CN113510733B - 一种应用于机械臂及其末端执行器的法兰连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于机械臂及其末端执行器的法兰连接装置，涉及法兰连接装置领域，该法兰连接装置包括若干个主杆，每个主杆的两端分别设置有末端球形关节，每个末端球形关节中的内球体与球形外壳相对转动、使得每个末端球形关节上的法兰螺纹杆与所在主杆之间呈预定角度，通过各个主杆两端的完成角度调节的各个末端球形关节分别通过法兰螺纹杆与机械臂和末端执行器的连接法兰上的各个法兰螺纹孔对应固定，无论机械臂和末端执行器的连接法兰的规格/法兰螺纹孔的位置是否相同，都能实现两者的连接固定，通用性较高，而且也间接增加了末端执行器的通用性以及安装末端执行器的便利性。

Description

一种应用于机械臂及其末端执行器的法兰连接装置

技术领域

本发明涉及法兰连接装置领域，尤其是一种应用于机械臂及其末端执行器的法兰连接装置。

背景技术

法兰连接装置主要用于连接两个结构，常见的法兰连接装置采用螺栓连接，但是会导致拆卸比较繁琐。申请号为202022007744.X的专利公开的法兰连接装置不采用螺栓连接，而是采用插销嵌入插槽的结构，能够增加法兰盘之间拆卸的方便性，但它需要在法兰上安装一定的结构装置，并不能直接用来连接两个法兰。可见现有的法兰连接装置有多种实现方式，且各有优缺点，但无论采用上述哪种结构，现有的法兰连接装置都只能适用于法兰大小相同且螺孔的位置相同的情况。

而在机械臂应用领域，当机械臂执行某一作业任务时，或者在进行标定时，其末端通常会有某一特定的末端执行器，用来执行不同的操作，机械臂与末端执行器之间需要利用法兰连接装置固定，而受限于现有法兰连接装置的应用限制，这就使得机械臂末端的连接法兰与末端执行器的连接法兰的规格及其上的螺孔位置都需要是对应相同的，因此一种型号的机械臂必须配备特定连接结构的末端执行器，极大限制了末端执行器的通用性，增加了配置成本。而且机械臂在调试时，通常需要更换不同的末端执行器，比如标定时和抓取物体时的末端执行器是不同的，而当末端执行器连接法兰与机械臂的末端法兰不匹配时，就不能使用，而在不确定是否能使用的情况下去定制末端执行器则利用率较低、也会提高使用成本。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种应用于机械臂及其末端执行器的法兰连接装置，本发明的技术方案如下：

一种应用于机械臂及其末端执行器的法兰连接装置，该法兰连接装置包括若干个主杆，每个主杆的两端分别设置有末端球形关节，每个末端球形关节包括内球体、球形外壳、弧形贴片和调节件，内球体固定在对应的主杆的一端，球形外壳包覆在内球体的外部，弧形贴片位于内球体与球形外壳之间，弧形贴片的内表面与内球体的弧度相同、外表面连接固定在球形外壳上的调节件；每个末端球形关节在球形外壳的外表面有凸出的法兰螺纹杆；

每个末端球形关节中的内球体与球形外壳相对转动、使得每个末端球形关节上的法兰螺纹杆与所在主杆之间呈预定角度后，通过调节件调节弧形贴片接触贴附在内球体上使得内球体与球形外壳相对固定保持；

通过各个主杆一端的完成角度调节的各个末端球形关节分别通过法兰螺纹杆与机械臂的连接法兰上的各个法兰螺纹孔对应固定，各个主杆另一端的完成角度调节的各个末端球形关节分别通过法兰螺纹杆与末端执行器的连接法兰上的各个法兰螺纹孔对应固定。

其进一步的技术方案为，每个主杆包括若干个通过中间球形关节相连的主杆分段，中间球形关节的结构与末端球形关节的结构相同，通过中间球形关节相连的两个主杆分段分别连接在中间球形关节的内球体和球形外壳上；每个中间球形关节中的内球体与球形外壳相对转动、使得两端的主杆分段之间呈预定角度。

其进一步的技术方案为，每个主杆中，存在至少一个主杆分段沿着杆长方向可伸缩。

其进一步的技术方案为，主杆的每个主杆分段包括粗主杆及套设在粗主杆内部的细主杆，粗主杆和细主杆通过定位凸点和定位孔卡接配合，当粗主杆和细主杆沿着杆长方向相对滑动并卡接配合于不同位置时，主杆分段的长度不同、实现伸缩。

其进一步的技术方案为，法兰连接装置还包括主连接件，每个主杆通过至少一个横杆连接主连接件，横杆的一端连接在主杆的中间球形关节的球形外壳上、另一端连接主连接件。

其进一步的技术方案为，每个横杆可转动的连接主连接件。

其进一步的技术方案为，每个横杆沿着杆长方向可伸缩。

其进一步的技术方案为，法兰连接装置还包括法兰适配件，每个末端球形关节的球形外壳的外表面具有凸出的关节螺纹杆，各个关节螺纹杆的规格相同，当关节螺纹杆的规格与末端球形关节对应的法兰螺纹孔的规格不匹配时，关节螺纹杆上可拆卸的安装与法兰螺纹孔的规格相匹配的法兰适配件，法兰适配件的适配件螺纹孔与关节螺纹杆的规格匹配并固定在关节螺纹杆上，法兰适配件的顶端具有凸出的与对应的法兰螺纹孔的规格相匹配的适配件螺纹杆，则适配件螺纹杆作为法兰螺纹杆与法兰螺纹孔相连接。

其进一步的技术方案为，法兰连接装置包括至少两种与不同的法兰螺纹孔的规格相匹配的法兰适配件，各个法兰适配件的适配件螺纹孔均与关节螺纹杆的规格相同，匹配不同规格的法兰螺纹孔的法兰适配件中的适配件螺纹杆的规格不相同。

其进一步的技术方案为，法兰连接装置中各个法兰螺纹杆的规格均相同，或者，存在至少两个法兰螺纹杆的规格不相同。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种应用于机械臂及其末端执行器的法兰连接装置，该法兰连接装置在机械臂和末端执行器的连接法兰都有法兰螺纹孔的前提下，无需对连接法兰进行修改，利用末端球形关节可以调节连接角度，无论机械臂和末端执行器的连接法兰的规格/法兰螺纹孔的位置是否相同，都能实现两者的连接固定，不需要更换末端执行器的连接法兰或换用其他的规格的末端执行器，通用性较高，而且也间接增加了末端执行器的通用性以及安装末端执行器的便利性。

该法兰连接装置通过法兰适配器可以适配不同规格的法兰螺纹孔，无论机械臂和末端执行器的连接法兰的法兰螺纹孔的大小是否相同，都能实现两者的连接固定。中间球形关节以及可伸缩的主杆和横杆可以更便利的调节距离和角度，使得更适配不同的使用需求。

附图说明

图1是本申请公开的法兰连接装置的结构示意图。

图2是本申请的法兰连接装置的末端球形关节处的结构放大图。

图3是本申请的法兰连接装置的法兰适配件的结构示意图。

图4是本申请的法兰连接装置的沿着主杆的杆长方向的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种应用于机械臂及其末端执行器的法兰连接装置，该法兰连接装置用于将机械臂的连接法兰与末端执行器的连接法兰相连，请参考图1-4，该法兰连接装置包括若干个主杆1，在初始状态下，各个主杆1的杆长方向相同，主杆1的具体数量根据实际情况配置，本申请图示以包括四个主杆为例。每个主杆1的两端分别设置有末端球形关节3，如图2所示，每个末端球形关节3包括内球体31、球形外壳32、弧形贴片33和调节件34，内球体31固定在对应的主杆1的一端，球形外壳32包覆在内球体31的外部，弧形贴片33位于内球体31与球形外壳32之间，弧形贴片33的内表面与内球体31的弧度相同、外表面连接固定在球形外壳32上的调节件34，调节件34用于调节弧形贴片33与内球体31的贴紧程度，当弧形贴片33贴紧内球体31时、内球体31与球形外壳32无法相对转动实现位置固定，当弧形贴片33松开内球体31时、内球体31与球形外壳32可以相对转动。调节件34具体有多种实现方式，比如图2中，调节件包括粗柱和细柱，细柱的一端固定在弧形贴片33上、粗柱穿透球形外壳32且可绕细柱转动，细柱上面有螺纹、可在球形外壳32的小孔中旋进旋出，从而调整弧形贴片33对内球体31的贴紧程度，粗柱的外侧末端设置小细柱方便旋转。

每个末端球形关节3在球形外壳32的外表面有凸出的法兰螺纹杆4，该法兰螺纹杆4用于与机械臂/末端执行器的连接法兰上的与该末端球形关节3对应的法兰螺纹孔的相连，因此法兰螺纹杆4与所连接的法兰螺纹孔的规格相匹配。可选的，球形外壳32在法兰螺纹杆4处的与连接法兰接触面呈平面结构而非圆弧形结构，这样可以使得法兰螺纹杆4与法兰螺纹孔固定在一起时，球形外壳32与连接法兰的接触面更契合，增加固定的稳固程度，避免接触面太少而导致摇晃。

本申请的法兰连接装置在使用时，每个末端球形关节3中的内球体31与球形外壳32相对转动、使得每个末端球形关节3上的法兰螺纹杆4与所在主杆1之间呈预定角度后，通过调节件34调节弧形贴片33接触贴附在内球体31上使得内球体31与球形外壳32相对固定保持。

通过各个主杆一端的完成角度调节的各个末端球形关节3分别通过法兰螺纹杆4与机械臂的连接法兰上的各个法兰螺纹孔对应固定，各个主杆1另一端的完成角度调节的各个末端球形关节3分别通过法兰螺纹杆4与末端执行器的连接法兰上的各个法兰螺纹孔对应固定，从而实现机械臂与末端执行器的连接，由于末端球形关节3的角度可调节，因此机械臂与末端执行器的连接法兰的规格不同时或者法兰螺纹孔的位置不对应时，该法兰连接装置都能适配。

可选的在本申请中，每个末端球形关节3的球形外壳的外表面具有凸出的关节螺纹杆，各个关节螺纹杆的规格相同，由此使得本申请中的法兰螺纹杆4有多种实现方式：

(1)当关节螺纹杆的规格与末端球形关节3对应的法兰螺纹孔的规格匹配时，关节螺纹杆直接作为法兰螺纹杆4连接法兰螺纹孔，图1和2以此情况为例进行示意。

(2)当关节螺纹杆的规格与末端球形关节对应的法兰螺纹孔的规格不匹配时，末端球形关节3的关节螺纹杆上还套设有法兰适配件，与法兰螺纹孔的规格相匹配的法兰适配件可拆卸的安装在关节螺纹杆上，末端球形关节对应的法兰螺纹孔是指末端球形关节所需要连接的机械臂或末端执行器上的连接法兰的法兰螺纹孔。如图3所示，法兰适配件5的适配件螺纹孔51与关节螺纹杆的规格匹配并固定在关节螺纹杆上，法兰适配件5的顶端具有凸出的与对应的法兰螺纹孔的规格相匹配的适配件螺纹杆52，则在这种情况中，法兰适配件5的适配件螺纹杆52作为法兰螺纹杆4与法兰螺纹孔相连接。

也即该法兰连接装置还包括配套使用的法兰适配件5，且可选的，法兰连接装置包括至少两种与不同的法兰螺纹孔的规格相匹配的法兰适配件5，各个法兰适配件5的适配件螺纹孔51均与关节螺纹杆的规格相同，匹配不同规格的法兰螺纹孔的法兰适配件5中的适配件螺纹杆52的规格不相同。因此当需要与不同规格的法兰螺纹孔连接时，只需更换不同的法兰适配件5即可。

在实际使用时，可以部分末端球形关节3上的关节螺纹杆直接作为法兰螺纹杆4，其余部分末端球形关节3上的法兰适配件5的适配件螺纹杆52作为法兰螺纹杆4，且不同末端球形关节3上套设的法兰适配件5的规格也可以不同，由此使得本申请的法兰连接装置中各个法兰螺纹杆4的规格均相同，或者，存在至少两个法兰螺纹杆的规格不相同。因此但机械臂与末端执行器的连接法兰上的法兰螺纹孔的大小规格不同时，或者同一个连接法兰上的各个法兰螺纹孔的大小规格不同时，该法兰连接装置都能适配。

可选的，如图1所示，每个主杆1包括若干个通过中间球形关节6相连的主杆分段11，如图以包括两个主杆分段11为例，中间球形关节6的结构与末端球形关节3的结构相同，也即包括内球体、球形外壳、弧形贴片和调节件且连接及工作方式均与上述末端球形关节3相同，本申请不再赘述，但中间球形关节6的球形外壳上不具备关节螺纹杆。通过中间球形关节6相连的两个主杆分段11分别连接在中间球形关节6的内球体和球形外壳上，每个中间球形关节中的内球体与球形外壳相对转动、使得两端的主杆分段之间呈预定角度，从而可以更大程度上增加主杆1的弯曲角度范围，实现进一步的角度调节，以满足机械臂与末端执行器的连接法兰的连接需求。

进一步可选的，每个主杆1中，存在至少一个主杆分段11沿着杆长方向可伸缩。在一个实施例中，各个主杆分段11的结构均相同且均可伸缩，图1示出了伸缩结构的一种实现方式，主杆1的每个主杆分段11包括粗主杆11a及套设在粗主杆11a内部的细主杆11b，粗主杆11a和细主杆11b通过定位凸点11c、定位孔11d和调节按钮11e实现卡接配合：定位凸点11c无法用手按压下去，调节按钮11e连接定位凸点11c，调节按钮11e按下时使得定位凸点11c内缩、细主杆11b可在粗主杆11a内自由活动，当移动到合适位置时，松开调节按钮11e使得定位凸点11c弹出卡接入相应的定位孔11d内将杆长固定。定位凸点11c和定位孔11d的一种设置方式是，细主杆11b上沿着杆长方向间隔设置若干个定位凸点11c，粗主杆11a上设置定位孔11d。另一种设置方式是，细主杆11b上设置定位凸点11c，粗主杆11a上沿着杆长方向间隔设置若干个定位孔11d。无论具体如何设置，当粗主杆11a和细主杆11b沿着杆长方向相对滑动并通过定位凸点11c和定位孔11d的卡接配合于不同位置时，主杆分段11的长度不同，从而可以实现伸缩。

各个主杆1还可以通过若干个横杆2相连形成框架结构以便形成一个整体、便于使用，不同主杆1之间可以直接通过横杆2相连，或者在一个实施例中，如图1和4所示，该法兰连接装置还包括主连接件7，每个主杆1通过至少一个横杆2连接主连接件7，横杆2的一端连接在主杆1的中间球形关节6的球形外壳上、另一端连接主连接件7。这种结构使得法兰连接装置形成一个结构稳定的整体，方便操作携带，而且可以增加与机械臂/末端执行器连接时的稳固性。可选的，每个横杆2可转动的连接主连接件7，如图4所示，主连接件7包括主连接件框架71、主连接件主体72和主连接件细柱73，主连接件细柱73的一端固定在主连接件主体72上，主连接件框架71位于主连接件主体72和主连接件细柱73外侧，横杆2伸入主连接件框架71中连接主连接件细柱73的悬空端，横杆2与主连接件细柱73可转动连接，以便调节主杆1的安装角度。可选的，每个横杆2沿着杆长方向可伸缩，与主杆1的主杆分段11的结构类似，每个横杆2包括相互套设并通过定位凸点和定位孔卡接配合的粗横杆2a和细横杆2b，可以实现横杆的长度调节，本申请不再展开赘述。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于机械臂及其末端执行器的法兰连接装置，其特征在于，所述法兰连接装置包括若干个主杆，每个所述主杆的两端分别设置有末端球形关节，每个所述末端球形关节包括内球体、球形外壳、弧形贴片和调节件，所述内球体固定在对应的主杆的一端，所述球形外壳包覆在所述内球体的外部，所述弧形贴片位于所述内球体与所述球形外壳之间，所述弧形贴片的内表面与所述内球体的弧度相同、外表面连接固定在所述球形外壳上的所述调节件；每个所述末端球形关节在球形外壳的外表面有凸出的法兰螺纹杆；

每个末端球形关节中的内球体与球形外壳相对转动、使得每个末端球形关节上的法兰螺纹杆与所在主杆之间呈预定角度后，通过调节件调节弧形贴片接触贴附在内球体上使得内球体与球形外壳相对固定保持；

通过各个主杆一端的完成角度调节的各个末端球形关节分别通过法兰螺纹杆与机械臂的连接法兰上的各个法兰螺纹孔对应固定，各个主杆另一端的完成角度调节的各个末端球形关节分别通过法兰螺纹杆与末端执行器的连接法兰上的各个法兰螺纹孔对应固定；

其中，每个所述主杆包括若干个通过中间球形关节相连的主杆分段，所述中间球形关节的结构与所述末端球形关节的结构相同，通过中间球形关节相连的两个主杆分段分别连接在所述中间球形关节的内球体和球形外壳上；每个中间球形关节中的内球体与球形外壳相对转动、使得两端的主杆分段之间呈预定角度。

2.根据权利要求1所述的法兰连接装置，其特征在于，每个主杆中，存在至少一个主杆分段沿着杆长方向可伸缩。

3.根据权利要求2所述的法兰连接装置，其特征在于，主杆的每个主杆分段包括粗主杆及套设在粗主杆内部的细主杆，所述粗主杆和所述细主杆通过定位凸点和定位孔卡接配合，当所述粗主杆和所述细主杆沿着杆长方向相对滑动并卡接配合于不同位置时，所述主杆分段的长度不同、实现伸缩。

4.根据权利要求1所述的法兰连接装置，其特征在于，所述法兰连接装置还包括主连接件，每个所述主杆通过至少一个横杆连接所述主连接件，所述横杆的一端连接在所述主杆的中间球形关节的球形外壳上、另一端连接所述主连接件。

5.根据权利要求4所述的法兰连接装置，其特征在于，每个所述横杆可转动的连接所述主连接件。

6.根据权利要求4所述的法兰连接装置，其特征在于，每个所述横杆沿着杆长方向可伸缩。

7.根据权利要求1-6任一所述的法兰连接装置，其特征在于，所述法兰连接装置还包括法兰适配件，每个末端球形关节的球形外壳的外表面具有凸出的关节螺纹杆，各个关节螺纹杆的规格相同，当关节螺纹杆的规格与所述末端球形关节对应的法兰螺纹孔的规格不匹配时，所述关节螺纹杆上可拆卸的安装与所述法兰螺纹孔的规格相匹配的法兰适配件，所述法兰适配件的适配件螺纹孔与关节螺纹杆的规格匹配并固定在所述关节螺纹杆上，所述法兰适配件的顶端具有凸出的与对应的法兰螺纹孔的规格相匹配的适配件螺纹杆，则所述适配件螺纹杆作为法兰螺纹杆与法兰螺纹孔相连接。

8.根据权利要求7所述的法兰连接装置，其特征在于，所述法兰连接装置包括至少两种与不同的法兰螺纹孔的规格相匹配的法兰适配件，各个法兰适配件的适配件螺纹孔均与关节螺纹杆的规格相同，匹配不同规格的法兰螺纹孔的法兰适配件中的适配件螺纹杆的规格不相同。

9.根据权利要求7所述的法兰连接装置，其特征在于，所述法兰连接装置中各个法兰螺纹杆的规格均相同，或者，存在至少两个法兰螺纹杆的规格不相同。

Images