CN110919680B - 机器人末端执行器快速接换装置及接换方法 - Google Patents

Abstract

机器人末端执行器快速接换装置及接换方法，涉及机器人末端执行器的自动换接技术领域。机器人末端执行器快速接换装置，包括第一装配体和第二装配体，第一装配体包括工具盘、公接头及公接头座；第二装配体包括连接座、导向杆、母接头、母接头座、弹簧、限位块及锁定组件；在第一装配体通过衔接部A与第二装配体的衔接部B连接的状态下，公接头插入母接头，并将母接头座压紧在限位块上，锁定组件可锁定或解锁工具盘。机器人末端执行器快速接换方法，应用于机器人末端执行器快速接换装置，包括对接过程和拆卸过程。本发明通过遥控机器人即可实现机器人末端执行器自动拆装，整个拆装过程快捷、简便、可靠性好，且公、母接头之间不会产生干涉。

Description

机器人末端执行器快速接换装置及接换方法

技术领域

本发明涉及机器人末端执行器的自动换接技术领域，特别是一种机器人末端执行器快速接换装置及接换方法。

背景技术

机器人(尤其是多轴机器人)因其动作的灵活性、可靠性及高效性，已在各行业中得到广泛应用，并逐渐取代人工操作。但在实际应用过程中，往往需要一台机器人处理数种不同产品或不同工艺过程，则该机器人需要相应的匹配数种不同的末端执行器，常见的末端执行器包括铲斗、液压锤、液压剪、液压钳、切割机等。目前在更换末端执行器时，往往需要人工拆装，步骤繁琐并且费时费力。而在一些危险环境下(例如核辐射、高温、低温等)，人工拆装难度极大甚至无法完成拆装。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种机器人末端执行器快速接换装置及接换方法，它解决了目前人工拆装机器人的末端执行器费时费力且难度大的问题。

本发明的技术方案是：机器人末端执行器快速接换装置，包括第一装配体和第二装配体；

第一装配体包括工具盘、公接头座及公接头；工具盘上设有衔接部A及工具连接面；公接头座固定安装在工具盘上；公接头安装在公接头座上；

第二装配体包括连接座、母接头、母接头座、导向杆、弹簧、限位块及锁定组件；连接座的两端分别为机器人对接端和工具盘对接端，工具盘对接端上设有与衔接部A相匹配的衔接部B；母接头安装在母接头座上；母接头座活套在导向杆上；导向杆两端固定安装在连接座上；弹簧套设在导向杆上，其一端与母接头座相抵，另一端与连接座的一端壁面相抵，其通过弹力将母接头座压紧在连接座的另一端壁面上；限位块固接在连接座上，以限定母接头座在导向杆上的滑动行程；锁定组件设在连接座上并与工具盘关联；

第一装配体通过衔接部A与第二装配体的衔接部B连接时，公接头插入母接头，并将母接头座压紧在限位块上，锁定组件可将连接座与工具盘相互锁定，或解除连接座与工具盘的相互锁定。

本发明进一步的技术方案是：工具盘的工具连接面上设有工具安装孔。

本发明再进一步的技术方案是：衔接部A为工具盘上的两条相对布置的滑槽；衔接部B为设在连接座的工具盘对接端外侧并与所述滑槽相匹配的滑块。

本发明更进一步的技术方案是：连接座的工具盘对接端上设有销孔B；连接座的工具盘对接端内设有元件容纳腔；工具盘上设有与销孔A位置对应的销孔A；

锁定组件包括电机、转盘、连杆及锁定销；电机固定安装在连接座的元件容纳腔内，转盘固定安装在电机的机轴上，并被电机带动转动；锁定销活动插装在连接座的销孔B中；连杆一端与转盘铰接，另一端与锁定销铰接，其随着转盘的正反向转动而拉动锁定销沿销孔B做往复直线运动；

第一装配体通过衔接部A与第二装配体的衔接部B连接时，锁定销伸出销孔B而进入工具盘的销孔A中，即将连接座与工具盘相互锁定，锁定销缩回销孔B而未进入工具盘的销孔A中，即解除连接座与工具盘的相互锁定。

本发明更进一步的技术方案是：公接头包括液压公接头和/或电气公接头和/或气路公接头，母接头是与公接头相匹配的液压母接头和/或电气母接头和/或气路母接头。

本发明的技术方案是：机器人末端执行器快速接换方法，应用于上述的机器人末端执行器快速接换装置，包括对接过程和拆卸过程；

在进行快速换接之前，需要进行预备工作，具体如下：

a、将第二装配体通过连接座的机器人对接端连接在机器人手臂上，并将公接头连通至对应的液压系统、气路系统或电路系统；

b、将所需的末端执行器连接在第一装配体的工具盘上，然后将第一装配体放置在地面或台面上；

预备工作中，a、b分步骤不分先后次序；

对接过程如下：

S01，连接座与工具盘连接并对接公母接头：调整机器人的位姿，使连接座上的滑块正对工具盘上的滑槽，然后操纵机器人，使连接座通过滑块与工具盘的滑槽插接；在连接座与工具盘的插接过程中，首先公接头与母接头相接触，然后公接头顶推母接头及母接头座沿着导向杆克服弹簧弹力向上移动，直至母接头座抵住限位块，随着插接过程的继续，最后公接头插入母接头中，完成整个插接过程；此时，连接座上的销孔B正对工具盘上的销孔A；

S02，连接座与工具盘相互锁定：电机启动，通过转盘转动带动连杆运动，使锁定销从销孔B中伸出并插入工具盘的销孔A中，即完成连接座与工具盘的相互锁定；

拆卸过程如下：

S01，工具盘与连接座解除锁定并分离公母接头：

a，操纵机器人，使工具盘接地，然后断开公母接头之间的油路、气路及电路；

b，控制电机启动，通过转盘转动带动连杆运动，使锁定销退出销孔A并缩回销孔B中；

S02，连接座与工具盘分离：操纵机器人，使连接座沿着工具盘的滑槽抽离出工具盘，公、母接头也随着两者的相互抽离而分离开，即完成连接座与工具盘的分离。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、通过遥控机器人即可实现机器人末端执行器的自动拆装，整个拆装过程快捷、简便、可靠性好，且公、母接头之间不会产生干涉。

2、公、母接头之间的对接为两段式过程，插接力度逐渐增大，避免突兀、生硬的直接插入接头而造成损坏。第一段，当工具盘与连接座插接时，公接头与母接头相接触，然后由公接头顶推母接头和母接头座克服弹簧弹力沿着导向杆向上移动，此过程中，插接力随着弹簧的压缩变形而逐渐增大；第二段，母接头座在公接头的顶推作用下抵住限位块，随着插接过程的持续，公接头最终插入母接头中，此过程中，插接力随着插接过程的持续而逐渐增大，当插接力度达到所需插入力度的临界值时，公接头插入母接头中。

3、第一装配体与第二装配体通过滑块与滑槽对接，对接精度有保证；第一装配体与第二装配体之间的两个固定点对称布置在连接座工具盘对接端的两侧，锁定后牢固可靠，可承受较大载荷。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为第一装配体在一个视角下的结构示意图；

图3为第一装配体在另一视角下的结构示意图；

图4为第二装配体在一个视角下的结构示意图；

图5为第二装配体在另一视角下的结构示意图；

图6为公、母接头对接状态示意图；

图7为本发明的使用状态示意图。

图例说明：工具盘11；衔接部A111；工具连接面112；工具安装孔113；销孔A114；公接头座12；公接头13；连接座21；机器人对接端211；工具盘对接端212；衔接部B2121；元件容纳腔2122；销孔B2123；母接头22；母接头座23；导向杆24；弹簧25；限位块26；电机271、转盘272、连杆273及锁定销274。

实施方式

实施例1：

如图1-7所示，机器人末端执行器快速接换装置，包括第一装配体和第二装配体。

第一装配体包括工具盘11、公接头座12及公接头13。工具盘11上设有衔接部A111及工具连接面112，工具连接面112上设有工具安装孔113。工具盘11上还设有销孔A114。

公接头座12固定安装在工具盘11上。

公接头13安装在公接头座12上。

第二装配体包括连接座21、母接头22、母接头座23、导向杆24、弹簧25、限位块26及锁定组件。

连接座21的两端分别为机器人对接端211和工具盘对接端212，工具盘对接端212上设有与衔接部A111相匹配的衔接部B2121。连接座21的工具盘对接端212内设有元件容纳腔2122。连接座21的工具盘对接端212上设有与销孔A114位置对应的销孔B2123。

母接头22安装在母接头座23上。

母接头座23活套在导向杆24上。

导向杆24两端固定安装在连接座21上。

弹簧25套设在导向杆24上，其一端与母接头座23相抵，另一端与连接座21的元件容纳腔2122的上端腔壁相抵，其通过弹力将母接头座23压紧在连接座21的元件容纳腔2122的下端腔壁上。

限位块26固接在连接座21上，以限定母接头座23在导向杆24上的滑动行程。

锁定组件包括电机271、转盘272、连杆273及锁定销274。电机271固定安装在连接座21的元件容纳腔2122内，转盘272固定安装在电机271的机轴上，并被电机271带动转动。锁定销274活动插装在连接座21的销孔B2123中。连杆273一端与转盘272铰接，另一端与锁定销274的铰接，其随着转盘272的正反向转动而拉动锁定销274沿销孔B2123做往复直线运动，以连接座21与工具盘11相互锁定或解锁。当锁定组件将连接座21与工具盘11相互锁定时，锁定销274伸出销孔B2123而进入工具盘11的销孔A114中，当锁定组件解除连连接座21与工具盘11的相互锁定时，锁定销274缩回销孔B2123而未进入工具盘11的销孔A114中。

在第一装配体通过衔接部A111与第二装配体的衔接部B2121连接的状态下，连接座21上的销孔B2123正对工具盘11上的销孔A114，公接头13插入母接头22，并将母接头座23压紧在限位块26上，锁定组件可锁定或解锁工具盘11。

优选，衔接部A111为工具盘11上的两条相对布置的滑槽。所述衔接部B2121为连接座21的工具盘对接端212上的两条对称布置的滑块。

优选，连杆273的数量为两根，两根连杆273与转盘272的铰接点以转盘272的转动中心对称分布。相应的，锁定销274及销孔B2123的数量均为两个，两个销孔B2123以转盘272的转动中心对称分布在连接座21的工具盘对接端212上，两个锁定销274分别活动插装在两个销孔B2123中。

优选，公接头13包括液压公接头和/或电气公接头和/或气路公接头，母接头22是与公接头相匹配的液压母接头和/或电气母接头和/或气路母接头。

本发明可实现机器人末端执行器的快速换接，包括对接过程和拆卸过程；

在进行快速换接之前，需要进行预备工作，具体如下：

a、将第二装配体通过连接座21的机器人对接端211连接在机器人手臂上，并将公接头13连通至对应的液压系统、气路系统或电路系统；

b、将所需的末端执行器连接在第一装配体的工具盘11上，然后将第一装配体放置在地面或台面上；

预备工作中，a、b分步骤不分先后次序。

对接过程如下：

S01，连接座与工具盘连接并对接公母接头：调整机器人的位姿，使连接座21上的滑块正对工具盘11上的滑槽，然后操纵机器人，使连接座21通过滑块与工具盘11的滑槽插接；在连接座21与工具盘11的插接过程中，首先公接头13与母接头22相接触，然后公接头13顶推母接头22及母接头座23沿着导向杆24克服弹簧25弹力向上移动，直至母接头座23抵住限位块26，随着插接过程的继续，最后公接头13插入母接头22中，完成整个插接过程；此时，连接座21上的销孔B2123正对工具盘11上的销孔A114；

S02，连接座与工具盘相互锁定：电机271启动，通过转盘272转动带动连杆273运动，使锁定销274从销孔B2123中伸出并插入工具盘11的销孔A114中，即完成连接座21与工具盘11的相互锁定。

拆卸过程如下：

S01，工具盘与连接座解除锁定并分离公母接头：

a，操纵机器人，使工具盘11接地，然后断开公母接头之间的油路、气路及电路；

b，控制电机271启动，通过转盘272转动带动连杆273运动，使锁定销274退出销孔A114并缩回销孔B2123中；

S02，连接座与工具盘分离：操纵机器人，使连接座21沿着工具盘11的滑槽抽离出工具盘11，公、母接头也随着两者的相互抽离而分离开，即完成连接座21与工具盘11的分离。

Claims (4)

1.机器人末端执行器快速接换方法，应用于机器人末端执行器快速接换装置，其特征是，所述的机器人末端执行器快速接换装置，包括第一装配体和第二装配体；

第一装配体包括工具盘、公接头座及公接头；工具盘上设有衔接部A及工具连接面；公接头座固定安装在工具盘上；公接头安装在公接头座上；

第二装配体包括连接座、母接头、母接头座、导向杆、弹簧、限位块及锁定组件；连接座的两端分别为机器人对接端和工具盘对接端，工具盘对接端上设有与衔接部A相匹配的衔接部B；母接头安装在母接头座上；母接头座活套在导向杆上；导向杆两端固定安装在连接座上；弹簧套设在导向杆上，其一端与母接头座相抵，另一端与连接座的一端壁面相抵，其通过弹力将母接头座压紧在连接座的另一端壁面上；限位块固接在连接座上，以限定母接头座在导向杆上的滑动行程；锁定组件设在连接座上并与工具盘关联；

衔接部A为工具盘上的两条相对布置的滑槽；衔接部B为设在连接座的工具盘对接端外侧并与所述滑槽相匹配的滑块；第一装配体通过衔接部A与第二装配体的衔接部B连接时，公接头插入母接头，并将母接头座压紧在限位块上，锁定组件可将连接座与工具盘相互锁定，或解除连接座与工具盘的相互锁定；

连接座的工具盘对接端上设有销孔B；连接座的工具盘对接端内设有元件容纳腔；工具盘上设有与销孔B位置对应的销孔A；

锁定组件包括电机、转盘、连杆及锁定销；电机固定安装在连接座的元件容纳腔内，转盘固定安装在电机的机轴上，并被电机带动转动；锁定销活动插装在连接座的销孔B中；连杆一端与转盘铰接，另一端与锁定销铰接，其随着转盘的正反向转动而拉动锁定销沿销孔B做往复直线运动；第一装配体通过衔接部A与第二装配体的衔接部B连接时，锁定销伸出销孔B而进入工具盘的销孔A中，即锁定工具盘，锁定销缩回销孔B而未进入工具盘的销孔A中，即解锁工具盘；

所述方法包括对接过程和拆卸过程；

在进行快速换接之前，需要进行预备工作，具体如下：

a、将第二装配体通过连接座的机器人对接端连接在机器人的机械臂上，并将公接头连通至液压系统、气路系统或电路系统；

b、将所需的末端执行器连接在第一装配体的工具盘上，然后将第一装配体放置在地面或台面上；

预备工作中，a、b分步骤不分先后次序；

对接过程如下：

S01，连接座与工具盘连接并对接公母接头：调整机器人的位姿，使连接座上的滑块正对工具盘上的滑槽，然后操纵机器人，使连接座通过滑块与工具盘的滑槽插接；在连接座与工具盘的插接过程中，首先公接头与母接头相接触，然后公接头顶推母接头及母接头座沿着导向杆克服弹簧弹力向上移动，直至母接头座抵住限位块，随着插接过程的继续，最后公接头插入母接头中，完成整个插接过程；此时，连接座上的销孔B正对工具盘上的销孔A；

S02，连接座与工具盘相互锁定：电机启动，通过转盘转动带动连杆运动，使锁定销从销孔B中伸出并插入工具盘的销孔A中，即完成连接座与工具盘的相互锁定；

拆卸过程如下：

S01，工具盘与连接座解除锁定并分离公母接头：

a，操纵机器人，使工具盘接地，然后断开公母接头之间的油路、气路及电路；

b，控制电机启动，通过转盘转动带动连杆运动，使锁定销退出销孔A并缩回销孔B中；

S02，将连接座与工具盘分离：操纵机器人，使连接座沿着工具盘的滑槽抽离出工具盘，公、母接头也随着两者的相互抽离而分离开，即完成连接座与工具盘的分离。

2.如权利要求1所述的机器人末端执行器快速接换方法，其特征是：工具盘的工具连接面上设有工具安装孔。

3.如权利要求2所述的机器人末端执行器快速接换方法，其特征是：连杆的数量为两根，两根连杆与转盘的铰接点以转盘的转动中心对称分布；相应的，锁定销及销孔B的数量均为两个，两个销孔B以转盘的转动中心对称分布在连接座的工具盘对接端上，两个锁定销分别活动插装在两个销孔B中。

4.如权利要求3所述的机器人末端执行器快速接换方法，其特征是：公接头包括液压公接头和/或电气公接头和/或气路公接头，母接头是与公接头相匹配的液压母接头和/或电气母接头和/或气路母接头。