CN107498579A - 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，接头基体包括第一圆柱套筒，接口基体包括第二圆柱套筒，第二圆柱套筒能够套合在第一圆柱套筒外；机械接头包括驱动单元、推拉块和至少一个限位珠，驱动单元固定连接在接头基体上，推拉块设置在第一圆柱套筒内，限位珠设置在第一圆柱套筒的侧壁的第一孔洞内；机械接口包括环形凹槽；驱动单元连接推拉块以驱动推拉块沿着第一圆柱套筒的轴向方向往复运动以形成第一工作位和第二工作位。本发明结构简单、重量轻、连接可靠、切换速度快且操作方便。
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：所述接头基体包括第一圆柱套筒，所述接口基体包括第二圆柱套筒，其中所述第二圆柱套筒能够套合在所述第一圆柱套筒外；所述机械接头包括驱动单元、推拉块和至少一个限位珠，所述驱动单元固定连接在所述接头基体上，所述推拉块设置在所述第一圆柱套筒内，所述限位珠设置在所述第一圆柱套筒的侧壁的第一孔洞内，且所述限位珠的直径大于所述第一圆柱套筒的侧壁的厚度；所述机械接口包括环形凹槽，所述环形凹槽设置在所述第二圆柱套筒的内壁上；所述驱动单元连接所述推拉块以驱动所述推拉块沿着所述第一圆柱套筒的轴向方向往复运动以形成第一工作位和第二工作位，在所述第一工作位时，所述推拉块的外壁抵住所述限位珠以使得所述限位珠卡合在所述环形凹槽内以将所述关节接头和所述关节接口机械连接，在所述第二工作位时，所述推拉块的外壁与所述限位珠分离以使得所述限位珠可从所述环形凹槽中脱出以分离所述关节接头和所述关节接口。
优选地，所述第一孔洞的外侧处设有限位部，所述限位部的孔径小于所述限位珠的直径以使得所述限位珠限制在所述第一孔洞内。
优选地，所述推拉块的外壁沿着所述第一圆柱套筒的轴向方向上分别设有第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁的直径大于所述第二侧壁，在所述第一工作位时，所述推拉块的所述第一侧壁抵住所述限位珠以使得所述限位珠卡合在所述环形凹槽内，在所述第二工作位时，所述推拉块的所述第二侧壁挡住所述限位珠以使得所述限位珠限制在所述第一孔洞内。
优选地，所述第一侧壁沿所述第一圆柱套筒的轴向方向上倾斜设置，其中倾斜设置的方向为从所述第一侧壁到所述第二侧壁的方向向内倾斜。
优选地，所述驱动单元采用电磁铁推拉机构，所述推拉机构包括第一弹性元件，所述电磁铁推拉机构用于在通电时将所述推拉块拉回到所述第二工作位，所述第一弹性元件用于在所述电磁铁推拉机构断电时将所述推拉块推到所述第一工作位。
优选地，所述机械接头还包括第二弹性元件，所述第二弹性元件设置在所述接头基体和所述推拉块之间，所述第二弹性元件用于在所述推拉块位于所述第一工作位时为所述推拉块提供张紧力。
优选地，所述机械接头还包括十字连接件，所述十字连接件连接在所述驱动单元和所述推拉块之间，所述接头基体上设有十字凹槽，所述驱动单元连接所述十字连接件以驱动所述十字连接件在所述十字凹槽内沿着所述第一圆柱套筒的轴向方向往复运动。
优选地，所述第一圆柱套筒的外壁上设置凸出的定位柱或者凹陷的定位槽，所述第二圆柱套筒的内壁上相应设置凹陷的定位槽或者凸出的定位柱，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推拉块上，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在所述第一工作位时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、第三弹性元件和挡板，所述插针固定连接在所述调节柱上，所述调节柱和所述第三弹性元件设置在所述推拉块的第二孔洞内，所述调节柱连接在所述第三弹性元件的一端，所述第三弹性元件的另一端顶在所述第二孔洞的顶部，所述挡板盖合在所述第二孔洞的底部以将所述调节柱和所述第三弹性元件限制在所述第二孔洞内，所述插针的端部从所述挡板处穿出。
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，通过驱动单元驱动推拉块以使得至少一个限位珠卡合在环形凹槽内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、紧凑、定位准确、低能耗、受力均匀、重量轻、连接可靠、切换速度快、灵活且操作方便等优点，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，本发明还具有以下有益效果：
推拉块的外壁包括第一侧壁和第二侧壁，且第一侧壁沿着第一圆柱套筒的轴向方向上倾斜设置，其中倾斜的方向为从第一侧壁到第二侧壁的方向向内倾斜，以使得推拉块与限位珠和环形凹槽在第一工作位时形成自锁系统，提高关节接头与关节接口机械连接的可靠性。
驱动单元采用电磁铁推拉机构，在断电时通过内部设置的第一弹性元件推动推拉块到第一工作位，通电时迅速将推拉块拉到第二工作位，使得关节接头和关节接口的连接和断开的速度更快，能耗也更低；其中进一步地在机械接头中还设置第二弹性元件，在第一工作位时为推拉块提供张紧力，进一步提高机械连接的可靠性；在驱动单元和推拉块之间还设置十字连接件，防止推拉块相对于接头基体发生周向运动，更进一步保证关节接头的可靠性。
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。
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，对应的插座的端部为平面结构，也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至图5，接头基体A-1包括第一圆柱套筒A-11，接口基体B-1包括第二圆柱套筒B-11，其中第二圆柱套筒B-11能够套合在第一圆柱套筒A-11外；第一圆柱套筒A-11的外壁上设置凸出的定位柱A-111，第二圆柱套筒B-11的内壁上设置凹陷的定位槽B-111，定位柱A-111与定位槽B-111相互对应以使得定位柱A-111能够插入到定位槽B-111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上设置凹陷的定位槽，而在接口基体B-1上相应地设置凸出的定位柱。
结合图6所示，机械接头A-2包括驱动单元A-21、推拉块A-22和多个限位珠A-23，其中驱动单元A-21固定连接在接头基体A-1上，推拉块A-22设置在第一圆柱套筒A-11内，多个限位珠A-23分别设置在第一圆柱套筒A-11的侧壁的多个第一孔洞A-112内，且限位珠A-23的直径大于第一圆柱套筒A-11的侧壁的厚度；机械接口B-2包括环形凹槽B-21，环形凹槽B-21设置在第二圆柱套筒B-11的内壁上；驱动单元A-21连接推拉块A-22以驱动推拉块A-22沿着第一圆柱套筒A-11的轴向方向往复运动以形成第一工作位和第二工作位，在第一工作位时，推拉块A-22的外壁抵住限位珠A-23以使得限位珠A-23卡合在环形凹槽B-21内以将关节接头A和关节接口B机械连接，在第二工作位时，推拉块A-22的外壁与限位珠A-23分离以使得限位珠A-23可从环形凹槽B-21中脱出以分离关节接头A和关节接口B。其中，在第一孔洞A-112的外侧处设有限位部，限位部的孔径小于限位珠A-23的直径以使得限位珠A-23限制在第一孔洞A-112内，防止限位珠A-23从第一孔洞A-112的外侧脱出。推拉块A-22的外壁沿着第一圆柱套筒A-11的轴向方向上分别设有第一侧壁A-221和第二侧壁A-222，其中第一侧壁A-221的直径大于第二侧壁A-222，其中在第一工作位时，推拉块A-22的第一侧壁A-221抵住限位珠A-23以使得限位珠A-23卡合在环形凹槽B-21内，在第二工作位时，推拉块A-22的第二侧壁A-222挡住限位珠A-23以使得限位珠A-23限制在第一孔洞A-112内，防止限位珠A-23从第一孔洞A-112的内侧脱出。第一侧壁A-221沿着第一圆柱套筒A-11的轴向方向上倾斜设置，其中倾斜的方向为从第一侧壁A-221到第二侧壁A-222的方向向内倾斜，以使得推拉块A-22与限位珠A-23和环形凹槽B-21在第一工作位时形成自锁系统，提高关节接头A与关节接口B机械连接的可靠性。
在本实施例中，驱动单元A-21采用电磁铁推拉机构，其中电磁铁推拉机构包括第一弹性元件(图中未示)，电磁铁推拉机构在通电时将推拉块A-22拉回到第二工作位，第一弹性元件在电磁铁推拉机构断电时将推拉块A-22推到第一工作位。
进一步地，机械接头A-2还包括第二弹性元件A-24，第二弹性元件A-24设置在接头基体A-1和推拉块A-22之间，第二弹性元件A-24可以在推拉块A-22位于第一工作位时为推拉块A-22提供张紧力，从而增强关节接头A与关节接口B机械连接的可靠性。机械接头A-2还包括十字连接件A-25，十字连接件A-25连接在驱动单元A-21和推拉块A-22之间，接头基体A-1上设有十字凹槽A-12，驱动单元A-21连接十字连接件A-25以驱动十字连接件A-25在十字凹槽A-12内沿着第一圆柱套筒A-11的轴向方向往复运动，其中十字连接件A-25和推拉块A-22是一起由驱动单元A-21驱动作往复运动的，设置十字连接件A-25的作用在于克服推拉块A-22相对于接头基体A-1的周向运动趋势，防止推拉块A-22相对于接头基体A-1发生周向运动，保证关节接头A的可靠性。
电气接头A-3包括插针A-31、调节柱A-32、第三弹性元件A-33和挡板A-34，插针A-31固定连接在调节柱A-32上，调节柱A-32和第三弹性单元A-33设置在推拉块A-22的第二孔洞A-223内，调节柱A-32连接在第三弹性元件A-33的一端，第三弹性元件A-33的另一端顶在第二孔洞A-223的顶部，挡板A-34盖合在第二孔洞A-223的底部以将调节柱A-32和第三弹性元件A-33限制在第二孔洞A-223内，插针A-31的端部从挡板A-34处穿出，调节柱A-32能够在第二孔洞A-223内上下移动使得插针A-31可上下移动地连接在推拉块A-22上。在本实施例中，推拉块A-22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在第一工作位时插针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，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的端部相配合的插座B-31的端部为平面结构，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。
其中在本实施例中，第一弹性元件、第二弹性元件A-24和第三弹性元件A-33均可采用弹簧，限位珠A-23采用钢珠。
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，首先将电磁铁推拉机构(驱动单元A-21)进行通电，将定位柱A-111与定位槽B-111相互对接定位，继续对接直至第一圆柱套筒A-11的端部抵在第二圆柱套筒B-11的底部(如图6所示的状态)，然后将电磁铁推拉机构(驱动单元A-21)断电，其中的第一弹性单元将推拉块A-22推到第一工作位，也即使得推拉块A-22的第一侧壁A-221抵住限位珠A-23以使得限位珠A-23卡合在环形凹槽B-21内，完成了关节接头A和关节接口B的机械连接，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：对电磁铁推拉机构(驱动单元A-21)进行通电，电磁铁推拉机构(驱动单元A-21)将推拉块A-22拉回到第二工作位，也即推拉块A-22的外壁与限位珠A-23分离以使得限位珠A-23可以从环形凹槽B-21中脱出以分离关节接头A和关节接口B，与此同时各个电气接头A-3与各个电气接口B-3分别分离，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驱动单元A-21驱动推拉块A-22以使得多个限位珠A-23卡合在环形凹槽B-21内实现关节接头A和关节接口B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，且在机械连接的过程中，电磁铁推拉机构(驱动单元A-21)都无需通电，只在将关节接口A和关节接口B要对接之前以及要分离时通电即可，大大降低了能耗。
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：
所述接头基体包括第一圆柱套筒，所述接口基体包括第二圆柱套筒，其中所述第二圆柱套筒能够套合在所述第一圆柱套筒外；
所述机械接头包括驱动单元、推拉块和至少一个限位珠，所述驱动单元固定连接在所述接头基体上，所述推拉块设置在所述第一圆柱套筒内，所述限位珠设置在所述第一圆柱套筒的侧壁的第一孔洞内，且所述限位珠的直径大于所述第一圆柱套筒的侧壁的厚度；
所述机械接口包括环形凹槽，所述环形凹槽设置在所述第二圆柱套筒的内壁上；
所述驱动单元连接所述推拉块以驱动所述推拉块沿着所述第一圆柱套筒的轴向方向往复运动以形成第一工作位和第二工作位，在所述第一工作位时，所述推拉块的外壁抵住所述限位珠以使得所述限位珠卡合在所述环形凹槽内以将所述关节接头和所述关节接口机械连接，在所述第二工作位时，所述推拉块的外壁与所述限位珠分离以使得所述限位珠可从所述环形凹槽中脱出以分离所述关节接头和所述关节接口。
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，所述第一孔洞的外侧处设有限位部，所述限位部的孔径小于所述限位珠的直径以使得所述限位珠限制在所述第一孔洞内。
3.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，所述推拉块的外壁沿着所述第一圆柱套筒的轴向方向上分别设有第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁的直径大于所述第二侧壁，在所述第一工作位时，所述推拉块的所述第一侧壁抵住所述限位珠以使得所述限位珠卡合在所述环形凹槽内，在所述第二工作位时，所述推拉块的所述第二侧壁挡住所述限位珠以使得所述限位珠限制在所述第一孔洞内。
4.根据权利要求3所述的机械臂的关节连接装置，其特征在于，所述第一侧壁沿所述第一圆柱套筒的轴向方向上倾斜设置，其中倾斜设置的方向为从所述第一侧壁到所述第二侧壁的方向向内倾斜。
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，所述驱动单元采用电磁铁推拉机构，所述推拉机构包括第一弹性元件，所述电磁铁推拉机构用于在通电时将所述推拉块拉回到所述第二工作位，所述第一弹性元件用于在所述电磁铁推拉机构断电时将所述推拉块推到所述第一工作位。
6.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，所述机械接头还包括第二弹性元件，所述第二弹性元件设置在所述接头基体和所述推拉块之间，所述第二弹性元件用于在所述推拉块位于所述第一工作位时为所述推拉块提供张紧力。
7.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，所述机械接头还包括十字连接件，所述十字连接件连接在所述驱动单元和所述推拉块之间，所述接头基体上设有十字凹槽，所述驱动单元连接所述十字连接件以驱动所述十字连接件在所述十字凹槽内沿着所述第一圆柱套筒的轴向方向往复运动。
8.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，所述第一圆柱套筒的外壁上设置凸出的定位柱或者凹陷的定位槽，所述第二圆柱套筒的内壁上相应设置凹陷的定位槽或者凸出的定位柱，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。
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推拉块上，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在所述第一工作位时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。
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，所述电气接头还包括调节柱、第三弹性元件和挡板，所述插针固定连接在所述调节柱上，所述调节柱和所述第三弹性元件设置在所述推拉块的第二孔洞内，所述调节柱连接在所述第三弹性元件的一端，所述第三弹性元件的另一端顶在所述第二孔洞的顶部，所述挡板盖合在所述第二孔洞的底部以将所述调节柱和所述第三弹性元件限制在所述第二孔洞内，所述插针的端部从所述挡板处穿出。
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