CN114454215A - 机器人快换工具库 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人快换工具库，包括箱体，箱体上部设有若干工具放置位；工具放置位内各放有工具；工具放置位为一个口大底小的U型缺口，U型缺口的一侧边缘设有月牙形板，月牙形板的一侧边缘为凹面，凹面朝向工具放置位，月牙形板具有转轴；工具的滑入或滑出工具放置位时，工具的上端边缘贴月牙形板的凹面由外向内滑动，迫使月牙形板旋转，工具放置位或月牙形板上设有用于感知月牙形板的位置变化，从而判断工具是否处于入库状态的检测组件；本发明的机器人快换工具库，通过优化设计工具取放位置和过程检测，信息交互与动作互锁，实现机器人可靠、稳定、安全的抓取工具，为机器人的简单、快捷部署提供助力。

Description

机器人快换工具库

技术领域

本发明属于机器人自动化领域，特别涉及一种机器人快换工具库。

背景技术

随着产业改造与升级，机器人在工业中的应用日趋普遍，在此背景下，对机器人应用的安全性和布局的简捷性提出了更高的要求。传统的机器人更换末端工具多是通过人工拆卸与装配，耗时费力，且存在安全隐患和弊端，如操作不慎工具掉落砸伤作业人员，工具大且重，难以安装等。后因生产需要也出现了一些快换工具库的设备，如专利CN113161813A申明了一种工具快换装置，其机器人抓取工件后无检测信号等通讯，通过纯机械的检测方式，无法形成信息的闭环反馈，可靠性较差，存在安全隐患；专利CN110065086A申明了一种工业机器人工具库，其独立存在，无法与主控设备通讯，自动化工业场景适应性差，其次整机设备通过万向轮固定，实际应用场景中常伴随着震动，设备容易产生偏移，导致位置发生变化，可靠性大打折扣，再者机器人取放工具无到位检测信号，无法形成动作检测互锁，安全性较差。

这些发明未解决工具取、放过程的稳定性、可靠性和安全性等问题，使用过程中可执行性较差，同时数据通讯封闭或没有，与当下机器人快速布局的需求相悖。

有鉴于此，亟需提供一种能够稳定可靠的实现机器人取、放工具操作，能够快速准确检测工具库内各工具到位状态的机器人快换工具库。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供的是一种能够快速准确检测工具库内各工具到位状态，信息交互与动作互锁，实现机器人可靠、稳定、安全的抓取工具，为机器人的简单、快捷部署服务的机器人快换工具库。

本发明是通过以下技术来实现的，一种机器人快换工具库，包括箱体，箱体上部设有工具安装台面，工具安装台面上加工有若干工具放置位；每个工具放置位内各放有一件工具；

所述工具放置位为一个口大底小的U型缺口，U型缺口的一侧边缘设有月牙形板，月牙形板的一侧边缘为凹面，月牙形板的凹面朝向工具放置位，月牙形板具有转轴，转轴下端安装于工具安装台面上；

所述工具的滑入工具放置位时，工具的上端边缘贴月牙形板的凹面由外向内滑动，迫使月牙形板旋转，月牙形板的远离U型缺口底部一端向U型缺口靠近；工具的滑出工具放置位时，工具的上端边缘贴月牙形板的凹面由内向外滑动，迫使月牙形板旋转，月牙形板的靠近U型缺口底部一端向U型缺口靠近；

所述工具放置位或月牙形板上设有用于感知月牙形板的位置变化，从而判断工具是否处于入库状态的检测组件。

进一步地，所述箱体上设有气缸组件和防尘罩，防尘罩可开合的设于箱体上部，防尘罩和箱体通过铰链铰接，气缸组件一端连接于箱体上，另一端连接于防尘罩上，通过气缸组件实现防尘罩开合的自动化控制；防尘罩处于闭合状态时，覆盖于工具安装台面之上。

进一步地，所述气缸组件包含气缸座、后铰固定座、气缸、鱼眼接头、转轴和卡簧，气缸座通过螺栓固定连接于箱体上，气缸座上安装有后铰固定座，气缸的下端与后铰固定座连接，鱼眼接头与气缸的活动端连接，转轴安装于鱼眼接头孔中，并通过卡簧限位。

进一步地，还包括第一磁性开关和第二磁性开关，第一磁性开关和第二磁性开关分别安装于气缸上下两端的侧部；第一磁性开关用于监测气缸伸出到位，并将信号反馈给PLC工控系统，第二磁性开关用于监测气缸缩回到位，并将信号反馈给PLC工控系统。

进一步地，所述检测组件包括出库接近开关、入库接近开关以及第一接近工具、第二接近工具；出库接近开关、入库接近开关分别通过第一支架、第三支架固定工具安装台面上，第一接近工具、第二接近工具分别通过第二支架、第四支架设于月牙形板上，出库接近开关、第一接近工具设于远离U型缺口底部一侧，入库接近开关、第二接近工具设于靠近U型缺口底部一侧，工具入库完成时，第二接近工具靠近或正对入库接近开关而触发入库接近开关发出入库完成信号；工具出库完成时，第一接近工具靠近或正对出库接近开关而触发出库接近开关发出出库完成信号。

进一步地，所述月牙形板下部两侧设有第一凸起和第二凸起，第一凸起设于远离U型缺口底部一侧，第二凸起设于靠近U型缺口底部一侧。

进一步地，所述月牙形板所在一侧的工具放置位上设有以转轴为圆心的第一弧形槽和第二弧形槽；第一弧形槽设于远离U型缺口底部一侧，第二弧形槽设于靠近U型缺口底部一侧；第一弧形槽与第一凸起相适配，第二弧形槽与第二凸起相适配；

第一弧形槽远离工具放置位一侧底部设有第一传感器，第二弧形槽远离工具放置位一侧底部设有第二传感器。

进一步地，所述工具入库时，月牙形板旋转，第二凸起进入第二弧形槽并向第二弧形槽的底部滑动，工具入库完成时，第二凸起滑至第二弧形槽的底部，触发第二传感器发出入库完成信号；工具出库时，月牙形板旋转，第一凸起进入第一弧形槽并向第一弧形槽的底部滑动，工具出库完成时，第一凸起滑至第一弧形槽的底部，触发第一传感器发出出库完成信号；

所述月牙形板所在一侧的工具放置位上设有以转轴为圆心的第三弧形槽，第三弧形槽中部设有开关，通过开关处于打开或关闭状态来判断工具处于出库或入库状态，第一凸起和第二凸起设于第三弧形槽中，开关设于第一凸起和第二凸起之间。

进一步地，所述工具入库时，月牙形板旋转，第二凸起向开关靠近，工具入库完成时，第二凸起与开关接触，迫使开关改变状态并发出入库完成信号；工具出库时，月牙形板旋转，第一凸起向开关靠近，工具出库完成时，第一凸起与开关接触，迫使开关改变状态并发出出库完成信号。

本发明的有益效果是：本发明提供一种机器人快换工具库，通过优化设计工具取放位置和过程检测，信息交互与动作互锁，实现机器人可靠、稳定、安全的抓取工具，为机器人的简单、快捷部署提供助力，实现为企业增效。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的防尘盖闭合结构示意图；

图3是本发明的气缸组件示意图；

图4是本发明的检测组件示意图；

图5是本发明第二种检测组件的示意图（月牙形板未示出）；

图6是本发明第三种检测组件的示意图（月牙形板未示出）；

附图中的标号分别为：1、箱体，2、罩壳，3、气缸组件，4、防尘罩，5、工具放置位，6、铰链，7、工具，8、地脚，9、第一凸起，10、第二凸起，11、第一弧形槽12、第二弧形槽，13、第一传感器，14、第二传感器，15、第三弧形槽，16、开关，301、气缸座，302、后铰固定座，303、气缸，304、鱼眼接头，305、转轴，306、卡簧，307、第一磁性开关，308、第二磁性开关，701、出库接近开关，702、第一支架，703、第二支架，704、第一接近工具，705、转轴，706、月牙形板，707、入库接近开关，708、第三支架，709、第四支架，710、第二接近工具。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1-4所示，一种机器人快换工具库，包括箱体1，箱体1的底部设有地脚8，箱体外侧由罩壳包覆，箱体1上部设有工具安装台面，工具安装台面上加工有若干工具放置位5；每个工具放置位5内各放有一件工具7；

所述工具放置位5为一个口大底小的U型缺口，U型缺口的一侧边缘设有月牙形板706，月牙形板706的一侧边缘为凹面，月牙形板706的凹面朝向工具放置位5，月牙形板706具有转轴705，转轴705下端安装于工具安装台面上；月牙形板706不一定必须为月牙形状，只要其一侧边缘为凹面，且凹面处为平滑弧面即可。本实施例中，转轴705为一枚塞打螺丝。

所述工具7的滑入工具放置位5时，工具7的上端边缘贴月牙形板706的凹面由外向内滑动，迫使月牙形板706旋转，月牙形板706的远离U型缺口底部一端向U型缺口靠近；工具7的滑出工具放置位5时，工具7的上端边缘贴月牙形板706的凹面由内向外滑动，迫使月牙形板706旋转，月牙形板706的靠近U型缺口底部一端向U型缺口靠近；

所述工具放置位5或月牙形板706上设有用于感知月牙形板706的位置变化，从而判断工具7是否处于入库状态的检测组件。

所述箱体1上设有气缸组件3和防尘罩4，防尘罩4可开合的设于箱体1上部，防尘罩4和箱体1通过铰链6铰接，气缸组件3一端连接于箱体1上，另一端连接于防尘罩4上，通过气缸组件3实现防尘罩4开合的自动化控制；防尘罩4处于闭合状态时，覆盖于工具安装台面之上以起到防尘保护功能。

所述气缸组件3包含气缸座301、后铰固定座302、气缸303、鱼眼接头304、转轴305和卡簧306，气缸座301通过螺栓固定连接于箱体1上，气缸座301上安装有后铰固定座302，气缸303的下端与后铰固定座302连接，鱼眼接头304与气缸303的活动端连接，转轴305安装于鱼眼接头304孔中，并通过卡簧306限位。本实施例中，所述鱼眼接头304拥有3个转动自由度，可以实现绕轴360°转动，也可以实现径向的转动，可以弥补轴一定量的同轴度误差，提高使用寿命。

还包括第一磁性开关307和第二磁性开关308，第一磁性开关307和第二磁性开关308分别安装于气缸303上下两端的侧部；第一磁性开关307用于监测气缸303伸出到位，并将信号反馈给PLC工控系统，第二磁性开关308用于监测气缸303缩回到位，并将信号反馈给PLC工控系统。

所述检测组件包括出库接近开关701、入库接近开关707以及第一接近工具704、第二接近工具710；出库接近开关701、入库接近开关707分别通过第一支架702、第三支架708固定工具安装台面上，第一接近工具704、第二接近工具710分别通过第二支架703、第四支架709设于月牙形板706上，出库接近开关701、第一接近工具704设于远离U型缺口底部一侧，入库接近开关707、第二接近工具710设于靠近U型缺口底部一侧，工具7入库完成时，第二接近工具710靠近或正对入库接近开关707而触发入库接近开关707发出入库完成信号；工具7出库完成时，第一接近工具704靠近或正对出库接近开关701而触发出库接近开关701发出出库完成信号。

例如，执行工具入库，即放工具动作时：机器人携带末端工具7至快换工具库处，发送指令，工具库接收到机器人的指令后，气缸303伸出，控制防尘罩4开启，待完全开启后，第一磁性开关307检测到信号，并将此信号反馈给机器人，机器人接收到防尘罩4完全开启的信号后，携带末端工具至相应工具库位处，慢速移动，使工具7进入工具放置位5，随着工具7的进入带动着半月板706转动，入库接近开关707检测到第二接近工具710的靠近信号，并将此信号反馈至机器人，机器人接收到工具7的到位信号后，控制快换盘松开，后向上运动，与工具7分离，回至安全位置，发送指令给工具库关闭防尘罩4，放工具动作完成。

执行工具出库，即取工具动作时：机器人自安全位置运行至接近工具库处，发送指令给工具库，开启防尘罩4，待防尘罩4完全开启后，第一磁性开关307检测到信号并反馈给机器人，机器人运行至相应工具放置位5的上方，缓慢向下运动，待抓取好工具7后，机器人携工具7沿工具放置位5向外侧平动，同时带动半月板706转动，出库接近开关701检测到第一接近工具704的接近信号后反馈给机器人，机器人发送指令给工具库关闭防尘罩4，机器人携末端工具7回至安全位置，则取工具动作完成。

实施例2

如图5所示，与实施例1类似，其区别之处在于，所述月牙形板706下部两侧设有第一凸起9和第二凸起10，第一凸起设于远离U型缺口底部一侧，第二凸起设于靠近U型缺口底部一侧。

所述月牙形板706所在一侧的工具放置位5上设有以转轴705为圆心的第一弧形槽11和第二弧形槽12；第一弧形槽11设于远离U型缺口底部一侧，第二弧形槽12设于靠近U型缺口底部一侧；第一弧形槽11与第一凸起相适配，第二弧形槽12与第二凸起相适配；

所述第一弧形槽11远离工具放置位5一侧底部设有第一传感器13，第二弧形槽12远离工具放置位5一侧底部设有第二传感器14。第一传感器和第二传感器可选择压敏传感器、光电传感器等。

所述工具7入库时，月牙形板706旋转，第二凸起10进入第二弧形槽12并向第二弧形槽的底部滑动，工具7入库完成时，第二凸起滑至第二弧形槽的底部，触发第二传感14器发出入库完成信号；工具7出库时，月牙形板706旋转，第一凸起进入第一弧形槽并向第一弧形槽的底部滑动，工具7出库完成时，第一凸起滑至第一弧形槽的底部，触发第一传感器13发出出库完成信号。

相对于实施例1来讲，由于实施例1的接近开关对于接近精度有较高要求，一旦工具7移动过快，有可能导致工具7入库或出库完成后，月牙形板706在较大的惯性作用下仍继续转动一定角度后才停止，从而使月牙形板706最终难以停在正确的位置，此时难以保证接近开关能够检测到靠近信号，因此工具7只能慢速移动；本实施例的优点在于，只采用两个传感器，结构更为简单，并且由于第一弧形槽和第二弧形槽所起到的限位作用，即便工具7快速移动，月牙形板706的最终停靠位置也较为确定（实际上当工具7移动速度过快，月牙形板706转速较大时碰到弧形槽的底部还可能发生反弹，此时可通过在第一弧形槽和第二弧形槽的底部设置缓冲垫来解决）,因此，本实施例可允许工具7快速移动。

实施例3

如图6所示，与实施例1类似，其区别之处在于，所述月牙形板706所在一侧的工具放置位5上设有以转轴705为圆心的第三弧形槽15，第三弧形槽15中部设有开关16，通过开关处于打开或关闭状态来判断工具7处于出库或入库状态，第一凸起9和第二凸起10设于第三弧形槽15中，开关16设于第一凸起9和第二凸起10之间。

所述工具7入库时，月牙形板706旋转，第二凸起向开关靠近，工具7入库完成时，第二凸起与开关接触，迫使开关16改变状态并发出入库完成信号；工具7出库时，月牙形板706旋转，第一凸起向开关16靠近，工具7出库完成时，第一凸起与开关接触，迫使开关16改变状态并发出出库完成信号。

采用开关来判断工具7处于出库或入库状态，不仅成本低（采用简单的单控开关即可满足要求），结构更加简化，并且可靠性和稳定性均较好。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种机器人快换工具库，其特征在于，包括箱体（1），箱体（1）上部设有工具安装台面，工具安装台面上加工有若干工具放置位（5）；每个工具放置位（5）内各放有一件工具（7）；

所述工具放置位（5）为一个口大底小的U型缺口，U型缺口的一侧边缘设有月牙形板（706），月牙形板（706）的一侧边缘为凹面，月牙形板（706）的凹面朝向工具放置位（5），月牙形板（706）具有转轴（705），转轴（705）下端安装于工具安装台面上；

所述工具（7）的滑入工具放置位（5）时，工具（7）的上端边缘贴月牙形板（706）的凹面由外向内滑动，迫使月牙形板（706）旋转，月牙形板（706）的远离U型缺口底部一端向U型缺口靠近；工具（7）的滑出工具放置位（5）时，工具（7）的上端边缘贴月牙形板（706）的凹面由内向外滑动，迫使月牙形板（706）旋转，月牙形板（706）的靠近U型缺口底部一端向U型缺口靠近；

所述工具放置位（5）或月牙形板（706）上设有用于感知月牙形板（706）的位置变化，从而判断工具（7）处于入库状态还是出库状态的检测组件。

2.根据权利要求1所述的机器人快换工具库，其特征在于，所述箱体（1）上设有气缸组件（3）和防尘罩（4），防尘罩（4）可开合的设于箱体（1）上部，防尘罩（4）和箱体（1）通过铰链（6）铰接，气缸组件（3）一端连接于箱体1上，另一端连接于防尘罩（4）上，通过气缸组件（3）实现防尘罩（4）开合的自动化控制；防尘罩（4）处于闭合状态时，覆盖于工具安装台面之上形成保护。

3.根据权利要求2所述的机器人快换工具库，其特征在于，所述气缸组件（3）包含气缸座（301）、后铰固定座（302）、气缸（303）、鱼眼接头（304）、转轴（305）和卡簧（306），气缸座（301）通过螺栓固定连接于箱体（1）上，气缸座（301）上安装有后铰固定座（302），气缸（303）的下端与后铰固定座（302）连接，鱼眼接头（304）与气缸（303）的活动端连接，转轴（305）安装于鱼眼接头（304）孔中，并通过卡簧（306）限位。

4.根据权利要求3所述的机器人快换工具库，其特征在于，还包括第一磁性开关（307）和第二磁性开关（308），第一磁性开关（307）和第二磁性开关（308）分别安装于气缸（303）上、下两端的侧部；第一磁性开关（307）用于监测气缸（303）伸出到位，并将信号反馈给PLC工控系统，第二磁性开关（308）用于监测气缸（303）缩回到位，并将信号反馈给PLC工控系统。

5.根据权利要求1所述的机器人快换工具库，其特征在于，所述检测组件包括出库接近开关（701）、入库接近开关（707）以及第一接近工具（704）、第二接近工具（710）；出库接近开关（701）、入库接近开关（707）分别通过第一支架（702）、第三支架（708）固定工具安装台面上，第一接近工具（704）、第二接近工具（710）分别通过第二支架（703）、第四支架（709）设于月牙形板（706）上，出库接近开关（701）、第一接近工具（704）设于远离U型缺口底部一侧，入库接近开关（707）、第二接近工具（710）设于靠近U型缺口底部一侧，工具（7）入库完成时，第二接近工具（710）靠近或正对入库接近开关（707）而触发入库接近开关（707）发出入库完成信号；工具（7）出库完成时，第一接近工具（704）靠近或正对出库接近开关（701）而触发出库接近开关（701）发出出库完成信号。

6.根据权利要求1所述的机器人快换工具库，其特征在于，所述月牙形板（706）下部两侧设有第一凸起（9）和第二凸起（10），第一凸起设于远离U型缺口底部一侧，第二凸起设于靠近U型缺口底部一侧。

7.根据权利要求6所述的机器人快换工具库，其特征在于，所述月牙形板（706）所在一侧的工具放置位（5）上设有以转轴（705）为圆心的第一弧形槽(11)和第二弧形槽(12)；第一弧形槽(11)设于远离U型缺口底部一侧，第二弧形槽(12)设于靠近U型缺口底部一侧；第一弧形槽(11)与第一凸起相适配，第二弧形槽(12)与第二凸起相适配；

所述第一弧形槽(11)远离工具放置位（5）一侧底部设有第一传感器(13)，第二弧形槽(12)远离工具放置位（5）一侧底部设有第二传感器(14)。

8.根据权利要求7所述的机器人快换工具库，其特征在于，所述工具（7）入库时，月牙形板（706）旋转，第二凸起（10）进入第二弧形槽(12)并向第二弧形槽的底部滑动，工具（7）入库完成时，第二凸起滑至第二弧形槽的底部，触发第二传感(14)器发出入库完成信号；工具（7）出库时，月牙形板（706）旋转，第一凸起进入第一弧形槽并向第一弧形槽的底部滑动，工具（7）出库完成时，第一凸起滑至第一弧形槽的底部，触发第一传感器(13)发出出库完成信号。

9.根据权利要求6所述的机器人快换工具库，其特征在于，所述月牙形板（706）所在一侧的工具放置位（5）上设有以转轴（705）为圆心的第三弧形槽(15)，第三弧形槽(15)中部设有开关(16)，通过开关处于打开或关闭状态来判断工具（7）处于出库或入库状态，第一凸起（9）和第二凸起（10）设于第三弧形槽(15)中，开关(16)设于第一凸起（9）和第二凸起（10）之间。

10.根据权利要求9所述的机器人快换工具库，其特征在于，所述工具（7）入库时，月牙形板（706）旋转，第二凸起向开关靠近，工具（7）入库完成时，第二凸起与开关接触，迫使开关(16)改变状态并发出入库完成信号；工具（7）出库时，月牙形板（706）旋转，第一凸起向开关(16)靠近，工具（7）出库完成时，第一凸起与开关接触，迫使开关(16)改变状态并发出出库完成信号。

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