CN110142799A - 一种机器人快换关节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人快换关节装置，包括驱动装置、锁紧壳、锁紧端主体和钢珠球，驱动装置的输出端与锁紧壳连接，以驱动锁紧壳升降运动，且锁紧端主体可滑动地设置于锁紧壳内，钢珠球设置于锁紧端主体的锁紧槽内，且锁紧壳内设置有用于卡接安装钢珠球的锥形槽。本发明提供的机器人快换关节装置，通过驱动装置驱动锁紧壳以及锁紧端主体进行竖直的上下运动，并通过钢珠球与锥形槽以及锁紧槽的引导、对准，达到末端执行器的快速更换的目的，在此过程中，引入结构简洁的丝杆步进电机，通过螺旋传动实现锁紧壳上下运动进而实现快换功能，优化快换对接结构，提高末端执行器的更换效率。

Description

一种机器人快换关节装置

技术领域

本发明涉及协作机器人技术领域，特别涉及一种机器人快换关节装置。

背景技术

协作机器人是一种能够和人类在共同空间中近距离互动的机器人，相对传统工业机器人具有极高的安全性和灵活性，协作机器人也将在机器人市场中具有一定的市场竞争力。

协作机器人作业任务的执行离不开各式各样的末端执行器，这些末端执行器的更换往往是通过人工手动更换，当进行多重工序作业时，往往是利用人工更换末端执行器执行下一步工序，或是增加多台机器人实现不同功能，这样不仅会增加制造成本，同时会降低作业效率且对工作空间提出严格要求。末端执行器快换装置的结构多种多样，能够满足特殊环境下例如焊接等的末端执行器快换任务，目前市面上更多的是气动、液压式快换机构，国内在协作机器人以及快换技术方面还处于起步阶段，使得没有一种能够适用于协作机器人的电动式快换装置，现有已知的协作机器人的电动式快换装置采用了较复杂的齿轮机构，利用多齿轮实现传动。而在协作机器人快换工作方式来看，该结构较为复杂，需要花费较多制造和维护成本。

因此，如何提供一种结构简单、自动化程度高的末端执行器快换装置，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人快换关节装置，通过结构简洁的丝杆步进电机，通过螺旋传动实现锁紧壳上下运动进而实现快换功能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种机器人快换关节装置，包括驱动装置、锁紧壳、锁紧端主体和钢珠球，所述驱动装置的输出端与所述锁紧壳连接，以驱动所述锁紧壳升降运动，且所述锁紧端主体可滑动地设置于所述锁紧壳内，所述钢珠球设置于所述锁紧端主体的锁紧槽内，且所述锁紧壳内设置有用于卡接安装所述钢珠球的锥形槽。

优选地，所述驱动装置的输出端设置有丝杠，还包括与所述丝杠螺旋副连接的移动螺母，所述移动螺母与所述锁紧壳固定连接。

优选地，还包括设置于机械臂内的载荷固定支座，所述载荷固定支座与所述锁紧端主体连接。

优选地，所述载荷固定支座与所述锁紧端主体之间通过圆柱销连接。

优选地，所述丝杠的端部通过轴承安装于所述载荷固定支座内。

优选地，所述驱动装置为步进电机。

优选地，所述锁紧端主体端部设置有限位端盖。

优选地，所述限位端盖上设置有电连接器。

优选地，所述锁紧壳内部设置有定位销，且所述锁紧端主体上设置有与所述定位销配合的锥形孔。

优选地，所述锁紧端主体内设置有圆形导向孔。

本发明所提供的机器人快换关节装置，主要包括驱动装置、锁紧壳、锁紧端主体和钢珠球，驱动装置的输出端与锁紧壳连接，以驱动锁紧壳升降运动，且锁紧端主体可滑动地设置于锁紧壳内，钢珠球设置于锁紧端主体的锁紧槽内，且锁紧壳内设置有用于卡接安装钢珠球的锥形槽。本发明提供的机器人快换关节装置，通过驱动装置驱动锁紧壳以及锁紧端主体进行竖直的上下运动，并通过钢珠球与锥形槽以及锁紧槽的引导、对准，达到末端执行器的快速更换的目的，在此过程中，引入结构简洁的丝杆步进电机，通过螺旋传动实现锁紧壳上下运动进而实现快换功能，优化快换对接结构，提高末端执行器的更换，保证更换作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构剖视图；

图2为图1所示结构的另一角度剖视图。

其中，图1-图2中：

驱动装置—1，驱动装置支撑座—2，电机连接线孔—3，丝杠—4，移动螺母—5，轴承—6，载荷固定支座—7，锁紧壳—8，锁紧端主体—9，限位端盖—10，工具端—11，钢珠球—12，机械臂—13，圆柱销—14，定位销—15，锥形槽—16，锁紧槽—17，电连接器—18。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构剖视图；图2为图1所示结构的另一角度剖视图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，机器人快换关节装置主要包括驱动装置1、锁紧壳8、锁紧端主体9和钢珠球12，驱动装置1的输出端与锁紧壳8连接，以驱动锁紧壳8升降运动，且锁紧端主体9可滑动地设置于锁紧壳8内，钢珠球12设置于锁紧端主体9的锁紧槽17内，且锁紧壳8内设置有用于卡接安装钢珠球12的锥形槽16。

其中，驱动装置1为丝杆步进电机，驱动装置1的输出端与锁紧壳8连接，以驱动锁紧壳8升降运动；锁紧端主体9可滑动地设置于锁紧壳8内，钢珠球12设置于锁紧端主体9的锁紧槽17内，锁紧槽17用于对锁紧壳8下降过程中的定位导向；锁紧壳8内设置有用于卡接安装钢珠球12的锥形槽16，锥形槽16与钢珠球12配合，用于对锁紧端主体9的对接进行定位导向。

具体的，在实际的快换对接过程当中，通过电机连接线孔3将驱动装置1与外界电源连接，首先将机械臂13和所要更换的末端工具的工具端11对准，启动驱动装置1，一般来说，相对位置存在一定的误差，误差应控制在一定范围内，以保证后续快换对接工作的有效进行；以快速挡控制机器人快换关节装置内的驱动装置1转动，由于驱动装置1的输出端与锁紧壳8连接，此时启动驱动装置1会驱动锁紧壳8向下直线运动，一直到锁紧壳8和下限位装置限位端盖10接触，此时，钢珠球12会和锁紧壳8上的锥形槽16槽口对准，钢珠球12处于自由的状态；然后将驱动装置1切换成慢速控制模式，来适应对接过程中位姿的调整，机械臂13继续向下运动，通过锁紧端主体9内部圆形孔导向，直到定位销15进入锁紧端主体9上的锥形槽16，此时，机械臂13和工具端11已经完成了横向、竖直以及左右方向的对准；完成方位的对准之后，机械臂13继续向下运动，此时，工具端11到达锁紧端主体9内部，同时也使得工具端11上的锥形槽16与钢珠球12以及锁紧槽17对准，由于限位端盖10上安装有电连接器18插口，对接完成后也会使得电气接口完成连接，整个快换装置已经和工具端11完成了方向的定位，即已完成对接作业；接下来可通过驱动转轴1反向转动，锁紧壳8向上运动，锥形槽16远离钢珠球12，并通过其内壁将钢珠球12推动进工具端11的锥形槽16内，直到锁紧壳8与上限位装置圆柱销14接触，锥形槽16和钢珠球12已完全错开，限制了工具端11轴向自由度，最终，快换关节完成锁紧。

为了优化上述实施例中机器人快换关节装置可以更加精准地完成末端执行器更换的优点，驱动装置1的输出端设置有丝杠4，还包括与丝杠4螺旋副连接的移动螺母5，移动螺母5与锁紧壳8固定连接。本装置会经常对末端执行器进行更换，因此，锁紧壳8的移动为经常性运动，关系到快换的稳定性和精准性，在驱动装置1的输出端设置丝杠4，并在丝杠4的螺旋副连接的移动螺母5，通过移动螺母5与锁紧壳8连接，这就使得驱动装置1对锁紧壳8的驱动变为螺旋驱动，通过丝杆4和移动螺母5将驱动动力传递给锁紧壳8，使驱动装置1对锁紧壳8的驱动有直接驱动变为螺旋驱动，使得锁紧壳8的运动更加平稳，保证了锁紧壳8下端达锁紧端主体9与工具端11对接的稳定性和准确性，提高更滑精准度；另外，丝杠4和移动螺母5的设置，提高了驱动的可控性，保证快换对接的安全性。

进一步地，机器人快换关节装置还包括设置于机械臂13内的载荷固定支座7，载荷固定支座7与锁紧端主体9连接。由于在快换对接过程当中，难免会出现触碰限位的情况发生，因此，在起到主要快换对接的锁紧端主体9上设置载荷固定支座7，载荷固定支座7可以承受限位情况发生时，冲击力对装置的冲击作用，对冲击力进行缓冲，避免冲击力对机械臂13形成直接冲击导致的对机械臂13造成磨损、损坏，保护机械臂13，提高机械臂13使用寿命。

进一步地，载荷固定支座7与锁紧端主体9之间通过圆柱销14连接。圆柱销14与销孔配合连接固定为机械领域最常用的固定方式，与上述功能共同实现缓冲冲击力的冲击，保证在冲击力发生时，锁紧端主体9相对稳定，避免锁紧端主体9对机械臂13的冲击，进一步提高机械臂13使用寿命。

进一步地，丝杠4的端部通过轴承6安装于载荷固定支座7内。因为丝杠4在本发明当中的作用很重要，在锁紧壳8下降和上升过程都是通过丝杠4传动驱动装置1的动力来实现的，丝杠4的垂直性很重要，轴承6安装于载荷固定支座7内，并与驱动装置1的转子呈竖直、同一直线设置，保证了丝杠4的垂直度，一是保证了驱动装置1动力传动的功率高，二是保证了锁紧壳8沿丝杠4运动的稳定性，提高了锁紧壳8以及锁紧端主体9向下运动与工具端11对接的精准性。

进一步地，驱动装置1为步进电机。步进电机为最简单的正反转驱动电机，其可以实现锁紧端主体9的上下运动，使得本方案可以实现，当然，驱动装置还可以为其他驱动形式，以能够满足锁紧端主体9的运动需求为准，在此不做具体限定。

进一步地，锁紧端主体9端部设置有限位端盖10。启动驱动装置1驱动锁紧壳8向下直线运动，一直到锁紧壳8和下限位装置限位端盖10接触，此时，钢珠球12会和锁紧壳8上的锥形槽16槽口对准，钢珠球12处于自由的状态，此为快换对接的第一个步骤，设置限位端盖10可以使得整个快换对接过程更加分明，体现快换对接的阶段性，可以提高快换对接的准确度。

进一步地，限位端盖10上设置有电连接器18。电连接器18与电气连接接口配合，可以连接外界动力源，为需要电源驱动的末端执行器提供动力，不仅完成了末端执行器的更换，同时完成电气线路的连接，使机械连接和电气连接同时完成，提高末端执行器快换的效率。

进一步地，锁紧壳8内部设置有定位销15，且锁紧端主体9上设置有与定位销15配合的锥形槽16。完成方位的对准之后，机械臂13继续向下运动，此时，工具端11到达锁紧端主体9内部，同时也使得工具端11上的锥形槽16与钢珠球12以及锁紧槽17对准，整个快换装置已经和工具端11完成了方向的定位，即已完成对接作业。

进一步地，锁紧端主体9内设置有圆形导向孔。由于在快速更换末端执行器的过程中，锁紧端主体9起到对接并完成连接的作用，锁紧端主体9对于其他部件的导向作用通过圆形导向孔来完成，可以对钢珠球12进行全程的导向，不会形成位置的偏移，使整个对接过程更加精准。

综上所述，本实施例所提供的机器人快换关节装置主要包括驱动装置、锁紧壳、锁紧端主体和钢珠球，驱动装置的输出端与锁紧壳连接，以驱动锁紧壳升降运动，且锁紧端主体可滑动地设置于锁紧壳内，钢珠球设置于锁紧端主体的锁紧槽内，且锁紧壳内设置有用于卡接安装钢珠球的锥形槽。本发明提供的机器人快换关节装置，通过驱动装置驱动锁紧壳以及锁紧端主体进行竖直的上下运动，并通过钢珠球与锥形槽以及锁紧槽的引导、对准，达到末端执行器的快速更换的目的，在此过程中，引入结构简洁的丝杆步进电机，通过螺旋传动实现锁紧壳上下运动进而实现快换功能，优化快换对接结构，提高末端执行器的更换，保证更换作业效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种机器人快换关节装置，其特征在于，包括驱动装置(1)、锁紧壳(8)、锁紧端主体(9)和钢珠球(12)，所述驱动装置(1)的输出端与所述锁紧壳(8)连接，以驱动所述锁紧壳(8)升降运动，且所述锁紧端主体(9)可滑动地设置于所述锁紧壳(8)内，所述钢珠球(12)设置于所述锁紧端主体(9)的锁紧槽(17)内，且所述锁紧壳(8)内设置有用于卡接安装所述钢珠球(12)的锥形槽(16)。

2.根据权利要求1所述的机器人快换关节装置，其特征在于，所述驱动装置(1)的输出端设置有丝杠(4)，还包括与所述丝杠(4)螺旋副连接的移动螺母(5)，所述移动螺母(5)与所述锁紧壳(8)固定连接。

3.根据权利要求2所述的机器人快换关节装置，其特征在于，还包括设置于机械臂(13)内的载荷固定支座(7)，所述载荷固定支座(7)与所述锁紧端主体(9)连接。

4.根据权利要求3所述的机器人快换关节装置，其特征在于，所述载荷固定支座(7)与所述锁紧端主体(9)之间通过圆柱销(14)连接。

5.根据权利要求4所述的机器人快换关节装置，其特征在于，所述丝杠(4)的端部通过轴承(6)安装于所述载荷固定支座(7)内。

6.根据权利要求5所述的机器人快换关节装置，其特征在于，所述驱动装置(1)为步进电机。

7.根据权利要求1所述的机器人快换关节装置，其特征在于，所述锁紧端主体(9)端部设置有限位端盖(10)。

8.根据权利要求7所述的机器人快换关节装置，其特征在于，所述限位端盖(10)上设置有电连接器(18)。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的机器人快换关节装置，其特征在于，所述锁紧壳(8)内部设置有定位销(15)，且所述锁紧端主体(9)上设置有与所述定位销(15)配合的锥形孔。

10.根据权利要求9所述的机器人快换关节装置，其特征在于，所述锁紧端主体(9)内设置有圆形导向孔。