CN107414883A - 一种机械臂的关节连接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械臂的关节连接装置，包括关节接头和关节接口，关节接头包括接头基体、机械接头和电气接头，关节接口包括接口基体、机械接口和电气接口，机械接头和机械接口相互对应，电气接头和电气接口相互对应；机械接头包括驱动组件和磁力吸座，驱动组件固定连接在接头基体上，驱动组件连接磁力吸座以驱动磁力吸座旋转形成导磁状态或消磁状态；机械接口包括衔铁块，衔铁块固定连接在接口基体上，衔铁块与磁力吸座相互对应，以使得导磁状态下的磁力吸座能够与衔铁块固定连接。本发明提出的机械臂的关节连接装置具有结构简单、重量轻、连接可靠、切换速度快且操作方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及智能机械臂领域，尤其涉及一种机械臂的关节连接装置。
背景技术
现有的机械臂一般为若干个关节通过一连接零件用螺丝连接而成，机械臂关节的更换与切换需要先拆解螺丝，耗费时间长，工作效率极其低下。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种能够实现全自动快速更换的机械臂的关节连接装置，具有结构简单、重量轻、连接可靠、切换速度快且操作方便等优点。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种机械臂的关节连接装置，包括关节接头和关节接口，所述关节接头包括接头基体、机械接头和电气接头，所述机械接头和所述电气接头分别固定连接在所述接头基体上；所述关节接口包括接口基体、机械接口和电气接口，所述机械接口和所述电气接口分别固定连接在所述接口基体上，所述机械接头和所述机械接口相互对应以将所述关节接头和所述关节接口机械连接，所述电气接头和所述电气接口相互对应以将所述关节接头和所述关节接口电气连接；其中：
所述机械接头包括驱动组件和磁力吸座，所述驱动组件固定连接在所述接头基体上，所述驱动组件连接所述磁力吸座以驱动所述磁力吸座旋转形成导磁状态或消磁状态；
所述机械接口包括衔铁块，所述衔铁块固定连接在所述接口基体上，所述衔铁块与所述磁力吸座相互对应，以使得导磁状态下的所述磁力吸座能够与所述衔铁块固定连接。
优选地，所述接头基体包括第一法兰盘和第一圆柱套筒，所述第一圆柱套筒固定连接在所述第一法兰盘上；所述接口基体包括第二法兰盘和第二圆柱套筒，所述第二圆柱套筒固定连接在所述第二法兰盘上；其中所述第二圆柱套筒能够套合在所述第一圆柱套筒外。
优选地，所述第一圆柱套筒的外壁上设置凹陷的定位槽，所述第二圆柱套筒的内壁上设置凸出的定位柱，所述定位槽与所述定位柱相互对应以使得所述定位柱能够插入到所述定位槽中。
优选地，所述第一圆柱套筒的外壁上设置凸出的定位柱，所述第二圆柱套筒的内壁上设置凹陷的定位槽，所述定位柱与所述定位槽相互对应以使得所述定位柱能够插入到所述定位槽中。
优选地，所述电气接头包括插针，所述电气接口包括插座，所述插针可上下移动地连接在所述接头基体上，所述插座固定连接在所述接口基体上，所述插针与所述插座相互对应以使得所述插针能够与所述插座电气连接。
优选地，所述插针的端部为球面结构，与所述插针的端部相配合的所述插座的端部为平面结构。
优选地，所述电气接头还包括调节柱、弹性元件和连接柱，所述插针固定连接在所述调节柱上，所述调节柱连接在所述弹性元件的一端，所述连接柱连接在所述弹性元件的另一端，所述连接柱连接在所述接头基体的孔洞内，在所述孔洞内设有第一台阶，所述调节柱上设有第二台阶，所述第二台阶与所述第一台阶相互卡合以使得所述调节柱能够在所述孔洞内上下移动。
优选地，所述连接柱通过螺纹连接在所述接头基体的孔洞内。
优选地，所述驱动组件包括驱动单元、第一齿轮和第二齿轮，所述磁力吸座包括磁力吸座基体、永磁铁柱和旋钮，所述驱动单元和所述磁力吸座基体分别固定连接在所述接头基体上，所述永磁铁柱设置在所述磁力吸座基体内；所述驱动单元的驱动轴连接第一齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮相互啮合，所述第二齿轮连接所述旋钮，所述旋钮连接所述永磁铁柱，所述驱动单元通过所述第一齿轮和所述第二齿轮以驱动所述旋钮带动所述永磁铁柱旋转至第一位置或第二位置，所述永磁铁柱旋转至第一位置时使得所述磁力吸座基体导磁形成导磁状态，所述永磁铁柱旋转至第二位置时使得所述磁力吸座基体消磁形成消磁状态。
优选地，所述磁力吸座还包括弹片，所述弹片设置在所述永磁铁柱与所述磁力吸座基体之间，所述弹片为圆弧状，所述弹片的两端部分别设置在所述磁力吸座基体上，所述弹片的中心凸出部设置在所述永磁铁柱的端部的中心轴的位置处。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的机械臂的关节连接装置，通过驱动组件驱动磁力吸座旋转形成导磁状态和消磁状态来实现与机械接口的衔铁块连接或断开，也即实现关节接头和关节接口的机械连接，连接和断开的速度都非常快，能实现全自动快速更换；且本发明的机械臂的关节连接装置具有结构简单、重量轻、连接可靠、切换速度快且操作方便等优点，解决了传统机械臂关节的拆卸、更换劳动强度高以及效率低下的问题，能够满足机械臂关节全自动快速更换的需求。
在进一步的方案中，在机械臂的接头基体和接口基体上分别设有定位柱或定位槽，以在对关节接头和关节接口机械连接时实现定位抗扭作用，保证了关节接头和关节接口的连接的可靠性。
在更进一步的方案中，电气接头中的插针为可伸缩结构，能够保证插针与电气接口中的插座充分接触以连接电源，因此电气接头和电气接口的连接具有连接方便可靠、结构简单的优点；进一步地，插针的端部设计为球面结构，与插针的端部相配合的插座的端部为平面结构，使得在插针与插座进行电气连接时对精度的要求降低，解决了传统的航空插头对接精度要求高、分离需要较大轴向力的问题。
附图说明
图1是本发明优选实施例的机械臂的关节连接装置的结构示意图；
图2是图1中的关节接头的结构示意图；
图3是图1中的关节接头的剖面示意图；
图4是图1中的关节接口的结构示意图；
图5是图1中的关节接口的剖面示意图；
图6是图1的关节连接装置的剖面示意图。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图6所示，本发明优选实施例的机械臂的关节连接装置包括关节接头A和关节接口B，其中关节接头A包括接头基体A-1、机械接头A-2和电气接头A-3，机械接头A-2和电气接头A-3分别固定连接在接头基体A-1上，关节接口B包括接口基体B-1、机械接口B-2和电气接口B-3，机械接口B-2和电气接口B-3分别固定连接在接口基体B-1上；机械接头A-2和机械接口B-2相互对应以将关节接头A和关节接口B机械连接，电气接头A-3和电气接口B-3相互对应以将关节接头A和关节接口B电气连接。
如图2和图3，接头基体A-1包括第一法兰盘A-11和第一圆柱套筒A-12，第一圆柱套筒A-12固定连接在第一法兰盘A-11上；如图4和图5，接口基体B-1包括第二法兰盘B-11和第二圆柱套筒B-12，第二圆柱套筒B-12固定连接在第二法兰盘B-11上，其中第一法兰盘A-11用于连接机械臂的其中一个关节的一端，第二法兰盘B-11用于连接机械臂中的另外一个关节的一端，第二圆柱套筒B-12能够套合在第一圆柱套筒A-12外；第一圆柱套筒A-12的外壁上设置凹陷的定位槽A-121，第二圆柱套筒B-12的内壁上设置凸出的定位柱B-121，定位槽A-121与定位柱B-121相互对应以使得定位柱B-121能够插入到定位槽A-121中，以实现关节接头A与关节接口B连接时的定位抗扭作用。在另外一些实施例中，为实现关节接头A与关节接口B连接时的定位抗扭作用，也可在接头基体A-1上设置凸出的定位柱，而在接口基体B-1上相应地设置凹陷的定位槽。
如图3，机械接头A-2包括驱动组件A-21和磁力吸座A-22，其中驱动组件包括电机A-211、第一齿轮A-212和第二齿轮A-213，磁力吸座A-22包括磁力吸座基体、永磁铁柱A-221、旋钮A-222和弹片A-223，电机A-211和磁力吸座基体分别固定连接在接头基体A-1上，永磁铁柱A-221设置在磁力吸座基体内；磁力吸座基体包括两个导磁基体A-224、不导磁基体A-225、连接板A-226，两个导磁基体A-224分别固定连接在不导磁基体A-225的两端侧，两个不导磁基体A-225与导磁基体A-224共同组成一个容置腔，永磁铁柱A-221即设置于该容置腔内并可在该容置腔内旋转，连接板A-226固定连接在该容置腔的一侧。电机A-211的驱动轴连接第一齿轮A-212，第一齿轮A-212与第二齿轮A-213相互啮合，第二齿轮A-213连接旋钮A-222，旋钮A-222连接永磁铁柱A-221，其中永磁铁柱A-221包括N极半圆柱A-2211和S极半圆柱A-2212，使得电机A-211可以通过第一齿轮A-212和第二齿轮A-213以驱动旋钮A-222带动永磁铁柱A-221旋转至第一位置或第二位置，永磁铁柱A-221旋转至第一位置(永磁铁柱A-221的N极半圆柱A-2211和S极半圆柱A-2212分别位于两个导磁基体A-224内，即N极半圆柱A-2211和S极半圆柱A-2212的接合面与两个导磁基体A-224平行)时使得两个导磁基体A-224导磁形成导磁状态，永磁铁柱A-221旋转至第二位置(永磁铁柱A-221的N极半圆柱A-2211和S极半圆柱A-2212分别各有一半分别位于两个导磁基体A-224内，即N极半圆柱A-2211和S极半圆柱A-2212的接合面与两个导磁基体A-224相互垂直)时使得两个导磁基体A-224消磁形成消磁状态。如图5，机械接口B-2包括衔铁块B-21，衔铁块B-21固定连接在接口基体B-1上，衔铁块B-21与磁力吸座A-22相互对应，以使得导磁后的两个导磁基体A-224能够与衔铁块B-21固定连接。在本实施例中，在磁力吸座A-22中还设置弹片A-223，弹片A-223设置在永磁铁柱A-221和不导磁基体A-225之间，弹片A-223为圆弧状，弹片A-223的两端部分别设置在不导磁基体A-225上，弹片A-223的中心凸出部设置在永磁铁柱A-221的端部的中心轴的位置处，通过设置弹片A-223和旋钮A-222结合形成永磁铁柱A-221的完整旋转轴，使得永磁铁柱A-221旋转过程更加可靠。
如图6，电气接头A-3包括插针A-31、调节柱A-32、弹簧A-33和连接柱A-34，插针A-31固定连接在调节柱A-32上，调节柱A-32连接在弹簧A-33的一端，连接柱A-34连接在弹簧A-33的另一端，连接柱A-34连接在接头基体A-1的孔洞内(该孔洞是设置在第一圆柱套筒A-12上)，在孔洞内设有第一台阶，调节柱A-32上设有第二台阶，第二台阶与第一台阶相互卡合以使得调节柱A-32能够在孔洞内上下移动，进一步使得插针A-31可上下移动地连接在接头基体A-1上；在本实施例中，在第一圆柱套筒A-12上设置了8个电气接头A-3，以使得关节接头A和关节接口B的电气连接更加稳固。电气接口B-3包括插座B-31和连接柱B-32，插座B-31固定连接在连接柱B-32上，连接柱B-32固定连接在接口基体B-1上，在本实施例中，接口基体B-1上也相应设置了8个电气接口B-3，插座B-31与插针A-31一一相互对应以使得插针A-31能够与插座B-31电气连接，进一步实现关节接头A和关节接口B的电气连接。其中，在本实施例中，连接柱A-34通过螺纹连接在接头基体A-1的孔洞内，以使得连接柱A-34可以上下旋转调整弹簧A-33的张紧力，以进一步增强关节接头A和关节接口B的电气连接的可靠性。电气接头A-3和电气接口B-3在机械接头A-2与机械接口B-2对接后，插针A-31为可伸缩结构，保证插针A-31能够和插座B-31充分接触以连接电源，因此电气接头A-3和电气接口B-3的连接具有连接方便可靠、结构简单的优点；且在一些实施例中插针A-31的端部设计为球面结构，与插针A-31端部配合的插座B-31的表面为平面结构，也使得在插针A-31与插座B-31进行电气连接时对精度的要求降低，解决了传统的航空插头对接精度要求高、分离需要较大轴向力的问题。
采用本发明优选实施例的机械臂的关节连接装置，关节接头A和关节接口B分别通过第一法兰盘A-11和第二法兰盘B-11连接在机械臂的相邻两个关节的端部，连接之后完成机械臂相邻两关节的对位连接，也即将关节接头A和关节接口B进行对接，首先将定位柱B-121与定位槽A-121相互对接定位，定位柱B-121与定位槽A-121完全贴合时，电机A-211带动第一齿轮A-212和第二齿轮A-213以驱动旋钮A-222带动永磁铁柱A-221旋转至第一位置(永磁铁柱A-221的N极半圆柱A-2211和S极半圆柱A-2212的接合面与两个导磁基体A-224平行)处，此时两个导磁基体A-224导磁形成导磁状态，磁力吸座A-22与衔铁块B-21吸合完成对接锁紧，与此同时各个电气接头A-3与各个电气接口B-3分别完成对接，此时机械臂的对接完成。而将机械臂的关节连接装置进行分离的过程为：电机A-211带动第一齿轮A-212和第二齿轮A-213以驱动旋钮A-222带动永磁铁柱A-221旋转至第二位置(永磁铁柱A-221的N极半圆柱A-2211和S极半圆柱A-2212的接合面与两个导磁基体A-224相互垂直)处，此时两个导磁基体A-224消磁形成消磁状态，即可瞬间完成关节的分离。本发明优选实施例的机械臂的关节连接装置通过电机驱动电磁吸座分别形成导磁状态和消磁状态的方式实现机械连接，连接和断开的速度都非常快，能实现全自动快速更换。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种机械臂的关节连接装置，其特征在于，包括关节接头和关节接口，所述关节接头包括接头基体、机械接头和电气接头，所述机械接头和所述电气接头分别固定连接在所述接头基体上；所述关节接口包括接口基体、机械接口和电气接口，所述机械接口和所述电气接口分别固定连接在所述接口基体上，所述机械接头和所述机械接口相互对应以将所述关节接头和所述关节接口机械连接，所述电气接头和所述电气接口相互对应以将所述关节接头和所述关节接口电气连接；其中：
所述机械接头包括驱动组件和磁力吸座，所述驱动组件固定连接在所述接头基体上，所述驱动组件连接所述磁力吸座以驱动所述磁力吸座旋转形成导磁状态或消磁状态；
所述机械接口包括衔铁块，所述衔铁块固定连接在所述接口基体上，所述衔铁块与所述磁力吸座相互对应，以使得导磁状态下的所述磁力吸座能够与所述衔铁块固定连接。
2.根据权利要求1所述的机械臂的关节连接装置，其特征在于，所述接头基体包括第一法兰盘和第一圆柱套筒，所述第一圆柱套筒固定连接在所述第一法兰盘上；所述接口基体包括第二法兰盘和第二圆柱套筒，所述第二圆柱套筒固定连接在所述第二法兰盘上；其中所述第二圆柱套筒能够套合在所述第一圆柱套筒外。
3.根据权利要求2所述的机械臂的关节连接装置，其特征在于，所述第一圆柱套筒的外壁上设置凹陷的定位槽，所述第二圆柱套筒的内壁上设置凸出的定位柱，所述定位槽与所述定位柱相互对应以使得所述定位柱能够插入到所述定位槽中。
4.根据权利要求2所述的机械臂的关节连接装置，其特征在于，所述第一圆柱套筒的外壁上设置凸出的定位柱，所述第二圆柱套筒的内壁上设置凹陷的定位槽，所述定位柱与所述定位槽相互对应以使得所述定位柱能够插入到所述定位槽中。
5.根据权利要求1所述的机械臂的关节连接装置，其特征在于，所述电气接头包括插针，所述电气接口包括插座，所述插针可上下移动地连接在所述接头基体上，所述插座固定连接在所述接口基体上，所述插针与所述插座相互对应以使得所述插针能够与所述插座电气连接。
6.根据权利要求5所述的机械臂的关节连接装置，其特征在于，所述插针的端部为球面结构，与所述插针的端部相配合的所述插座的端部为平面结构。
7.根据权利要求5所述的机械臂的关节连接装置，其特征在于，所述电气接头还包括调节柱、弹性元件和连接柱，所述插针固定连接在所述调节柱上，所述调节柱连接在所述弹性元件的一端，所述连接柱连接在所述弹性元件的另一端，所述连接柱连接在所述接头基体的孔洞内，在所述孔洞内设有第一台阶，所述调节柱上设有第二台阶，所述第二台阶与所述第一台阶相互卡合以使得所述调节柱能够在所述孔洞内上下移动。
8.根据权利要求7所述的机械臂的关节连接装置，其特征在于，所述连接柱通过螺纹连接在所述接头基体的孔洞内。
9.根据权利要求1至8任一项所述的机械臂的关节连接装置，其特征在于，所述驱动组件包括驱动单元、第一齿轮和第二齿轮，所述磁力吸座包括磁力吸座基体、永磁铁柱和旋钮，所述驱动单元和所述磁力吸座基体分别固定连接在所述接头基体上，所述永磁铁柱设置在所述磁力吸座基体内；所述驱动单元的驱动轴连接第一齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮相互啮合，所述第二齿轮连接所述旋钮，所述旋钮连接所述永磁铁柱，所述驱动单元通过所述第一齿轮和所述第二齿轮以驱动所述旋钮带动所述永磁铁柱旋转至第一位置或第二位置，所述永磁铁柱旋转至第一位置时使得所述磁力吸座基体导磁形成导磁状态，所述永磁铁柱旋转至第二位置时使得所述磁力吸座基体消磁形成消磁状态。
10.根据权利要求9所述的机械臂的关节连接装置，其特征在于，所述磁力吸座还包括弹片，所述弹片设置在所述永磁铁柱与所述磁力吸座基体之间，所述弹片为圆弧状，所述弹片的两端部分别设置在所述磁力吸座基体上，所述弹片的中心凸出部设置在所述永磁铁柱的端部的中心轴的位置处。
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