110通过其中心孔滑动地套设在导向轴109上，此时自锁盘110在主盘外壳101内具有可上下滑动的间隙，自锁销103竖直设置，其插在销104的自锁孔上，销104水平设置，所以自锁销103约束了销104的水平滑动，使其处于锁紧状态，并且此时销104远离导向轴109的一端穿过主盘外壳101的侧壁，主盘外壳101其连接部的外径与工具盘200的滑动腔内径相同。

锁紧阶段时，推力装置推动自锁盘110带动自锁销103向上滑动，即远离销104的方向，使销104在其轴向具有自由度，接着主盘100向下靠近工具盘200，工具盘200滑动腔内壁挤压销104，使其朝向导向轴109滑动且缩回主盘100内，并间接压缩弹簧105，当工具盘200到达锁紧位置后，销104恰好位于锁紧槽203位置，此时，弹簧105回位，使得销104挤压锁紧槽203，推力装置推动自锁盘110带动自锁销103向下滑动，即朝向销104的方向，使自锁销103插在销104的自锁孔内，即此时销104在其轴向上不再具有自由度，主盘100和工具盘200完成锁紧，通过自锁销103在销104的自锁孔内的往复滑动，实现了自锁销103***自锁孔内锁紧销104，脱离自锁孔时可快速滑出主盘100，达到了快速换装的有益效果。

解锁阶段时，推力装置推动自锁盘110向上滑动，解除自锁销103对销104的约束，主盘100向上远离工具盘200，完成解锁。

进一步的，所述推力装置包括电磁铁108和自锁弹簧107，所述电磁铁108固定设置在所述主盘外壳101内壁上，所述电磁铁108设置于所述自锁盘110远离所述自锁销103的一端，所述电磁铁108用于吸附所述自锁盘110滑动，所述自锁弹簧107套设在所述导向轴109上，其一端作用于所述自锁盘110远离所述自锁销103的一侧，另一端作用于所述主盘外壳101内壁上。

电磁铁108呈中空结构，导向轴109设在电磁铁108的中空部分内，以提高电磁铁108对自锁盘110的吸附力，自锁盘110为可以被磁铁吸附的金属，其中自锁弹簧107因选用较大压力的弹簧，其远大于弹簧105的弹力，使自锁销103与销104可靠配合，不会由于机械臂的一系列的运动而自行解锁。

锁紧时，电磁铁108通电并吸附自锁盘110向上滑动以解除对销104的约束，自锁弹簧107被压缩，达到锁紧位置后，电磁铁108断电，自锁弹簧107恢复形变的同时挤压自锁销103插在销104的自锁孔内，完成锁紧；解锁时，电磁铁108通电并重新吸附自锁盘110向上滑动，接着滑出主盘100即可，通过电磁铁108和自锁弹簧107的配合使自锁销103往复滑动，以实现锁紧和解锁功能，放弃现有的气动锁紧，进行采用机械机构和电动进行锁紧、解锁操作，达到了安全可靠的有益效果。

进一步的，所述自锁销103包括大径部和小径部，所述小径部设置于自锁孔内，所述大径部与所述自锁孔适配，所述自锁孔的径向设有一缺口，所述缺口小于所述自锁孔，所述缺口与所述小径部适配，所述缺口设置于所述自锁孔远离所述导向轴109的一侧。

主盘100初始状态时，自锁销103的大径部插在自锁孔内，在销104在其轴向上不具有自由度，自锁盘110向上滑动至最大行程时，大径部脱离自锁孔，小径部仍处在自锁孔内，所以此时销104在其轴向上具有自由度，在工具盘200滑动腔内壁挤压销104时，销104滑动，并使自锁孔的缺口移动至小径部上，扩大了销104的滑动行程，在销104的轴向上还可以对销104限位，防止其脱离凸起部111，并且还使大径部***自锁孔时，销104能够发生微小位移，降低了销104和自锁销103的配合精度需求，达到了便于自锁销103和销104配合的有益效果，销104可以为图6中的方体结构，也可以为圆柱体结构等。

进一步的，所述大径部远离所述小径部的一端设有螺纹部，所述螺纹部螺纹连接所述自锁盘110。

进一步的，所述销104远离所述导向轴109的一端、所述大径部远离所述自锁盘110的一端、所述滑动腔的开口端部和所述自锁孔的端部均设有倒角，倒角起到了便于配合的作用。

进一步的，所述自锁盘110靠近所述自锁销103的一侧设有凸起部111，所述凸起部111的侧面设有与所述销104适配的滑孔，所述弹簧105设置于所述滑孔内，所述销104靠近所述弹簧105的一端滑动地设置于所述滑孔内，销104在滑孔内滑动以挤压弹簧105，滑孔约束了销104的滑动方向。

进一步的，所述连接部外侧面设有若干导向块113，若干所述导向块113围绕所述连接部呈环形阵列分布，所述滑动腔内壁设有与若干所述导向块113适配的导向槽204。

进一步的，若干所述导向块113的宽度均不相同。

导向块113的宽度即导向块113沿连接部的周向长度，通过主盘100上的三个宽度不同的导向块113与工具盘200上的对应导向槽204配合，使主盘100与工具盘200准确定位，还起到了防止装错的作用。

进一步的，所述连接部的直径小于所述安装部，所述安装部端面设有第一通信头，所述工具盘200开口端面设有与所述第一通信头适配的第二通信头。

进一步的，所述第一通信头为通讯触点母端102，所述第二通信头为通讯触点公端201。

当工具盘200到达锁紧位置后，通讯触点母端102与通讯触点公端201接触，连通通讯回路，传递信号给主盘外壳101内的电控板106，进行使推力装置执行动作，推动自锁盘110滑动。电控板106、通讯触点母端102与通讯触点公端201为现有常规技术，其安装连接方式本技术领域人员完全可以实现，本发明不涉及对其改造所以不再赘述。

此外，主盘100连接部端部设有开口，其开口通过螺钉连接有端盖112，起到了便于安装整修的作用，工具盘200外侧面设有工具盘外壳202以提高结构稳定性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实说明书中实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，包括主盘(100)、工具盘(200)和自锁机构，所述主盘(100)包括主盘外壳(101)和导向轴(109)，所述主盘外壳(101)设有内部空腔，所述主盘外壳(101)两端分别设有连接部和安装部，所述安装部用于连接机械臂，所述工具盘(200)一端设有具有开口的滑动腔，其另一端用于连接执行工装，所述滑动腔与所述连接部适配，所述导向轴(109)固定设置在所述主盘外壳(101)内，所述自锁机构设置于所述主盘外壳(101)内；

所述自锁机构包括自锁盘(110)和推力装置，所述自锁盘(110)滑动地设置在所述导向轴(109)上，其滑动方向与所述导向轴(109)轴向平行，所述自锁盘(110)远离所述安装部的一侧设有若干插销组件，若干所述插销组件围绕所述导向轴(109)环形阵列分布；

所述插销组件包括自锁销(103)、销(104)和弹簧(105)，所述销(104)远离所述导向轴(109)的一端滑动地贯穿所述连接部侧面，其另一端连接所述弹簧(105)，所述弹簧(105)用于弹出所述销(104)穿过所述连接部侧面，所述销(104)的径向上设有自锁孔，所述自锁孔轴心与所述导向轴(109)平行，所述自锁孔与所述自锁销(103)适配，所述自锁销(103)一端滑动地设置在所述自锁孔内，所述自锁销(103)另一端连接所述自锁盘(110)远离所述安装部的一侧，所述推力装置固定设置在所述主盘外壳(101)内，所述推力装置输出端连接所述自锁盘(110)，所述推力装置用于推动所述自锁盘(110)往复滑动，所述自锁销(103)用于远离所述销(104)的方向滑动时解除对所述销(104)的轴向约束；

所述滑动腔的内壁设有锁紧槽(203)，所述锁紧槽(203)与所述销(104)远离所述导向轴(109)的一端适配，所述锁紧槽(203)用于锁紧时使所述销(104)***其中;

所述自锁销(103)包括大径部和小径部，所述小径部设置于自锁孔内，所述大径部与所述自锁孔适配，所述自锁孔的径向设有一缺口，所述缺口小于所述自锁孔，所述缺口与所述小径部适配，所述缺口设置于所述自锁孔远离所述导向轴(109)的一侧; 主盘100初始状态时，自锁销(103)的大径部插在自锁孔内，在销(104)在其轴向上不具有自由度，自锁盘(110)向上滑动至最大行程时，大径部脱离自锁孔，小径部仍处在自锁孔内，所以此时销(104)在其轴向上具有自由度，在工具盘(200)滑动腔内壁挤压销(104)时，销(104)滑动，并使自锁孔的缺口移动至小径部上，扩大了销(104)的滑动行程，在销(104)的轴向上还可以对销(104)限位，防止其脱离凸起部(111)，大径部***自锁孔时，销(104)能够发生微小位移，降低了销(104)和自锁销(103)的配合精度需求。

2.根据权利要求1所述的一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述推力装置包括电磁铁(108)和自锁弹簧(107)，所述电磁铁(108)固定设置在所述主盘外壳(101)内壁上，所述电磁铁(108)设置于所述自锁盘(110)远离所述自锁销(103)的一端，所述电磁铁(108)用于吸附所述自锁盘(110)滑动，所述自锁弹簧(107)套设在所述导向轴(109)上，其一端作用于所述自锁盘(110)远离所述自锁销(103)的一侧，另一端作用于所述主盘外壳(101)内壁上。

3.根据权利要求1所述的一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述大径部远离所述小径部的一端设有螺纹部，所述螺纹部螺纹连接所述自锁盘(110)。

4.根据权利要求1所述的一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述销(104)远离所述导向轴(109)的一端、所述大径部远离所述自锁盘(110)的一端、所述滑动腔的开口端部和所述自锁孔的端部均设有倒角。

5.根据权利要求1所述的一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述自锁盘(110)靠近所述自锁销(103)的一侧设有凸起部(111)，所述凸起部(111)的侧面设有与所述销(104)适配的滑孔，所述弹簧(105)设置于所述滑孔内，所述销(104)靠近所述弹簧(105)的一端滑动地设置于所述滑孔内。

6.根据权利要求1所述的一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述连接部外侧面设有若干导向块(113)，若干所述导向块(113)围绕所述连接部呈环形阵列分布，所述滑动腔内壁设有与若干所述导向块(113)适配的导向槽(204)。

7.根据权利要求6所述的一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，若干所述导向块(113)的宽度均不相同。

8.根据权利要求1所述的一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述连接部的直径小于所述安装部，所述安装部端面设有第一通信头，所述工具盘(200)开口端面设有与所述第一通信头适配的第二通信头。

9.根据权利要求8所述的一种直线电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述第一通信头为通讯触点母端(102)，所述第二通信头为通讯触点公端(201)。

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