CN112248020B - 一种机械臂末端执行装置快速自动接口装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种机械臂末端执行装置快速自动接口装置，包括第一配合部和第二配合部，第一配合部安装在机械臂末端关节上，第二配合部安装在机械臂末端执行器上，第一配合部和第二配合部可拆卸连接；第一配合部包括公头部、传动部、舵机和制动器，舵机通过传动部实现公头部与第二配合部的开锁，制动器通过传动部和公头部连接；第二配合部包括底座和接收板；本发明通过设置第一配合部和第二配合部，第一配合部安装在机械臂末端关节上，第二配合部通过螺栓连接在机械臂末端执行器上表面，只需第一配合部和第二配合部之间连接固定即可实现机械臂末端执行器的更换；实现了快速、自动更换机械臂末端执行器。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种机械臂末端执行装置快速自动接口装置。
背景技术
机械臂末端执行器是机械臂与外界进行交互的最后环节和执行部件，是机器臂用来直接执行各种操作和任务的器件，它关乎着机械臂能否快速且有效的完成指定的任务。在工业机器人和特种机器人领域有着广泛的应用，不同的机械臂末端执行器影响着机械臂在各个领域的工作范围。与此同时，是否能够快速、稳定、灵活、准确的安装机械臂末端执行器成为现今机械臂末端执行器以及机械臂设计的重要指标。
目前的机械臂末端执行器大都为固定的，无法快速更换，一般需要人工手动更换机械臂末端执行器，这就导致机器人可以抓取或完成的动作受到限制。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种机械臂末端执行装置快速自动接口装置，包括第一配合部和第二配合部，所述第一配合部安装在机械臂末端关节上，所述第二配合部安装在机械臂末端执行器上，所述第一配合部和所述第二配合部可拆卸连接；
所述第一配合部包括公头部、传动部、舵机和制动器，所述舵机通过所述传动部实现所述公头部与所述第二配合部的开锁，所述制动器通过所述传动部和所述公头部连接；
所述底座固定设置在所述接收板上，所述接收板固定设置在机械臂末端执行器表面上；所述底座设置有卡接槽，所述卡接槽中心设置有配合孔，所述配合孔端部突起在所述卡接槽内形成环形的配合凸台，所述配合凸台和所述卡接槽侧壁形成下沉的限位槽；所述公头部包括公头、球头销，所述公头设置在所述卡接槽内，所述球头销设置在所述配合孔内，所述公头中心设置有连接孔，所述公头通过所述连接孔套设在所述球头销上，所述连接孔一端设置有第二凸台，在设置有所述第二凸台的端部位置处，所述公头和所述球头销形成环形配合槽，从而实现所述配合凸台和所述配合槽之间的卡接配合。
较佳的，所述连接孔远离所述第二凸台的端部有第一凸台，所述球头销对应所述第一凸台设置有第三凸台，所述第一凸台和所述第三凸台之间的卡接，所述第一凸台和所述第三凸台的横截面均配合设置为圆形，所述第三凸台可相对所述第一凸台自由转动。
较佳的，所述卡接槽底部对应所述配合凸台外侧设置有锥型定位盘，所述公头靠近所述卡接槽的端部上设置有环形的锥型齿，在所述球头销在锁定状态下时，所述锥型齿和所述锥型定位盘形成卡接。
较佳的，所述传动部包括螺栓D型轴、D型联轴器，所述舵机的输出轴通过所述D型联轴器与所述螺栓D型轴的D型端连接，所述螺栓D型轴的螺纹端和所述球头销螺纹连接。
较佳的，所述球头销内的中心两端分别设置有导向螺纹孔和中空腔体，所述导向螺纹孔和所述中空腔体同轴且连通，所述导向螺纹孔与所述丝杆轴螺纹连接。
较佳的，所述中空腔体内设置有一个中心球体和至少三个侧球体，所述中心球体设置在所述中空腔体的轴线上，且所述中心球体位于所述侧球体和所述导向螺纹孔之间，所述侧球体以所述中空腔体的轴线环形均布，所述中空腔体对应各所述侧球体均设置有通过孔，所述通过孔为贯通结构，且所述通过孔的直径小于所述侧球体直径，所述丝杆轴端部可与所述中心球体接触设置，所述中心球体可与所述侧球体接触设置。
较佳的，所述配合孔在所述配合凸台位置处设置有限位环，所述限位环和所述侧球体形成卡接。
较佳的，所述导向螺纹孔的直径小于所述中空腔体的直径，且所述中心球体的直径大于所述导向螺纹孔的直径。
较佳的，所述传动部包括双联轴承、制动器转接法兰，所述制动器通过所述制动器转接法兰与所述公头连接，所述公头上设置有与所述双联轴承内圈相配合的轴段，所述双联轴承固定设置。
较佳的，所述第一配合部还包括第一电机罩、第二电机罩、第三电机罩、末端转接法兰；所述第一电机罩通过所述第二电机罩与所述第三电机罩连接，所述末端转接法兰固定设置在所述第三电机罩上，且所述末端转接法兰与机械臂末端关节固定连接，所述舵机设置在所述第三电机罩内，所述制动器和所述传动部设置在所述第二电机罩内，所述第一电机罩和所述第二电机罩对所述双联轴承进行限位固定。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明通过设置第一配合部和第二配合部，所述第一配合部安装在机械臂末端关节上，所述第二配合部通过螺栓连接在机械臂末端执行器的表面，只需所述第一配合部和所述第二配合部之间连接固定即可装夹物体；所述第一配合部通过机械臂带动与所述第二配合部卡接槽配合，使得所述公头底部端面锥型齿与所述锥型定位盘接触，利用所述公头与所述电机罩之间的轴承连接的转动效果使得所述公头底部端面锥型齿与所述锥型定位盘啮合，之后所述制动器制动使得第一配合部和第二配合部之间周向固定；之后，所述舵机通过所述D型联轴器带动螺栓D型轴，使其在球头销上端的螺纹孔内移动进而推动球头销内的上方的球体从而挤压其余的球体向外扩张与所述配合孔相锁紧固定，进而实现机械臂末端执行器的快速更换，实现了快速、自动更换机械臂末端执行器。
附图说明
图1为所述机械臂末端执行装置快速自动接口装置的结构视图；
图2为所述第二配合部的结构视图；
图3为所述公头部的结构视图；
图4为所述传动部的结构视图；
图5为所述第三电机罩的结构视图；
图6为所述第二电机罩的结构视图；
图7为所述制动器转接法兰的结构视图。
图中数字表示：
1-接收板；2-锥型定位盘；3-底座；4-球头销；5-公头；6-第一电机罩；7-第二电机罩；8-螺栓D型轴；9-双联轴承；10-制动器转接法兰；11-D型联轴器；12-第三电机罩；13-舵机；14-末端转接法兰；15-制动器；21-第一螺栓孔；22-沉头螺栓孔；31-卡接槽；32-配合孔；41-导向螺纹孔；42-中心球体；43-侧球体；51-锥型齿；52-轴段；53-配合端面；54-第二环形螺纹孔；55-第一凸台；61-轴承座；62-第一凸缘；71-第三凸缘；72-第二凸缘；73-挡板；74-第三螺栓孔；75-挡板贯穿孔；81-D型端；82-螺纹端；91-外圈；92-内圈；101-方形凸台；102-小圆盘凸台；103-法兰主体；104-大圆盘凸台；105-法兰贯穿孔；106-第一环形螺纹孔；111-第一连接端；112-第二连接端；121-第一螺纹孔；122-第二螺栓孔；123-圆形凹槽；124-第二螺纹孔；125-圆孔；151-连接端面；152-固定端面。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
如图1所示，图1为所述机械臂末端执行装置快速自动接口装置的结构视图；本发明所述机械臂末端执行装置快速自动接口装置包括第一配合部和第二配合部，所述第一配合部安装在机械臂末端关节上，所述第二配合部安装在机械臂末端执行器表面上，通过所述第一配合部和所述第二配合部的卡接固定，以实现所述机械臂末端关节和机械臂末端执行器之间的可拆卸连接。
所述第一配合部包括公头部、传动部、舵机13和制动器15，所述舵机13通过所述传动部实现所述公头部与所述第二配合部的开锁，所述制动器15通过所述传动部和所述公头部连接。所述第二配合部包括底座3和接收板1。
如图2所示，图2为所述第二配合部的结构视图；所述底座3固定设置在所述接收板1上，所述接收板1固定设置在机械臂末端执行装置表面上。
所述底座3为环形结构，所述底座3设置有圆形的卡接槽31，所述卡接槽31中心设置有圆形的配合孔32，所述配合孔32端部突起在所述卡接槽31内形成环形的配合凸台，所述配合凸台和所述卡接槽31侧壁形成下沉的限位槽。
如图3所示，图3为所述公头部的结构视图；对应的，所述公头部包括公头5、球头销4，所述公头5设置在所述卡接槽31内，所述球头销4设置在所述配合孔32内。所述公头5中心设置有连接孔，所述公头5通过所述连接孔套设在所述球头销4上，所述连接孔两端分别设置有第一凸台55和第二凸台，所述球头销4对应所述第一凸台55设置有第三凸台，通过所述第一凸台55和所述第三凸台之间的卡接实现所述公头5和所述球头销4相对位置的固定，一般的，所述第一凸台55和所述第三凸台的横截面均配合设置为圆形，所述第三凸台可相对所述第一凸台55自由转动；在设置有所述第二凸台的端部位置处，所述公头5和所述球头销47形成环形配合槽，从而实现所述配合凸台和所述配合槽之间的卡接配合。
所述配合孔32在所述配合凸台位置处设置有限位环，通过所述限位环可实现所述球头销4在所述配合孔32内的卡接限定。同时，所述公头5端部通过所述限位槽进行位移限制，从而可限定所述球头销4在所述配合孔32内的相对位置，通过所述限位环和所述限位槽的双重限位作用，从而避免所述球头销4在锁定状态下的轴向移动。
较佳的，所述卡接槽31底部对应所述配合凸台外侧设置有锥型定位盘2，所述公头5靠近所述卡接槽31的端部上设置有环形的锥型齿51，在所述球头销4在锁定状态下时，所述锥型齿51和所述锥型定位盘2形成卡接，从而避免所述公头5和所述底座3之间的相对转动。
较佳的，所述接收板1上设置有第一螺栓孔21与机械臂末端执行器之间螺栓连接。所述接收板1设置有阶梯孔与所述底座33配合，设置有沉头螺栓孔22用于与所述底座3之间的螺栓连接。
实施例二
如图4所示，图4为所述传动部的结构视图；所述传动部包括螺栓D型轴8、双联轴承9、制动器转接法兰10、D型联轴器11，所述舵机13的输出轴通过所述D型联轴器11与所述螺栓D型轴8的D型端81连接，所述螺栓D型轴8的螺纹端82和所述球头销4螺纹连接，所述舵机13带动所述螺栓D型轴8转动，由于所述螺栓D型轴8和所述球头销4的螺纹连接，从而使所述螺栓D型轴8和所述球头销4在轴向上相对移动。所述D型联轴器11包括第一连接端111和第二连接端112，所述第一连接端111和所述螺栓D型轴8的D型端81连接，所述第二连接端112和所述舵机13的输出轴连接。
所述制动器15通过所述制动器转接法兰10与所述公头5连接，所述公头5上设置有与所述双联轴承9内圈相配合的轴段52，所述双联轴承9固定设置，通过所述制动器15可带动所述公头5转动。
所述球头销4为销状，所述球头销4的中心两端分别设置有导向螺纹孔41和中空腔体，所述导向螺纹孔41和所述中空腔体同轴且连通，所述导向螺纹孔41与所述螺栓D型轴8螺纹连接。
所述中空腔体内设置有个球体，具体包括一个中心球体42和三个侧球体43，所述中心球体42设置在所述中空腔体的轴线上，且所述中心球体42位于所述侧球体43和所述导向螺纹孔41之间，所述侧球体43以所述中空腔体的轴线环形均布，所述中空腔体对应各所述侧球体43均设置有通过孔，所述通过孔为贯通结构，且所述通过孔的直径略小于所述侧球体43直径，避免所述侧球体43经所述通过孔从所述中空腔体掉出，且所述侧球体43可通过所述通过孔实现球体向所述中空腔体外的部分露出，所述丝杆轴端部可与所述中心球体42接触设置。
同时，所述导向螺纹孔41的直径小于所述中空腔体的直径，且所述中心球体42的直径大于所述导向螺纹孔41的直径，通过所述中心球体42两侧的所述导向螺纹孔41和所述侧球体43从而限制所述中心球体42在所述中空腔体内的位置。
在所述舵机13带动所述螺栓D型轴8的轴向运动时，所述螺栓D型轴8与所述中心球体42接触并推动所述中心球体42，所述中心球体42接触并挤动所述侧球体43从而使所述侧球体43经所述通过孔向外扩张，实现所述球头销4在所述侧球体43对应位置的直径变大，从而在与所述限位环配合的状态下，实现所述球头销4在所述配合孔32内的锁紧。
实施例三
如图5、图6、图7所示，图5为所述第二电机罩的结构视图；图6为所述第三电机罩的结构视图；图7为所述制动器转接法兰的结构视图；所述第一配合部还包括第一电机罩6、第二电机罩7、第三电机罩12、末端转接法兰14。所述第一电机罩6通过所述第二电机罩7与所述第三电机罩12连接，所述末端转接法兰14固定设置在所述第三电机罩12上，且所述末端转接法兰14与机械臂末端关节固定连接，所述舵机13设置在所述第三电机罩12内，所述制动器15和所述传动部设置在所述第二电机罩7内，所述第一电机罩6和所述第二电机罩7对所述双联轴承9进行限位固定。
所述末端转接法兰14与机械臂末端关节和所述第三电机罩12通过第一螺纹孔121螺栓连接，所述舵机13在所述第三电机罩12内，通过第二螺纹孔124与所述第三电机罩12螺栓连接。所述第三电机罩12下端面设置有圆形凹槽123，所述圆形凹槽123内设置有第二螺栓孔122，使得所述第三电机罩12与所述第二电机罩7之间螺栓连接，所述圆形凹槽123中间开有圆孔125，所述D型联轴器11从中穿出。
所述螺栓D型轴8的螺纹端82从所述第二电机罩7内部的挡板贯穿孔75、所述制动器15、所述制动器转接法兰10上的贯穿孔穿过并与所述球头销4上端的所述导向螺纹孔41配合连接。所述第二电机罩7下端设置有第二凸缘72与所述第一电机罩6上端的第一凸缘62之间螺栓连接。所述第二电机罩7上端设置有第三凸缘71与所述第三电机罩12连接。
所述第一电机罩6内部设置有与所述双联轴承9的外圈91相配合的轴承座61，所述公头5上设置有与所述双联轴承9的内圈92相配合的轴段52。所述第一电机罩6与所述公头5通过所述双联轴承9相配合连接。所述双联轴承型号为GBS6807ZZ。
所述制动器15安装在所述第二电机罩7的挡板73上。所述制动器转接法兰10用于所述公头5与所述制动器15之间的连接，中间设置有法兰贯穿孔105以便于所述螺栓D型轴8从中穿过。所述制动器转接法兰10包括圆形的法兰主体103，所述法兰主体103的一端面设置有大圆盘凸台104，另一端面设置有小圆盘凸台102，所述小圆盘凸台102上端设置有方形凸台101用于与所述制动器15进行连接，所述公头5的所述第一凸台55与所述大圆盘凸台104配合连接，从而使所述公头5的配合端面53和所述制动器转接法兰10端面贴合，并通过第一环形螺纹孔106和第二环形螺纹孔54螺栓连接固定。
所述制动器15型号为BXR-025-10LE-032，所述挡板73上设置有第三螺栓孔74，所述制动器15的固定端面152通过设置有螺栓孔与所述第二电机罩7内部的第三螺栓孔74螺栓连接，所述制动器15的连接端面151通过设置圆形凹槽和方形凹槽以与所述制动器转接法兰10上的所述小圆盘凸台102和所述方形凸台101配合连接。
机械臂末端关节带动所述第一配合部使得所述公头5与所述底座3处于同一轴线之后利用所述卡接槽31使得所述公头5底部的所述端面锥型齿51与所述锥型定位盘2相接触，利用所述公头5与所述第一电机罩6之间的轴承转动使得所述锥型定位盘2与所述端面锥型齿51啮合，在所述制动器15制动后实现所述第一配合部与所述第二配合部之间的周向固定，所述球头销4下端进入所述底座3上的所述配合孔32内，所述舵机13通过所述D型联轴器11带动所述螺栓D型轴8转动，所述螺栓D型轴8的D型端81在所述D型联轴器11中转动，所述螺栓D型轴8的螺纹端82在所述球头销4上端的螺纹孔中运动，进而推动所述球头销4内部下端的球体向外扩张与所述配合孔32配合锁紧，并利用所述限位环和所述限位槽的双重限位达到所述第一配合部与所述第二配合部之间的轴向固定，从而实现所述第一配合部与所述第二配合部快速连接，进而更换机械臂末端执行器；实现了快速、自动的更换机械臂末端执行器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种机械臂末端执行装置快速自动接口装置，其特征在于，包括第一配合部和第二配合部，所述第一配合部安装在机械臂末端关节上，所述第二配合部安装在机械臂末端执行器上，所述第一配合部和所述第二配合部可拆卸连接；
所述第一配合部包括公头部、传动部、舵机和制动器，所述舵机通过所述传动部实现所述公头部与所述第二配合部的开锁，所述制动器通过所述传动部和所述公头部连接；
底座固定设置在接收板上，所述接收板固定设置在机械臂末端执行器表面上；所述底座设置有卡接槽，所述卡接槽中心设置有配合孔，所述配合孔端部突起在所述卡接槽内形成环形的配合凸台，所述配合凸台和所述卡接槽侧壁形成下沉的限位槽；所述公头部包括公头、球头销，所述公头设置在所述卡接槽内，所述球头销设置在所述配合孔内，所述公头中心设置有连接孔，所述公头通过所述连接孔套设在所述球头销上，所述连接孔一端设置有第二凸台，在设置有所述第二凸台的端部位置处，所述公头和所述球头销形成环形配合槽，从而实现所述配合凸台和所述配合槽之间的卡接配合；
所述卡接槽底部对应所述配合凸台外侧设置有锥型定位盘，所述公头靠近所述卡接槽的端部上设置有环形的锥型齿，在所述球头销在锁定状态下时，所述锥型齿和所述锥型定位盘形成卡接；
所述传动部包括螺栓D型轴、D型联轴器，所述舵机的输出轴通过所述D型联轴器与所述螺栓D型轴的D型端连接，所述螺栓D型轴的螺纹端和所述球头销螺纹连接；
所述球头销内的中心两端分别设置有导向螺纹孔和中空腔体，所述导向螺纹孔和所述中空腔体同轴且连通，所述导向螺纹孔与丝杆轴螺纹连接；
所述中空腔体内设置有一个中心球体和至少三个侧球体，所述中心球体设置在所述中空腔体的轴线上，且所述中心球体位于所述侧球体和所述导向螺纹孔之间，所述侧球体以所述中空腔体的轴线环形均布，所述中空腔体对应各所述侧球体均设置有通过孔，所述通过孔为贯通结构，且所述通过孔的直径小于所述侧球体直径，所述丝杆轴端部可与所述中心球体接触设置，所述中心球体可与所述侧球体接触设置。
2.如权利要求1所述的机械臂末端执行装置快速自动接口装置，其特征在于，所述连接孔远离所述第二凸台的端部有第一凸台，所述球头销对应所述第一凸台设置有第三凸台，所述第一凸台和所述第三凸台之间的卡接，所述第一凸台和所述第三凸台的横截面均配合设置为圆形，所述第三凸台可相对所述第一凸台自由转动。
3.如权利要求1所述的机械臂末端执行装置快速自动接口装置，其特征在于，所述配合孔在所述配合凸台位置处设置有限位环，所述限位环和所述侧球体形成卡接。
4.如权利要求3所述的机械臂末端执行装置快速自动接口装置，其特征在于，所述导向螺纹孔的直径小于所述中空腔体的直径，且所述中心球体的直径大于所述导向螺纹孔的直径。
5.如权利要求1所述的机械臂末端执行装置快速自动接口装置，其特征在于，所述传动部还包括双联轴承、制动器转接法兰，所述制动器通过所述制动器转接法兰与所述公头连接，所述公头上设置有与所述双联轴承内圈相配合的轴段，所述双联轴承固定设置。
6.如权利要求5所述的机械臂末端执行装置快速自动接口装置，其特征在于，所述第一配合部还包括第一电机罩、第二电机罩、第三电机罩、末端转接法兰；所述第一电机罩通过所述第二电机罩与所述第三电机罩连接，所述末端转接法兰固定设置在所述第三电机罩上，且所述末端转接法兰与机械臂末端关节固定连接，所述舵机设置在所述第三电机罩内，所述制动器和所述传动部设置在所述第二电机罩内，所述第一电机罩和所述第二电机罩对所述双联轴承进行限位固定。
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