CN111958579A - 一种机器人末端对接机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人末端对接机构，包括安装在带电作业机器人机械臂绝缘杆末端的末端组件(3)、与所述末端组件(3)配合连接的工具端组件(4)以及用于放置工具端组件(4)的工具台(21)。本发明的对接机构对接步骤简易，缩减对接流程，提高作业额效率和质量，极大提供机器人作业效率；通过滚轮爬坡挤压碟簧的设计规避了传统刚性对接所带来的冲击与磨损，保证了对接的成功率。

Description

一种机器人末端对接机构

技术领域

本发明涉及带电作业机器人领域，尤其涉及一种机器人末端对接机构。

背景技术

目前，电力行业的带电作业领域主要是人工作业，通过提升斗臂车将作业人 员送至指定位置，作业人员手持作业工具完成剥线，剪线，搭接等工序。由于身 处高空、高压、强磁场等特种环境，人工作业存在许多弊端，作业时间长，效率 低，单次作业流程有限，同时存在触电或高空坠落等风险，所以为了解决人工作 业带来的安全隐患，提高作业效率和作业质量，近年来国内外开始研究带电作业 机器人来解决这一技术瓶颈。

目前市面上带电作业机器人主要是作业人员在后台终端控制机械臂取不同 作业工具来开展不同的作业工序，而机械臂末端对接工具一般是利用电动，液压 或气压等外力来实现末端对工具端的解锁和上锁，

该对接方式存在操作难度高，电动对接不仅增加了传动系使得结构复杂，笨 重，而且高压强磁环境会对电动系统产生干涉，液压和气压还存在泄露等气密性 风险，所以故障的发生使得作业效率大大降低。

发明内容

发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种机器人末端对接机构，可以利 用机械臂末端自由度实现无动力对接，自主完成对接，上锁，作业，解锁，脱离 等作业流程，实现对接方式简单，对接机构轻型化，对接过程高效等特点

技术方案：

一种机器人末端对接机构，包括安装在带电作业机器人机械臂绝缘杆末端的 末端组件、与所述末端组件配合连接的工具端组件以及用于放置工具端组件的工 具台；

所述末端组件包括与所述绝缘杆末端对接的对接盘，在所述对接盘上沿周向 设置有若干对接构件，在所述对接构件末端沿径向延伸的对接块；

所述工具端组件包括下部与作业工具连接的工具盘，在所述工具盘内设有用 于所述对接块运动的对接通道；所述对接通道起点处设有与所述对接块对应的对 应槽，其终点处设有用于限制所述对接块运动距离的限位块；在所述工具盘侧壁 上设有锁止槽，在所述锁止槽内转动安装有上锁杆，所述上锁杆末端在所述末端 组件和所述工具端组件对接时抵在所述对接块上，所述上锁杆前端内侧与所述工 具盘侧壁之间固定安装有弹簧；

在所述工具台上与所述工具端组件的上锁杆对应位置设置有用于按压所述 上锁杆的解锁杆。

所述末端组件还包括压力盘，所述压力盘为中空结构；在所述对接盘周向上 均匀设置有若干通孔，在所述对接盘底部均匀间隔设置有与所述通孔相对应的沉 孔，在所述沉孔内按对称叠放的顺序放置有两个碟簧；在所述压力盘上设置有与 所述对接盘上的通孔相对应的螺纹孔；所述对接盘下部穿过所述压力盘的中空结 构，并与所述作业工具上端对接，并通过塞打螺栓穿过所述对接盘上的通孔及所 述沉孔内的碟簧后与所述压力盘上的螺纹孔配合相连。

在所述工具盘的中心开设有对接槽，所述对接盘下部穿过所述压力盘的中空 结构后与所述对接槽相配合，并与所述作业工具上端对接。

在所述对接槽的边缘设有倒角。

在所述工具盘(13)上与所述对结构件相对应位置开设有安装槽，所述斜面 块(14)倒置安装在所述安装槽内形成对接通道；所述斜面块(14)下表面为螺 旋结构；所述斜面块(14)的螺旋结构的起点处设有与所述对接块相对应的对接 槽，所述斜面块(14)的螺旋结构的终点处与所述安装槽侧面形成用于限制所述 对接块运动的限位部。

所述工具端组件还包括导正定位盘，所述导正定位盘上端与所述工具盘对接； 在所述导正定位盘上中心凹槽处设置有定位台阶，在述工具盘下端相位位置处设 置有定位凸台；所述定位台阶与所述定位凸台相配合；在所述导正定位盘下端设 置有若干底面安装孔，所述作业工具与所述导正定位盘下端的安装孔配合实现连 接。

在所述工具盘上表面位于所述锁止槽内对应位置处开设有圆柱销安装孔，所 述圆柱销穿过所述圆柱销安装孔将所述上锁杆转动安装在所述锁止槽内。

所述对接构件为凸轮承柱，在所述凸轮承柱末端的对接块为滚轮。

在所述对接盘上设有螺纹台用于所述固定滚轮承柱上端，在所述螺纹台两侧 开设有螺纹孔，并通过螺栓将所述螺纹台固定在对接盘上。

在所述对接盘上方设置有抱紧槽，所述抱紧槽为中空圆柱形结构，且在所述 抱紧槽侧壁上设有安装开口；在所述抱紧槽的侧壁上还设有若干插销孔，所述插 销穿过该插销孔，并在所述绝缘杆插入所述抱紧槽内后抵在所述绝缘杆上；在所 述抱紧槽侧壁开口处设置有紧固螺钉，通过锁紧所述紧固螺钉使所述抱紧槽与所 述绝缘杆抱死。

相比于现有技术，本发明产生的有益效果包含：

1、对接机构结构简单，轻型，易于拆卸；可以规避电动，液压，气压等动 力对接所带来的电磁干扰，泄露等安全隐患；

2、滚轮爬坡挤压碟簧的设计规避了传统刚性对接所带来的冲击与磨损；

3、对接步骤简易，缩减对接流程，提高作业额效率和质量；极大提供机器 人作业效率；

4、工具盘上对接槽和中间孔的大倒角保证了充分的对接冗余量，滚轮爬斜 坡不断减少冗余量直至碟簧被压紧，保证了对接的成功率。

附图说明

图1为本发明实施例中机械臂末端对接工具的结构示意图。

图2为本发明实施例中末端组件的结构示意图。

图3为本发明实施例中末端组件的三维立体结构示意图。

图4为本发明实施例中工具端组件的结构示意图。

图5为本发明实施例中工具端组件的三维立体结构示意图。

图6为本发明实施例中末端组件与工具端组件对接的剖面结构示意图。

图7为本发明实施例中对接机构在工具台上的三维立体结构示意图。

图中包括：1、机械臂第六轴，2、绝缘杆，3、末端组件，4、工具端组件， 5、作业工具，6、上对接盘，7、插销，8、塞打螺栓，9、碟簧，10、压力盘， 11、滚轮承柱，12、滚轮，13、工具盘，14、斜面块，15、上锁杆，16、导正定 位盘，17、弹簧，18、圆柱销，19、定位导向针，20、解锁杆，21、工具台，22、 定位凸台，23、定位台阶，24，底面安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

图1为本发明实施例中机械臂末端对接工具的结构示意图。如图1所示，本 发明的机器人末端对接机构包括安装在带电作业机器人机械臂绝缘杆末端的末 端组件3以及与末端组件3配合连接的工具端组件4，工具端组件4与作业工具 配合连接。

图2为本发明实施例中末端组件的结构示意图。如图2所示，末端组件3 包括上对接盘6、压力盘10、滚轮承柱11、滚轮12以及碟簧9。在上对接盘6 上方设置有抱紧槽，抱紧槽为中空圆柱形结构，且在抱紧槽侧壁上设有安装开口； 在抱紧槽的侧壁上还设有若干插销孔，所述插销7穿过该插销孔，并在绝缘杆2 插入抱紧槽内后抵在绝缘杆2上，在抱紧槽侧壁开口处还设置有紧固件，紧固件 采用紧固螺钉，通过锁紧抱紧槽侧壁开口处的两颗紧固螺钉使上对接盘6的抱紧 槽与绝缘杆2抱死，实现上对接盘6与绝缘杆2的固定连接；在上对接盘6周向 上均匀设置有三个通孔，在上对接盘6底部均匀间隔设置有与通孔相对应的用于叠放碟簧9的沉孔，两个碟簧9按对称叠放的顺序放置于沉孔中。在压力盘10 上设置有与上对接盘6上的通孔相对应的螺纹孔，塞打螺栓8从上对接盘6上的 通孔穿过，并穿过沉孔内的碟簧9后与压力盘10上的螺纹孔配合相连。

如图3所示，在上对接盘6上还均匀设置有三个配合通孔，在压力盘10上 与上对接盘6的配合通孔相对应的位置也设有配合通孔，三个滚轮承柱11分别 穿过压力盘10上的配合通孔和上对接盘6上的配合通孔，其上端固定在上对接 盘6上，其下端内侧开设有螺纹孔，在该螺纹孔上转动安装滚轮12。

在本发明中，在上对接盘6上设有螺纹台用于固定滚轮承柱11上端，在螺 纹台两侧开设有螺纹孔，通过两颗螺钉将螺纹台固定在上对接盘6上。图4为本 发明实施例中工具端组件的结构示意图。如图4所示，工具端组件4包括工具盘 13、斜面块14、上锁杆15、导正定位盘16、弹簧17以及圆柱销18。在工具盘 13的中心开设有对接槽，在工具盘13下表面与三个滚轮承柱11相对应位置开 设有安装槽，斜面块14倒置安装在安装槽内；斜面块14的下表面螺旋结构，其 上表面通过螺纹固定安装在安装槽内，在斜面块14的螺旋结构起点处设有与上 对接盘6的滚轮12相对应的对接槽，用于与滚轮12相对接；工具盘13内的安 装槽侧壁与斜面块14的螺旋结构终点处相贴合，以限制滚轮承柱11末端滚轮 12运动。如图5所示，在工具盘13的外侧壁上沿周向开设有锁止槽，在工具盘 13上表面位于锁止槽内对应位置处开设有圆柱销安装孔，圆柱销18穿过圆柱销 安装孔将上锁杆15安装在锁止槽内，上锁杆15可以以圆柱销18为支点转动竖 直安装；上锁杆15末端设置在斜面块14的螺旋结构终点处，在末端组件3和工 具端组件4对接时抵在滚轮承柱11下端的滚轮12上，限制滚轮12转动，进而 限制末端组件3的转动；上锁杆15的前端设有按压块，在上锁杆15的按压块内 侧设置有弹簧安装孔，在工具盘13的圆柱面上与上锁杆15的按压块内侧弹簧安 装孔对应处设置有切槽，切槽表面设置有弹簧安装孔，将弹簧17两端分别压进 上锁杆15按压块内侧和工具盘13切槽上的弹簧安装孔内。

如图6所示，在导正定位盘16上中心处设置有定位台阶23和螺钉安装孔， 在工具盘13下端对应设置有定位凸台22，定位台阶23与工具盘13的定位凸台 22相配合，螺钉安装孔与工具盘13的螺纹孔配合，实现导正定位盘16与工具 盘13的固定连接。在导正定位盘16底面设置有若干底面安装孔24，作业工具5 上端安装在导正定位盘16的底面安装孔24内。

在本发明中，压力盘10为中空结构，上对接盘6的下部穿过压力盘10的中 空结构，并与作业工具5上端对接，进而可以实现绝缘杆2转矩的传动。

在本发明中，在工具盘13的中心开设有对接槽，上对接盘6的下部穿过压 力盘10的中空结构后与工具盘13中心的对接槽相配合，并与作业工具5上端对 接。在对接槽的边缘设有倒角，以保证上对接盘6的下部与工具盘13之间具有 充分的对接冗余量。在滚轮12与斜面块14不断相对旋转爬坡时，不断减少冗余 量直至碟簧9被压紧，保证了对接的成功率。

如图7所示，工具端组件4放置在工具台21上，上锁杆15被工具台21上 的解锁杆20按压，此时弹簧处于压缩状态；绝缘杆2在机械臂第六轴1驱动下 下降到工具台21上方指定位置，对接时，滚轮承柱11上的滚轮12对准工具盘 13的对接槽；机械臂第六轴1带动上对接盘6下降至滚轮12进入对接槽，到达 指定位置后机械臂第六轴1驱动绝缘杆2带动上对接盘6开始旋转，此时滚轮 12开始沿着倒置斜面块14的螺旋块开始向下爬坡，压力盘10被微量提升的工 具盘13挤压，碟簧9被压力盘10微量挤压，碟簧9被挤压后所产生的压力反向 作用于压力盘10，进而通过工具盘13作用于滚轮12，使得滚轮12与斜面块14 紧密贴合，实现工具端组件4和末端组件3在轴向上的强力连接。通过机械臂提 升上对接盘6组件，工具端组件4被上对接盘6提起，同时上锁杆15离开解锁 杆20，弹簧17开始复位，上锁杆15被弹簧17推进工具盘13上的凹槽，挡住 滚轮12的回转，进而实现对接后的轴向、径向以及回转三个方向上的锁定，完 成对接上锁。

进一步的，作业完成时，工具端组件4被放回工具台21，上锁杆15中的弹 簧17被工具台21上的解锁杆20挤压，回转方向上的锁定解除，上对接盘6在 机械臂第六轴1作用下反向旋转至对接槽位置，然后提升，实现上对接盘6与工 具盘13的脱离，解锁完成。每个和每种作业工具都装有同样的工具端组件，更 换只是机器人末端去抓取不同工具位的工具，即可实现作业工具的切换。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式 中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种 等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。

Claims (10)

1.一种机器人末端对接机构，其特征在于：包括安装在带电作业机器人机械臂绝缘杆末端的末端组件(3)、与所述末端组件(3)配合连接的工具端组件(4)以及用于放置工具端组件(4)的工具台(21)；

所述末端组件(3)包括与所述绝缘杆末端对接的对接盘，在所述对接盘上沿周向设置有若干对接构件，在所述对接构件末端沿径向延伸的对接块；

所述工具端组件(4)包括下部与作业工具(5)连接的工具盘(13)，在所述工具盘(13)内设有用于所述对接块运动的对接通道；所述对接通道起点处设有与所述对接块对应的对应槽，其终点处设有用于限制所述对接块运动距离的限位块；在所述工具盘(13)侧壁上设有锁止槽，在所述锁止槽内转动安装有上锁杆(15)，所述上锁杆(15)末端在所述末端组件(3)和所述工具端组件(4)对接时抵在所述对接块上，所述上锁杆(15)前端内侧与所述工具盘(13)侧壁之间固定安装有弹簧(17)；

在所述工具台(21)上与所述工具端组件(4)的上锁杆(15)对应位置设置有用于按压所述上锁杆(15)的解锁杆(20)。

2.根据权利要求1所述的机器人末端对接机构，其特征在于：所述末端组件(3)还包括压力盘(10)，所述压力盘(10)为中空结构；在所述对接盘周向上均匀设置有若干通孔，在所述对接盘底部均匀间隔设置有与所述通孔相对应的沉孔，在所述沉孔内按对称叠放的顺序放置有两个碟簧(9)；在所述压力盘(10)上设置有与所述对接盘上的通孔相对应的螺纹孔；所述对接盘下部穿过所述压力盘(10)的中空结构，并与所述作业工具(5)上端对接，并通过塞打螺栓(8)穿过所述对接盘上的通孔及所述沉孔内的碟簧(9)后与所述压力盘上的螺纹孔配合相连。

3.根据权利要求2所述的机器人末端对接机构，其特征在于：在所述工具盘(13)的中心开设有对接槽，所述对接盘下部穿过所述压力盘(10)的中空结构后与所述对接槽相配合，并与所述作业工具(5)上端对接。

4.根据权利要求3所述的机器人末端对接机构，其特征在于：在所述对接槽的边缘设有倒角。

5.根据权利要求1所述的机器人末端对接机构，其特征在于：在所述工具盘(13)上与所述对结构件相对应位置开设有安装槽，所述斜面块(14)倒置安装在所述安装槽内形成对接通道；所述斜面块(14)下表面为螺旋结构；所述斜面块(14)的螺旋结构的起点处设有与所述对接块相对应的对接槽，所述斜面块(14)的螺旋结构的终点处与所述安装槽侧面形成用于限制所述对接块运动的限位部。

6.根据权利要求1所述的机器人末端对接机构，其特征在于：所述工具端组件(4)还包括导正定位盘(16)，所述导正定位盘(16)上端与所述工具盘(13)对接；在所述导正定位盘(16)上中心凹槽处设置有定位台阶(23)，在述工具盘(13)下端相位位置处设置有定位凸台(22)；所述定位台阶(23)与所述定位凸台(22)相配合；在所述导正定位盘(16)下端设置有若干底面安装孔(25)，所述作业工具(5)与所述导正定位盘(16)下端的安装孔(25)配合实现连接。

7.根据权利要求1所述的机器人末端对接机构，其特征在于：在所述工具盘(13)上表面位于所述锁止槽内对应位置处开设有圆柱销安装孔，所述圆柱销(18)穿过所述圆柱销安装孔将所述上锁杆(15)转动安装在所述锁止槽内。

8.根据权利要求1所述的机器人末端对接机构，其特征在于：所述对接构件为凸轮承柱(11)，在所述凸轮承柱(11)末端的对接块为滚轮(12)。

9.根据权利要求8所述的机器人末端对接机构，其特征在于：在所述对接盘上设有螺纹台用于所述固定滚轮承柱(11)上端，在所述螺纹台两侧开设有螺纹孔，并通过螺栓将所述螺纹台固定在对接盘上。

10.根据权利要求1所述的机器人末端对接机构，其特征在于：在所述对接盘上方设置有抱紧槽，所述抱紧槽为中空圆柱形结构，且在所述抱紧槽侧壁上设有安装开口；在所述抱紧槽的侧壁上还设有若干插销孔，所述插销(7)穿过该插销孔，并在所述绝缘杆(2)插入所述抱紧槽内后抵在所述绝缘杆(2)上；在所述抱紧槽侧壁开口处设置有紧固螺钉，通过锁紧所述紧固螺钉使所述抱紧槽与所述绝缘杆(2)抱死。

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