CN110978060A - 机器人末端工具快速换接装置及换接方法 - Google Patents

Abstract

机器人末端工具快速换接装置及换接方法，涉及机器人末端工具的自动换接技术领域。其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；第二装配体包括电机、连接座A、旋转套、连接座B、母接头、母接头座对接分离组件；当第一装配体与第二装配体连接时，工具盘通过衔接部A与连接座B的衔接部B连接，对接分离组件用于锁定工具盘同时带动公、母接头对接，或解锁工具盘同时带动公、母接头分离。机器人末端工具快速换接方法，应用于机器人末端工具快速换接装置，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工具的自动拆装，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。

Description

机器人末端工具快速换接装置及换接方法

技术领域

本发明涉及机器人末端工具的自动换接技术领域，特别是一种机器人末端工具快速换接装置及换接方法。

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工具，常见的末端工具包括铲斗、液压锤、液压剪、液压钳、切割机等。目前在更换末端工具时，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，而提供一种旋转换接的机器人末端工具快速换接装置及换接方法，它解决了目前人工拆装机器人的末端工具费时费力且难度大的问题。

本发明的技术方案是：机器人末端工具快速换接装置，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；工具盘一侧设有衔接部A，另一侧设有工具连接面；公接头安装在公接头座上，公接头座固定安装在工具盘上；

第二装配体包括电机、连接座A、旋转套、连接座B、母接头、母接头座对接分离组件；电机固定安装在连接座A上；连接座A上设有机器人连接部和旋转套安装孔；旋转套可转动的安装在连接座A的旋转套安装孔内，其一端与电机的机轴连接，其另一端直接或间接与连接座B固接；连接座B固接在旋转套上，其上设有与衔接部A相匹配的衔接部B；母接头安装在母接头座上，母接头座与对接分离组件关联；对接分离组件安装在连接座B上；

当第一装配体与第二装配体连接时，工具盘通过衔接部A与连接座B的衔接部B连接，对接分离组件用于锁定工具盘同时带动公、母接头对接，或解锁工具盘同时带动公、母接头分离。

本发明进一步的技术方案是：衔接部A为固接在工具盘上的环形凸台，环形凸台上设有L形缺口，L形缺口包括竖直段和与竖直段连通的水平段；衔接部B为固接在连接座B一端的圆柱，圆柱上固接有向其径向外侧伸出的锁定杆；当第一装配体与第二装配体连接时，连接座B上的圆柱伸入工具盘上的环形凸台内，圆柱上的锁定杆抵在L形缺口的水平段的底部。

本发明进一步的技术方案是：连接座B内设有元件安装腔，连接座B下端设有连通至元件安装腔的下通孔；工具盘上设有与下通孔相对应的锁定销孔；

对接分离组件包括液压缸B和锁定销，液压缸B的活塞杆固接在元件安装腔的上端腔壁上，锁定销固接在液压缸B的缸体上，液压缸B的活塞杆伸缩带动液压缸B的缸体在元件安装腔内移动，进而带动锁定销从连接座B下端的下通孔中伸出或缩回；母接头座固定安装在液压缸B的缸体上，其随着液压缸B的缸体同步移动；

在第一装配体与第二装配体连接的状态下，当锁定销进入锁定销孔中时，一方面使连接座B与工具盘相互锁定，另一方面带动母接头与公接头对接；

在第一装配体与第二装配体连接的状态下，当锁定销从锁定销孔中退出时，一方面解除连接座B与工具盘的相互锁定，另一方面带动母接头与公接头分离。

本发明更进一步的技术方案是：液压缸B的数量为两个，两个液压缸B的活塞杆分别固接在元件安装腔上端两侧的腔壁上；相应的，锁定销、连接座B下端的下通孔、工具盘上的锁定销孔的数量均为两个。

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：机器人末端工具快速换接方法，应用于上述的机器人末端工具快速换接装置，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A上的机器人连接部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、将所需的末端工具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，第一装配体与第二装配体连接：

a、调整机器人的位姿，使连接座B上的圆柱正对工具盘上的环形凸台；

b、然后操纵机器人，使连接座B上的圆柱伸入衔接部A的环形凸台内，且圆柱上的锁定杆进入L形缺口的竖直段的底部；

c、启动电机，电机的机轴带动旋转套和连接座B转动，使锁定杆从L形缺口的竖直段的底部进入L形缺口的水平段的底部，即完成第一装配体与第二装配体的连接；

S02，连接座B与工具盘相互锁定并对接公、母接头：启动液压缸B，液压缸B的缸体移动带动锁定销从连接座B下端的下通孔中伸出，并进入工具盘上的锁定销孔中，从而使连接座B与工具盘相互锁定，锁定销伸出的同时带动母接头与公接头对接；

拆卸过程如下：

S01，连接座B与工具盘解除锁定并分离公、母接头：

a、操纵机器人，使工具盘接地，然后断开公、母接头之前的油路、气路及电路；

b、启动液压缸B，液压缸B的缸体移动带动锁定销从工具盘上的锁定销孔中退出，从而解除连接座B与工具盘之间的锁定，锁定销退出的同时断开公、母接头之间的连接；

S02，第一装配体与第二装配体分离：启动电机，电机的机轴带动旋转套和连接座B转动，使锁定杆从L形缺口的水平段的底部进入L形缺口的竖直段的底部，然后操纵机器人，使连接座B沿着L形缺口的竖直段退出工具盘，即完成第一装配体与第二装配体的分离。

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工具的自动拆装，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、第一装配体与第二装配体之间通过两根锁定销锁定，两根锁定销对称布置在连接座B的镜像对称中心面两侧。该结构锁定后牢固可靠，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为第一装配体的结构示意图；

图3为第二装配体的结构示意图；

图4为第二装配体的爆炸图；

图5为本发明对接过程S01步骤中的b分步骤的状态示意图；

图6为本发明对接过程S01步骤中的c分步骤的状态示意图；

图7为本发明的使用状态示意图。

图例说明：工具盘11；环形凸台111；L形缺口1111；竖直段11111；水平段11112；工具连接面112；安装孔A1121；锁定销孔113；公接头12；公接头座13；电机21；连接座A22；机器人连接部221；安装孔B2211；旋转套安装孔222；旋转套23；连接座B24；圆柱241；锁定杆2411；元件安装腔242；下通孔243；液压缸B251；锁定销252；母接头座26；母接头27；中间连接套100。

具体实施方式

实施例1：

如图1-7所示，机器人末端工具快速换接装置，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12及公接头座13。

工具盘11一侧设有衔接部A，另一侧设有工具连接面112。衔接部A为固接在工具盘11上的环形凸台111，环形凸台上设有L形缺口1111，L形缺口1111包括竖直段11111和与竖直段11111连通的水平段11112。工具连接面112上设由用于安装工具的安装孔A1121。

公接头12安装在公接头座13上，公接头座13固接在工具盘11上。

第二装配体包括电机21、连接座A22、旋转套23、连接座B24、对接分离组件、母接头座26及母接头27。

电机21固定安装在连接座A22上。

连接座A22上设有机器人连接部221和旋转套安装孔222，机器人连接部221上设有用于连接机器人手臂的安装孔B2211。

旋转套23可转动的安装在连接座A22的旋转套安装孔内，其一端通过键与电机21的机轴连接，其另一端通过中间连接套100与连接座B24固接。

连接座B24固接在旋转套23上，其上设有与衔接部A相匹配的衔接部B，衔接部B为固接在连接座B24一端的圆柱241，圆柱241上固接有向其径向外侧伸出的锁定杆2411。连接座B24内设有元件安装腔242，连接座B24下端设有连通至元件安装腔242的下通孔243，下通孔243与工具盘11上的锁定销孔113相对应。

对接分离组件包括液压缸B251和锁定销252，液压缸B251的活塞杆固接在连接座B24的元件安装腔242的上端腔壁上，锁定销252固接在液压缸B251的缸体上，液压缸B251的活塞杆伸缩带动液压缸B251的缸体在连接座B24的元件安装腔242内移动，进而带动锁定销252从连接座B24下端的下通孔243中伸出或缩回。

母接头座26与固接在液压缸B251的缸体上，母接头27安装在母接头座26上。

优选，液压缸B251的数量为两个，两个液压缸B251的活塞杆分别固接在元件安装腔242上端两侧的腔壁上。相应的，锁定销252、连接座B24下端的下通孔243、工具盘11上的锁定销孔113的数量均为两个。

优选，公接头12包括液压公接头和/或电气公接头和/或气路公接头，母接头27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。

第一装配体与第二装配体的连接/解除连接状态如下：

当连接座B24上的圆柱241伸入工具盘11上的环形凸台111内，且圆柱241上的锁定杆2411进入L形缺口1111的竖直段11111的底部时，电机21机轴转动带动旋转套23和连接座B24转动，使锁定杆2411从L形缺口1111的竖直段11111的底部进入L形缺口1111的水平段11112的底部，即将连接座B24与工具盘11连接，电机21机轴转动带动旋转套23和连接座B24转动，使锁定杆2411从L形缺口1111的水平段11112的底部进入L形缺口1111的竖直段11111的底部，即解除连接座B24与工具盘11的连接状态。

第一装配体与第二装配体的锁定/解锁状态如下：

在连接座B24与工具盘11连接的状态下，液压缸B251驱动锁定销252从连接座B24下端的下通孔243中伸出并进入工具盘11上的锁定销孔113中，从而使连接座B24与工具盘11相互锁定，同时带动母接头27与公接头12对接；在连接座B24与工具盘11连接的状态下，液压缸B251驱动锁定销252从工具盘11上的锁定销孔113中退出，从而解除连接座B24与工具盘11的相互锁定，同时带动母接头27与公接头12分离。

本发明可实现机器人末端工具的快速换接，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A22上的机器人连接部221连接在机器人手臂上，并将公接头12连通至对应的液压系统、气路系统或电路系统；

b、将所需的末端工具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，第一装配体与第二装配体连接：

a、调整机器人的位姿，使连接座B24上的圆柱241正对工具盘11上的环形凸台111；

b、然后操纵机器人，使连接座B24上的圆柱241伸入衔接部A的环形凸台111内，且圆柱241上的锁定杆2411进入L形缺口1111的竖直段11111的底部；

c、启动电机21，电机21的机轴带动旋转套23和连接座B24转动，使锁定杆2411从L形缺口1111的竖直段11111的底部进入L形缺口1111的水平段11112的底部，即完成第一装配体与第二装配体的连接；

S02，连接座B与工具盘相互锁定并对接公、母接头：启动液压缸B251，液压缸B251的缸体移动带动锁定销252从连接座B24下端的下通孔243中伸出，并进入工具盘11上的锁定销孔113中，从而使连接座B24与工具盘11相互锁定，锁定销252伸出的同时带动母接头27与公接头12对接。

拆卸过程如下：

S01，连接座B与工具盘解除锁定并分离公、母接头：

a、操纵机器人，使工具盘11接地，然后断开公、母接头之前的油路、气路及电路；

b、启动液压缸B251，液压缸B251的缸体移动带动锁定销252从工具盘11上的锁定销孔113中退出，从而解除连接座B24与工具盘11之间的锁定，锁定销252退出的同时断开公、母接头之间的连接；

S02，第一装配体与第二装配体分离：启动电机21，电机21的机轴带动旋转套23和连接座B24转动，使锁定杆2411从L形缺口1111的水平段11112的底部进入L形缺口1111的竖直段11111的底部，然后操纵机器人，使连接座B24沿着L形缺口1111的竖直段11111退出工具盘11，即完成第一装配体与第二装配体的分离。

Claims (6)

1.机器人末端工具快速换接装置，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；工具盘一侧设有衔接部A，另一侧设有工具连接面；公接头安装在公接头座上，公接头座固定安装在工具盘上；

第二装配体包括电机、连接座A、旋转套、连接座B、母接头、母接头座对接分离组件；电机固定安装在连接座A上；连接座A上设有机器人连接部和旋转套安装孔；旋转套可转动的安装在连接座A的旋转套安装孔内，其一端与电机的机轴连接，其另一端直接或间接与连接座B固接；连接座B固接在旋转套上，其上设有与衔接部A相匹配的衔接部B；母接头安装在母接头座上，母接头座与对接分离组件关联；对接分离组件安装在连接座B上；

当第一装配体与第二装配体连接时，工具盘通过衔接部A与连接座B的衔接部B连接，对接分离组件用于锁定工具盘同时带动公、母接头对接，或解锁工具盘同时带动公、母接头分离。

2.如权利要求1所述的机器人末端工具快速换接装置，其特征是：衔接部A为固接在工具盘上的环形凸台，环形凸台上设有L形缺口，L形缺口包括竖直段和与竖直段连通的水平段；衔接部B为固接在连接座B一端的圆柱，圆柱上固接有向其径向外侧伸出的锁定杆；当第一装配体与第二装配体连接时，连接座B上的圆柱伸入工具盘上的环形凸台内，圆柱上的锁定杆抵在L形缺口的水平段的底部。

3.如权利要求1或2所述的机器人末端工具快速换接装置，其特征是：连接座B内设有元件安装腔，连接座B下端设有连通至元件安装腔的下通孔；工具盘上设有与下通孔相对应的锁定销孔；

对接分离组件包括液压缸B和锁定销，液压缸B的活塞杆固接在元件安装腔的上端腔壁上，锁定销固接在液压缸B的缸体上，液压缸B的活塞杆伸缩带动液压缸B的缸体在元件安装腔内移动，进而带动锁定销从连接座B下端的下通孔中伸出或缩回；母接头座固定安装在液压缸B的缸体上，其随着液压缸B的缸体同步移动；

在第一装配体与第二装配体连接的状态下，当锁定销进入锁定销孔中时，一方面使连接座B与工具盘相互锁定，另一方面带动母接头与公接头对接；

在第一装配体与第二装配体连接的状态下，当锁定销从锁定销孔中退出时，一方面解除连接座B与工具盘的相互锁定，另一方面带动母接头与公接头分离。

4.如权利要求3所述的机器人末端工具快速换接装置，其特征是：液压缸B的数量为两个，两个液压缸B的活塞杆分别固接在元件安装腔上端两侧的腔壁上；相应的，锁定销、连接座B下端的下通孔、工具盘上的锁定销孔的数量均为两个。

5.如权利要求1-4中任一项所述的机器人末端工具快速换接装置，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。

6.机器人末端工具快速换接方法，应用于权利要求1-5中任一项所述的机器人末端工具快速换接装置，其特征是，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A上的机器人连接部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、将所需的末端工具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，第一装配体与第二装配体连接：

a、调整机器人的位姿，使连接座B上的圆柱正对工具盘上的环形凸台；

b、然后操纵机器人，使连接座B上的圆柱伸入衔接部A的环形凸台内，且圆柱上的锁定杆进入L形缺口的竖直段的底部；

c、启动电机，电机的机轴带动旋转套和连接座B转动，使锁定杆从L形缺口的竖直段的底部进入L形缺口的水平段的底部，即完成第一装配体与第二装配体的连接；

S02，连接座B与工具盘相互锁定并对接公、母接头：启动液压缸B，液压缸B的缸体移动带动锁定销从连接座B下端的下通孔中伸出，并进入工具盘上的锁定销孔中，从而使连接座B与工具盘相互锁定，锁定销伸出的同时带动母接头与公接头对接；

拆卸过程如下：

S01，连接座B与工具盘解除锁定并分离公、母接头：

a、操纵机器人，使工具盘接地，然后断开公、母接头之前的油路、气路及电路；

b、启动液压缸B，液压缸B的缸体移动带动锁定销从工具盘上的锁定销孔中退出，从而解除连接座B与工具盘之间的锁定，锁定销退出的同时断开公、母接头之间的连接；

S02，第一装配体与第二装配体分离：启动电机，电机的机轴带动旋转套和连接座B转动，使锁定杆从L形缺口的水平段的底部进入L形缺口的竖直段的底部，然后操纵机器人，使连接座B沿着L形缺口的竖直段退出工具盘，即完成第一装配体与第二装配体的分离。

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