CN111561489A - 一种液压驱动快换接头装置及机械装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种液压驱动快换接头装置及机械装置，涉及液压装置领域，包括通过对接机构配合连接的主盘和工具盘，对接机构包括锁紧活塞和锁紧件，锁紧活塞与主盘上预设的第一盲孔配合形成相互隔离的第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体用于接通高压液压油推动锁紧活塞沿第一盲孔轴线移动，带动锁紧件锁紧或解锁主盘和工具盘的配合连接，通过锁紧活塞、锁紧件、锁紧环和保压活塞、保压弹簧形成锁紧机构和保压机构，直接利用液压机械臂或液压底盘的高压油源进行锁紧或解锁，无需设置气动解锁快换装置所需的高压气源，保压机构配合安全锁，在锁紧失效时也能够保证工具盘不脱离，实现作业安全性的双重保障。

Description

一种液压驱动快换接头装置及机械装置

技术领域

本公开涉及液压装置领域，特别涉及一种液压驱动快换接头装置及机械装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

随着工业和自动化技术的快速发展，工业机器人在装配、焊接、搬运等行业得到了普遍应用。为提高机器人的柔性作业能力，机器人需要频繁更换多种作业工具，这就需要在机器人末端和多种作业工具之间安装可自动锁紧和解锁的快换装置。同时，根据作业工具的驱动、检测需求，快换装置中一般还设置有多通道的电气、气体和液压通路。

发明人发现，目前常用的工业机器人末端工具快换装置需要高压气体锁紧或解锁，一般在具有高压气体供应条件的固定场所使用，而移动机械臂或液压驱动机械臂在使用该类快换装置时需要另外配置高压气源，增加使用成本和设备的复杂度；另外，对于传统的末端对接结构，在超长时间工作或长期存放过程中，会因为密封圈的微小泄露而导致锁紧腔体内高压气体等介质的压力降低，导致锁紧失效，难以保证其作业的安全性。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种液压驱动快换接头装置及机械装置，通过锁紧活塞、锁紧件、锁紧环和保压活塞、保压弹簧形成锁紧机构和保压机构，直接利用液压机械臂或液压底盘的高压油源进行锁紧或解锁，无需设置额外的气动锁紧机构和高压气源，保压机构配合安全锁，在锁紧失效时也能够保证工具盘不脱离，实现作业安全性的双重保障。

本公开的第一目的是提供一种液压驱动快换接头装置，采用以下技术方案：

包括通过对接机构配合连接的主盘和工具盘，对接机构包括锁紧活塞和锁紧件，锁紧活塞与主盘上预设的第一盲孔配合形成相互隔离的第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体用于接通高压液压油推动锁紧活塞沿第一盲孔轴线移动，带动锁紧件锁紧或解锁主盘和工具盘的配合连接。

进一步地，所述锁紧活塞上设有第二盲孔，第二盲孔配合沿其轴向移动的保压活塞形成第三腔体，所述第三腔体与第一腔体连通。

进一步地，锁紧活塞配合有第一弹性件，第一弹性件用于通过弹性形变对第一腔体和第三腔体内的液压油实现保压，维持锁紧状态。

进一步地，所述主盘的侧面设有安全锁，所述工具盘侧面设有与安全锁对应的安全锁板，安全锁包括锁销和与锁销配合的锁套，锁销与锁套之间形成第四腔体，第四腔体与第二腔体连通，用于在液压油作用下解锁锁紧机构的同时解锁安全锁。

进一步地，所述安全锁板上设有与锁销配合的锁孔；当主盘和工具盘配合连接锁紧时，锁销与锁孔配合；所述安全锁与安全锁板设有多组，相对于主盘轴线对称布置。

进一步地，所述主盘上设有对应连通第一腔体和第二腔体的第一油路和第二油路，用于接入外部液压源；第一油路与第一腔体之间设有液控单向阀，液控单向阀的控制口与第二油路连通；

液控单向阀只在第二油路接通外部高压油源时才逆向开通，实现锁紧机构的解锁，以防止锁紧机构处于锁紧状态时第一腔体内的液压油泄露。

进一步地，所述工具盘上设有锁紧环，锁紧件在锁紧活塞的推动下移动，用于卡紧锁紧环实现锁紧或松脱锁紧环实现解锁。

进一步地，所述主盘和工具盘上分别设有相互配合的定位销和定位孔。

本公开的第二目的是提供一种机械装置，包括如上所述的液压驱动快换接头装置。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)通过锁紧活塞配合盲孔形成两个相互隔绝的腔体，通过分别接通外部高低压油路推动锁紧活塞沿盲孔轴向移动，进而带动锁紧件完成对工具盘上锁紧环的卡紧或松开，达到直接利用液压机械臂或液压底盘的高压油源进行锁紧或解锁的目的，克服传统快换接头装置需要额外配置高压气压源所带来的繁杂结构；

(2)通过防止液压油泄露的液控单向阀配合保压活塞和保压弹簧，能够使得装置内锁紧动作对应腔体内的液压油实现保压，达到腔体内液压油长时间维持锁紧所需的压力状态，快换接头装置的自锁性能长时间保持，提高其安全性；

(3)配置安全锁机构，在解锁时，利用主动输入的高压液压油克服弹性件的压力完成锁销与锁孔的同步脱离；在锁紧时，驱动锁销的液压油为低压，弹性件推动锁销与锁孔配合，形成安全锁定结构，在超长时间工作或长期存放过程中，如因液控单向阀或密封圈的微小卸漏而导致锁紧腔体内液压油压力降低而造成锁紧失效时，安全锁能够保证主盘和工具盘不会分离，从而保证作业的安全性；

(4)利用安全锁机构和保压活塞构成的保压机构，能够保证主盘和工具盘始终保持对接锁定状态，为避免其二者脱离起到双重安全保护的目的。

附图说明

构成本公开的一部分说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2、3中快换接头装置的整体结构示意图；

图2为本公开实施例1、2、3中主盘和工具盘配合锁紧时的结构示意图；

图3为本公开实施例1、2、3中主盘和工具盘配合解锁时的结构示意图。

图中：KI-主盘；KII-工具盘；1-主盘基体；2-导向定位销；3-锁紧油缸法兰； 4-第一O型圈；5-锁紧活塞；6-第一密封圈；7-保压活塞；8-保压油缸法兰；9- 第一导向环；10-第二O型圈；11-第二导向环；12-第二密封圈；13-自封液压公接头；14-第三密封圈；15-第三导向环；16-锁紧钢球；17-第四导向环；18-保压弹簧；19-工具盘基体；20-耐磨套；21-锁紧环；22-自封液压母接头；23-液控单向阀；24-涨塞；25-安全锁螺堵；26-安全锁套；27-安全锁弹簧；28-第三O型圈； 29-第四密封圈；30-安全锁销；31-第五密封圈；32-安全锁板；A-第一油口；B- 第二油口；C-第一腔体；D-第二腔体；E-第三腔体；F-第四腔体。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中移动机械臂或液压驱动机械臂在使用传统气动锁紧与解锁快换装置时需要另外配置高压气源，增加使用成本和设备的复杂度；针对上述问题，本公开提出了一种液压驱动快换接头装置及机械装置。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图3所示，提出了一种液压驱动快换接头装置。

主要包括主盘和工具盘，主盘和工具盘之间通过对接机构实现配合连接；

对接机构包括锁紧活塞和锁紧件，锁紧活塞与主盘上预设的第一盲孔配合形成锁紧油缸结构，锁紧活塞在盲孔内形成相互隔离的第一腔体和第二腔体，锁紧活塞在高压液压油的作用下动作，从而推动锁紧件动作，锁紧件与工具盘上设置的锁紧环配合，实现锁紧件与锁紧环的卡紧锁定或松脱解锁。

锁紧活塞上设有第二盲孔，第二盲孔内配合有保压活塞，保压活塞与第二盲孔配合形成保压油缸结构，保压油缸内部形成第三腔体，第三腔体与第一腔体连通，配合维持锁紧件的锁紧状态；

第二盲孔内还设有第一弹性件，利用第一弹性件配合保压活塞形成保压机构，第一弹性件在第一腔体接通高压油路时被压缩，当第一腔体与高压油路断开后，第一弹性件的弹性恢复力作用在保压活塞上，使得第三腔体和与其连通的第一腔体内的液压油保持较高压力，满足主盘和工具盘之间的锁紧要求。

具体的，在本实施例中，结合附图1-附图3，对上述结构进行详细描述：

快接头装置包括主盘KI和工具盘KII；

所述主盘KI包括主盘基体1、锁紧油缸法兰3、锁紧活塞5、锁紧钢球16、保压活塞7、保压弹簧18、保压油缸法兰8、第一导向环9、第二导向环11、第三导向环15、第四导向环17、第一O型圈4、第一密封圈6、第二O型圈10、第二密封圈12和第三密封圈14等；在本实施例中，锁紧钢球为上述的锁紧件，与工具盘上布置的锁紧环能够进行配合；保压弹簧为上述的第一弹性件；

所述锁紧油缸法兰3用螺钉固定在主盘基体1上，锁紧油缸法兰3端面与主盘基体1之间用第一O型圈4密封，另一端面上加工有圆环筒，靠近圆环筒端部沿周边均匀加工有若干限制锁紧钢球16运动的圆孔；

所述锁紧活塞5安装在主盘基体1上精密加工的第一盲孔中，锁紧活塞5沟槽内安装有第二密封圈12和第二导向环11，锁紧活塞5延伸部分外表面沟槽内安装有第三密封圈14和第三导向环15，第二密封圈12将锁紧活塞5与主盘基体 1第一盲孔底部之间形成第二腔体D，第二密封圈12和第三密封圈14将锁紧活塞5与锁紧油缸法兰3之间形成第一腔体C；

第二导向环11和第三导向环15限制锁紧活塞5和活塞延伸部分在主盘基体 1第一盲孔和锁紧油缸法兰3圆环筒内轴向移动，导向环起到导向和减少摩擦阻力的作用；

锁紧油缸活塞5延伸部分靠近端部的外圆柱面上加工有控制锁紧钢球16移动的曲面轮廓；

所述锁紧钢球16布置在锁紧油缸法兰3圆环筒周边的圆孔内，通过锁紧油缸活塞5延伸部分外圆柱面上的曲面轮廓控制径向运动，实现快换装置的锁紧和解锁。

对于保压机构，所述保压活塞7安装在锁紧活塞5上设置的第二盲孔中，保压活塞7沟槽内安装有第一密封圈6、第一导向环9和第四导向环17，保压活塞 7与锁紧活塞5第二盲孔底部之间安装有保压弹簧18；

保压油缸法兰8用螺钉固定在锁紧活塞5第二盲孔口端部，并用第二O型圈 10密封，与保压活塞7之间形成第三腔体E，在本实施例中，第三腔体E通过小孔与第一腔体C连通；

锁紧活塞5第二盲孔底部端面上加工有通气孔，保证保压弹簧对应的位置处于常压状态，实现良好的动作响应。

通过防止液压油泄露的液控单向阀配合保压活塞和保压弹簧，能够使得装置内第一腔体C内的液压油实现保压，达到长时间维持所需的压力状态，快换接头装置的自锁性能长时间保持，提高其安全性。

进一步地，所述主盘上设有对应连通第一腔体和第二腔体的第一油路和第二油路，用于接入外部液压源；第一油路与第一腔体之间设置有液控单向阀；

结合附图，所述主盘KI对应第一油路和第二油路的垂直方向上，设有精密加工的阶梯孔，所述阶梯孔内安装有液控单向阀，液控单向阀的控制口与第二油路接通，只有在第二油路接通外部高压油源时才逆向开通，以防止锁紧机构处于锁紧状态时第一腔体内的液压油卸漏。

进一步地，所述主盘和工具盘之间还设有安全锁机构，主盘的侧面设有多个安全锁，工具盘的侧面对应主盘的安全锁设有对应的安全锁板；

所述安全锁上设有第三盲孔，锁销通过第二弹性件安装在第三盲孔内，锁销配合第三盲孔形成第四腔体，第四腔体与第二腔体连通；

在进行解锁时，利用主动输入第二腔体和第四腔体内的高压液压油克服第二弹性件的弹性恢复力完成锁销与锁孔的同步脱离；在锁紧时，驱动锁销的液压油为低压，第二弹性件克服低压使得锁销与锁孔配合，形成安全锁定结构。

具体的，在本实施例中，对应安全锁机构，主盘KI上还包括涨塞24、安全锁套26、安全锁螺堵25、安全锁弹簧27、安全锁销30、第三O型圈28、第四密封圈29和第五密封圈31等；安全锁弹簧为上述的第二弹性件；

所述安全锁套26用螺钉固定在主盘基体1上精密加工的第三盲孔内，安全锁套26外表面与第三盲孔内壁间通过第三O型圈28密封；

安全锁套26内孔安装有安全锁销30和安全锁弹簧27，安全锁销30与安全锁套26间安装有第四密封圈29和第五密封圈31，两密封圈间形成封闭第四腔体 F，该腔体通过小孔与封闭第二腔体D连通；

所述安全锁套26和安全锁销30相对主盘基体1轴线对称布置安装两组，并与主盘基体1上的液控单向阀23错开方位；主盘基体1上所有液压油通路工艺孔通过涨塞24封堵。

当然，可以理解的是，安全锁机构还可以设置为多组，优选为偶数组，能够相对于主盘的轴线对称分布，方便其进行安装。

在超长时间工作或长期存放过程中，如因液压单向阀或密封圈的微小卸漏而导致锁紧腔体内液压油压力降低而造成锁紧失效时，安全锁能够保证主盘和工具盘不会分离，从而保证作业的安全性。

另外，对于其他的一些辅助结构，所述主盘KI还包括导向定位销2和根据作业任务需求安装的自封液压公接头13、电气接口模块等；所述导向定位销2 相对主盘轴线对称布置安装两个，并与主盘上的液控单向阀23和安全锁销30错开方位；

所述工具盘KII包括工具盘基体19、耐磨套20、锁紧环21、安全锁板32和根据作业任务需求安装的自封液压母接头22、电气接口模块等；

锁紧件在锁紧活塞的推动下移动，卡合锁紧环实现锁紧或脱离锁紧环实现解锁；所述耐磨套20由耐磨材料加工而成，用高强度柱面胶固定在工具盘基体19 上，与主盘KI上的导向定位销2方位一致；所述锁紧环21和安全锁板32均用螺钉固定在工具盘基体上，其中安全锁板32与主盘KI上的安全锁销30方位一致，方便实现其定位对接。

实施例2

本公开的另一典型实施例中，如图1-图3所示，提供一种上述快换接头装置的工作方法。

具体包括以下步骤：

快换装置主盘KI和工具盘KII处于图1所示分离状态时，第二油口B与外部高压油路接通，并通过第一油路连通第一腔体C，第一油口A与外部低压油路接通，并通过第二油路连通第二腔体D，液压控单向阀23逆向通道打开；

第二腔体D中液压油压力升高，将锁紧活塞5向外推出，锁紧钢球16移动到锁紧法兰3延伸筒壁内；

同时第四腔体F中液压油压力升高将安全锁销30推向最内侧，主盘KI与工具盘KII在导向定位销2的辅助下从图1所示状态移动到图3所示状态；

然后，第一油口A与外部高压油路接通，第二油口B与外部低压油路接通，第一腔体C中液压油压力升高，将锁紧活塞5向内推进，锁紧钢球16在锁紧活塞5延伸部分曲面轮廓推动下向外移动，锁紧钢球16与锁紧环21接触后将工具盘KII与主盘KI紧紧压在一起；

第三腔体E与第一腔体C通过小孔连通，第三腔体E内液压油压力升高将保压活塞7向锁紧活塞5中心盲孔底部推进，保压弹簧18压缩，其弹性恢复力作用在保压活塞上，以维持第一油口A与高压油路断开后第一腔体C和第三腔体E 内液压油的压力，保证工具盘KII与主盘KI之间的锁紧力；

同时第二腔体D和第四腔体F中液压油压力降低，安全锁销30被安全锁弹簧27推向最外侧并插入安全锁板32的孔中，实现配合锁定。

通过安全锁机构能够防止快换装置长时间工作或长期放置时第一腔体C和第三腔体E内压力降低后主盘KI与工具盘KII的分离，保证机器人作业的安全性，本发明锁紧状态如图2所示。

解锁过程与上述过程中各元件的动作相反，在此不再赘述。

实施例3

本公开的另一典型实施例中，如图1-图3所示，提供一种利用上述液压驱动快换接头装置的机械装置。

主盘与机械装置的主体部分配合安装，工具盘与液压驱动工具配合，液压驱动工具与机械装置主体通过主盘和工具盘的配合锁紧实现对接，并能够利用机械装置的液压源实现自锁紧。

当然，可以理解的是，上述的机械装置并不限于机器人，还可以是多功能工程车辆，多功能工程车辆通过快换接头装置实现与多种作业工具的对接替换；

也可以作为其他机械装置的快换接头，根据需求进行安装配合即可，在此不再赘述。

通过锁紧活塞配合盲孔形成两个相互隔绝的腔体，分别接入外部高低压油路，用液压油的压力推动锁紧活塞沿盲孔轴向的移动，进而带动锁紧件完成与工具盘上锁紧环的卡紧或放松，达到直接利用液压机械臂或液压底盘的高压油源进行锁紧或解锁的目的，克服传统气动解锁机构需要额外配置高压气压源所带来的繁杂结构。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液压驱动快换接头装置，其特征在于，包括通过对接机构配合连接的主盘和工具盘，对接机构包括锁紧活塞和锁紧件，锁紧活塞与主盘上预设的第一盲孔配合形成相互隔离的第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体用于接通高压液压油推动锁紧活塞沿第一盲孔轴线移动，带动锁紧件锁紧或解锁主盘和工具盘的配合连接。

2.如权利要求1所述的液压驱动快换接头装置，其特征在于，所述锁紧活塞上设有第二盲孔，第二盲孔配合沿其轴向移动的保压活塞形成第三腔体，所述第三腔体与第一腔体连通。

3.如权利要求2所述的液压驱动快换接头装置，其特征在于，锁紧活塞配合有第一弹性件，第一弹性件用于通过弹性形变对第一腔体和第三腔体内的液压油实现保压，维持锁紧状态。

4.如权利要求1所述的液压驱动快换接头装置，其特征在于，所述主盘的侧面设有安全锁，所述工具盘侧面设有与安全锁对应的安全锁板，安全锁与安全锁板配合。

5.如权利要求4所述的液压驱动快换接头装置，其特征在于，所述安全锁包括锁销和与锁销配合的锁套，锁销与锁套之间形成第四腔体，第四腔体与第二腔体连通，用于在液压油作用下解锁锁紧机构的同时解锁安全锁。

6.如权利要求5所述的液压驱动快换接头装置，其特征在于，所述安全锁板上设有与锁销配合的锁孔；当主盘和工具盘配合连接锁紧时，锁销与锁孔配合；所述安全锁与安全锁板设有多组，相对于主盘轴线对称布置。

7.如权利要求1所述的液压驱动快换接头装置，其特征在于，所述主盘上设有对应连通第一腔体和第二腔体的第一油路和第二油路，用于接入外部液压源；第一油路与第一腔体之间设有液控单向阀，液控单向阀的控制口与第二油路连通。

8.如权利要求1所述的液压驱动快换接头装置，其特征在于，所述工具盘上设有锁紧环，锁紧件在锁紧活塞的推动下移动，用于卡紧锁紧环实现锁紧或松脱锁紧环实现解锁。

9.如权利要求8所述的液压驱动快换接头装置，其特征在于，所述主盘和工具盘上分别设有相互配合的定位销和定位孔。

10.一种机械装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的液压驱动快换接头装置。

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