CN117400285A - 一种机械臂末端手车操控执行机构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械臂末端手车操控执行机构及其使用方法，属于机械臂装置技术领域，所述机械臂末端手车操控执行机构包括旋拧机构和解锁机构；旋拧机构包括导向轴、弹性件、端盖和滑套；解锁机构包括套筒压盖和弹簧护套。本发明的一种机械臂末端手车操控执行机构整体结构紧凑，重量轻，结构简单，易于装卸，可安装于机械臂末端实现对变电站中置柜手车的操控，确保在冲击较小的情况下其套筒上的梅花形孔充分和手车上的转轴末端接触，操作可靠性高。

Description

一种机械臂末端手车操控执行机构及其使用方法

技术领域

本发明涉及机械臂装置技术领域，尤其涉及一种机械臂末端手车操控执行机构及其使用方法。

背景技术

工业机器人是广泛应用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。工业机器人被广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中。

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，其中的中置柜（即金属铠装中置开关机械设备）属于高压配电设备，用于接收和配置互联网电磁能，操作和维护电力工程电源电路、监控和准确测量电力电路。中置柜常用于发电站、变电站和工矿企业事业单位等。中置柜一般为手车式，通过操纵中置柜上的手车运动来实现对开关的控制。

由于中置柜属于高压配电设备，为避免工作人员在从事电气工作时，发生触电等事故，必须使用的具备绝缘功能的安全器具来进行操作。其中安全器具分为基本安全用具和辅助安全用具。基本安全用具是绝缘强度能长时间承受电气设备工作电压的作用的安全用具，其可以直接操作电压电气设备，如绝缘操作杆、绝缘夹钳等。辅助安全用具为绝缘强度不能长时间承受电气设备工作电压的作用的安全用具，即起加强基本安全用具的保安作用，如绝缘手套、绝缘靴、绝缘鞋等。但由于中置柜手车操作过程中需要对转轴旋拧多次，无论是使用基本安全用具还是佩戴辅助安全用具，对中置柜手车进行操作时，都会费时费力，而且容易发生触电等危险。

随着工业机器人技术的成熟，其应用领域越来越多，但目前还没有工业机器人可以用于控制中置柜手车。而对于变电站广泛使用的中置柜手车，设计符合要求的机械臂末端执行机构来执行操控手车的任务不仅可以提高工作效率，也可以保证相关从业人员的安全。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种机械臂末端手车操控执行机构及其使用方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种机械臂末端手车操控执行机构，所述机械臂末端手车操控执行机构包括旋拧机构和解锁机构；

旋拧机构包括导向轴、弹性件、端盖和滑套；

导向轴上同轴线套设有弹性件、端盖和滑套，弹性件一端与导向轴一端固定连接，弹性件另一端与端盖一端固定连接；通过将弹性件安装在导向轴和端盖之间，可以保证弹性件伸缩运动时的精度和运动的稳定性；

端盖为截面略大于导向轴截面的中空凸台结构，端盖另一端连接有一滑套，滑套为截面略大于导向轴截面的中空凸台结构；

滑套上远离端盖的一端固定连接有套筒；

解锁机构包括套筒压盖和弹簧护套；弹簧护套一端与导向轴上和弹性件固定连接的一端固定连接，且弹簧护套套设于弹性件、端盖和滑套外侧；

弹簧护套另一端与套筒压盖连接，便于拆卸，同时套筒压盖套设有套筒外侧；手车的转轴末端同轴线设有弹簧锁紧机构，需要按压解锁，在使用过程中，套筒压盖末端（即套筒压盖远离弹簧护套的一端）接触转轴末端的弹簧锁紧机构，套筒的梅花形孔与转轴对准，由于套筒压盖固定，套筒可伸缩运动，整个机械臂末端手车操控执行机构继续向手车方向运动，套筒压盖按压弹簧锁紧机构对其进行解锁。

进一步的，套筒远离滑套的一端（即套筒末端）设有梅花形孔，中置柜的手车的轴头为截面是正方形的转轴，套筒上的梅花形孔一般设为八边形孔，在套筒上的梅花形孔与手车的转轴对准过程中，能够有效提高对准效率，同时，梅花形孔在与转轴对准过程中，结合导向轴上安装的刚度较小的弹性件的缓冲作用，不仅可以减小转轴末端与套筒末端的梅花形孔连接过程中冲击力，使两者易于接合，也可以保证套筒末端与转轴末端充分接触；

套筒压盖对弹簧锁紧机构解锁后，随着机械臂末端手车操控执行机构转动，套筒的梅花形孔与转轴末端逐渐结合在一起，转轴嵌入套筒的梅花形孔。

进一步的，滑套与导向轴之间设有凹槽，凹槽内设有滚珠，在使用过程中依靠滚珠实现在按压过程中的平稳的轴向移动和旋拧过程中的力矩传递。

进一步的，滑套和套筒之间还装有压盖，压盖为中空结构，同样套设于导向轴，并被滑套和套筒固定夹设于两者之间，压盖远离套筒的一端与滚珠接触，防止滚珠滚出。

进一步的，机械臂末端手车操控执行机构还包括连接机构，连接机构与导向轴连接。

进一步的，连接机构包括与机械臂连接的旋转轴和单膜片联轴器；

旋转轴通过单膜片联轴器与导向轴实现夹紧连接，单膜片联轴器靠其自身膜片的弹性变形来补偿所连两轴的相对位移，是一种高性能的金属强元件挠性联轴器，可以保证在机械臂驱动电机轴线与手车转轴轴线在转动过程中存在相对位置变化时，也能正常传递转矩，使手车的转轴平稳转动。

进一步的，旋转轴和单膜片联轴器之间通过平键进行连接，以保证力矩传递。

进一步的，弹簧护套上还设有限位部，在使用前限位部与滑套接触，用于限制滑套移动位置，防止使用完成后弹性件力度过大，套筒弹出套筒压盖。

进一步的，端盖与滑套之间通过螺纹连接；

滑套和套筒之间通过螺钉连接；

弹簧护套与导向轴之间通过螺钉连接；

弹簧护套与套筒压盖之间通过螺纹连接。

一种机械臂末端手车操控执行机构的使用方法，所述使用方法具体如下：

机械臂与所述机械臂末端手车操控执行机构上的旋转轴连接，通过机械臂上的摄像头通过采集图像进行定位，确定手车的转轴和机械臂末端手车操控执行机构的相对坐标（X、Y、Z三轴），并计算出机械臂末端手车操控执行机构向转轴方向移动的运动轨迹（即运动距离），利用常规的后台控制程序控制机械臂末端手车操控执行机构运行至转轴位置，控制机械臂末端手车操控执行机构上的套筒压盖接触转轴的弹簧锁紧机构，并控制套筒的梅花形孔与转轴对准，由于套筒压盖固定，套筒可伸缩运动，整个机械臂末端手车操控执行机构继续向手车方向运动，套筒压盖按压弹簧锁紧机构对其进行解锁，转轴末端与梅花形孔接触并通过按压套筒（即按压套筒的梅花形孔末端）进而压缩弹性件（此时套筒相对于套筒压盖向远离手车的方向移动），弹性件压缩到一定程度时，此时控制机械臂末端手车操控执行机构整体进行旋转，伴随机械臂末端手车操控执行机构的旋转套筒的梅花形孔一并旋转，此时转轴未发生转动，当梅花形孔转动一定角度后，梅花形孔与转轴对准，弹性件瞬间将套筒弹出（即弹性件使套筒向转轴方向移动），此时转轴嵌入套筒的梅花形孔内，实现套筒与转轴的充分对接，继续控制机械臂末端手车操控执行机构整体进行旋转，带动转轴转动，实现对手车上的转轴的旋拧，经旋拧多圈达到手车开关所需调整的状态后，机械臂驱动机械臂末端手车操控执行机构停止旋转，再带动整个机械臂末端手车操控执行机构向远离手车的方向移动，套筒逐渐与转轴分离，套筒压盖与弹簧锁紧机构分离，手车的转轴的弹簧锁紧机构自动锁紧，此时，手车的开关调整动作完成。

本发明的一种机械臂末端手车操控执行机构及其使用方法的有益效果为：

本发明的一种机械臂末端手车操控执行机构能够操控手车，提高工作效率，省时省力，确保相关从业人员的安全，而且能够避免发生触电等危险；

本发明的一种机械臂末端手车操控执行机构整体结构紧凑，重量轻，结构简单，易于装卸，可安装于机械臂末端实现对变电站中置柜手车的操控，确保在冲击较小的情况下其套筒上的梅花形孔充分和手车上的转轴末端接触，操作可靠性高；

本发明的一种机械臂末端手车操控执行机构通过将弹性件安装在导向轴和端盖之间，可以保证弹性件伸缩运动时的精度和运动的稳定性；

本发明的一种机械臂末端手车操控执行机构通过将套筒一端设为梅花形孔，与截面是正方形的转轴配合，能够有效提高梅花形孔与转轴对准过程中的对准效率；同时，梅花形孔在与转轴对准过程中，结合导向轴上安装的刚度较小的弹性件的缓冲作用，不仅可以减小转轴与梅花形孔连接过程中冲击力，使两者易于接合，也可以保证套筒末端与转轴末端充分接触；

本发明的一种机械臂末端手车操控执行机构通过滑套与导向轴之间设有滚珠，在使用过程中依靠滚珠实现在按压过程中的平稳的轴向移动和旋拧过程中的力矩传递；

本发明的一种机械臂末端手车操控执行机构通过单膜片联轴器连接旋转轴与导向轴，单膜片联轴器靠其自身膜片的弹性变形来补偿所连两轴的相对位移，是一种高性能的金属强元件挠性联轴器，可以保证在机械臂驱动电机轴线与手车转轴轴线在转动过程中存在相对位置变化时，也能正常传递转矩，使手车的转轴平稳转动；

本发明的一种机械臂末端手车操控执行机构通过在旋转轴和单膜片联轴器之间设置平键，保证旋转轴和导向轴连接，以保证力矩传递；

本发明的一种机械臂末端手车操控执行机构通过弹簧护套上还设有限位部，在使用前限位部与滑套接触，用于限制滑套移动位置，防止使用完成后弹性件力度过大，套筒弹出套筒压盖。

附图说明

图1是本发明实施例中一种机械臂末端手车操控执行机构的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种机械臂末端手车操控执行机构的结构主视图；

图3是图2中A-A向的结构剖视图；

图4是本发明实施例中一种机械臂末端手车操控执行机构的一种工作状态图；

图5是本发明实施例中一种机械臂末端手车操控执行机构的另一种工作状态图；

其中：1、旋拧机构；11、导向轴；12、弹性件；13、端盖；14、滚珠；15、滑套；16、套筒；17、压盖；2、解锁机构；21、套筒压盖；22、弹簧护套；221、限位部；3、连接机构；31、旋转轴；32、单膜片联轴器；33、平键；4、手车；41、转轴；42、弹簧锁紧机构。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1 一种机械臂末端手车操控执行机构及其使用方法

本实施例为机械臂末端手车操控执行机构，如图1至图3所示，包括旋拧机构1、解锁机构2和连接机构3；

其中，旋拧机构1包括导向轴11、弹性件12（一般为保证可以弹出且刚度较小的弹簧）、端盖13、滚珠14、滑套15和套筒16；

导向轴11分两段，导向轴11远离套筒16的一段（即为下半段）中心设有一同轴线的中心孔，另一段（即为上半段）同轴线套设有弹性件12、端盖13和滑套15；导向轴11上半段的截面积小于下半段的截面积。

弹性件12一端与导向轴11一端（导向轴11下半段靠近套筒16的一端）固定连接，弹性件12另一端与端盖13一端固定连接；通过将弹性件12安装在导向轴11和端盖13之间，可以保证弹性件12伸缩运动时的精度和运动的稳定性。

端盖13为截面略大于导向轴11上半段截面的中空凸台结构，端盖13另一端螺纹连接有一滑套15，滑套15为截面略大于导向轴11上半段截面的中空凸台结构，且滑套15与导向轴11之间设有凹槽，凹槽内设有滚珠14，在使用过程中依靠滚珠14实现在按压过程中的平稳的轴向移动和旋拧过程中的力矩传递。滑套15上远离端盖13的一端固定连接有套筒16，本实施例中滑套15和套筒16之间通过螺钉连接，滑套15和套筒16之间还装有压盖17，压盖17为中空结构，同样套设于导向轴11，并被滑套15和套筒16固定夹设于两者之间，压盖17远离套筒16的一端与滚珠14接触，防止滚珠14滚出。

套筒16远离滑套15的一端（即套筒16末端）设有梅花形孔，中置柜的手车4的轴头为截面是正方形的转轴41，套筒16上的梅花形孔一般设为八边形孔，在套筒16上的梅花形孔与中置柜的手车4的转轴41对准过程中，能够有效提高对准效率。同时，梅花形孔在与转轴41对准过程中，结合导向轴11上安装的刚度较小的弹性件12的缓冲作用，不仅可以减小转轴41末端与套筒16末端的梅花形孔连接过程中冲击力，使两者易于接合，也可以保证套筒16末端与转轴41末端充分接触。

解锁机构2包括套筒压盖21和弹簧护套22；弹簧护套22一端与导向轴11上和弹性件12固定连接的一端通过螺钉固定连接，且弹簧护套22套设于弹性件12、端盖13和滑套15外侧；弹簧护套22上还设有限位部221，在使用前限位部221与滑套15接触，用于限制滑套15移动位置，防止使用完成后弹性件12力度过大，套筒16弹出套筒压盖21。

弹簧护套22另一端与套筒压盖21螺纹连接，便于拆卸，同时套筒压盖21套设有套筒16外侧；手车4的转轴41末端同轴线设有弹簧锁紧机构42，需要按压解锁，在使用过程中，套筒压盖21末端（即套筒压盖21远离弹簧护套22的一端）接触转轴41末端的弹簧锁紧机构42，套筒16的梅花形孔与转轴41对准，由于套筒压盖21固定，套筒16可伸缩运动，整个机械臂末端手车操控执行机构继续向手车4方向运动，套筒压盖21按压弹簧锁紧机构42对其进行解锁，然后随着机械臂末端手车操控执行机构转动，套筒16的梅花形孔与转轴41末端逐渐结合在一起，转轴41嵌入套筒16的梅花形孔。

连接机构3包括与机械臂连接的旋转轴31、单膜片联轴器32和平键33。旋转轴31中心设有一与导向轴11下半段的中心孔同轴线且截面积相同的开孔，旋转轴31上的开孔与导向轴11上的中心孔通过单膜片联轴器32连通。

旋转轴31通过单膜片联轴器32与导向轴11实现夹紧连接，单膜片联轴器32靠其自身膜片的弹性变形来补偿所连两轴的相对位移，是一种高性能的金属强元件挠性联轴器，可以保证在机械臂驱动电机轴线与手车4的转轴41轴线在转动过程中存在相对位置变化时，也能正常传递转矩，使手车4的转轴41平稳转动。另外，旋转轴31和单膜片联轴器32之间通过平键33进行连接，从而保证旋转轴31和导向轴11连接，以保证力矩传递。

同时，与机械臂末端手车操控执行机构连接的机械臂上还设有摄像头（图中未标出机械臂以及机械臂上的驱动电机或摄像头），用于对机械臂末端手车操控执行机构和手车4的转轴41进行定位。

具体使用方法如下：

机械臂与机械臂末端手车操控执行机构上的旋转轴31连接，通过机械臂上的摄像头通过采集图像进行定位，确定手车4的转轴41和机械臂末端手车操控执行机构的相对坐标（X、Y、Z三轴），并计算出机械臂末端手车操控执行机构向转轴41方向移动的运动轨迹（即运动距离），利用常规的后台控制程序控制机械臂末端手车操控执行机构运行至转轴41位置，机械臂末端手车操控执行机构上的套筒压盖21末端接触转轴41末端的弹簧锁紧机构42，并控制套筒16的梅花形孔与转轴41对准，由于套筒压盖21固定，套筒16可伸缩运动，整个机械臂末端手车操控执行机构继续向手车4方向运动，套筒压盖21按压弹簧锁紧机构42对其进行解锁，转轴41末端与梅花形孔接触并通过按压套筒16（即按压套筒16的梅花形孔末端）进而压缩弹性件12（此时套筒16相对于套筒压盖21向远离手车4的方向移动），弹性件12压缩到一定程度时（如图4所示，此时弹性件12压缩到一定程度，转轴41未嵌入套筒16的梅花形孔），此时控制机械臂末端手车操控执行机构整体进行旋转，伴随机械臂末端手车操控执行机构的旋转套筒16的梅花形孔一并旋转，此时转轴41未发生转动，当梅花形孔转动一定角度后，梅花形孔与转轴41对准，弹性件12瞬间将套筒16弹出（即弹性件12使套筒16向转轴41方向移动），此时转轴41嵌入套筒16的梅花形孔，内，实现套筒16与转轴41的充分对接，如图5所示。继续控制机械臂末端手车操控执行机构整体进行旋转，带动转轴41转动，实现对手车4上的转轴41的旋拧，经旋拧多圈达到中置柜的手车4开关所需调整的状态后，机械臂驱动机械臂末端手车操控执行机构停止旋转，再带动整个机械臂末端手车操控执行机构向远离中置柜的手车4的方向移动，套筒16末端逐渐与手车4上的转轴41末端分离，套筒压盖21与转轴41的弹簧锁紧机构42分离，手车4的转轴41的弹簧锁紧机构42自动锁紧，此时，中置柜的手车4的开关调整动作完成。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种机械臂末端手车操控执行机构，其特征在于，所述机械臂末端手车操控执行机构包括旋拧机构和解锁机构；

旋拧机构包括导向轴、弹性件、端盖和滑套；

导向轴上同轴线套设有弹性件、端盖和滑套，弹性件一端与导向轴一端固定连接，弹性件另一端与端盖一端固定连接；

端盖为截面略大于导向轴截面的中空凸台结构，端盖另一端连接有一滑套，滑套为截面略大于导向轴截面的中空凸台结构；

滑套上远离端盖的一端固定连接有套筒；

解锁机构包括套筒压盖和弹簧护套；弹簧护套一端与导向轴上和弹性件固定连接的一端固定连接，且弹簧护套套设于弹性件、端盖和滑套外侧；

弹簧护套另一端与套筒压盖连接，同时套筒压盖套设有套筒外侧。

2.根据权利要求1所述的一种机械臂末端手车操控执行机构，其特征在于，

套筒远离滑套的一端设有梅花形孔。

3.根据权利要求1或2所述的一种机械臂末端手车操控执行机构，其特征在于，滑套与导向轴之间设有凹槽，凹槽内设有滚珠。

4.根据权利要求3所述的一种机械臂末端手车操控执行机构，其特征在于，滑套和套筒之间还装有压盖，压盖为中空结构，同样套设于导向轴，并被滑套和套筒固定夹设于两者之间，压盖远离套筒的一端与滚珠接触。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种机械臂末端手车操控执行机构，其特征在于，机械臂末端手车操控执行机构还包括连接机构，连接机构与导向轴连接。

6.根据权利要求1、2或4所述的一种机械臂末端手车操控执行机构，其特征在于，连接机构包括与机械臂连接的旋转轴和单膜片联轴器；

旋转轴通过单膜片联轴器与导向轴连接。

7.根据权利要求6所述的一种机械臂末端手车操控执行机构，其特征在于，旋转轴和单膜片联轴器之间通过平键进行连接。

8.根据权利要求1、2、4或7所述的一种机械臂末端手车操控执行机构，其特征在于，弹簧护套上还设有限位部。

9.根据权利要求1、2、4或7所述的一种机械臂末端手车操控执行机构，其特征在于，端盖与滑套之间通过螺纹连接；

滑套和套筒之间通过螺钉连接；

弹簧护套与导向轴之间通过螺钉连接；

弹簧护套与套筒压盖之间通过螺纹连接。

10.一种机械臂末端手车操控执行机构的使用方法，其特征在于，所述使用方法具体如下：

机械臂与所述机械臂末端手车操控执行机构上的旋转轴连接，通过机械臂上的摄像头通过采集图像进行定位，确定手车的转轴和机械臂末端手车操控执行机构的相对坐标，并计算出机械臂末端手车操控执行机构向转轴方向移动的运动轨迹，利用后台控制程序控制机械臂末端手车操控执行机构运行至转轴位置，控制机械臂末端手车操控执行机构上的套筒压盖接触转轴的弹簧锁紧机构，并控制套筒的梅花形孔与转轴对准，整个机械臂末端手车操控执行机构继续向手车方向运动，套筒压盖按压弹簧锁紧机构对其进行解锁，转轴末端与梅花形孔接触并通过按压套筒进而压缩弹性件，弹性件压缩到一定程度时，此时控制机械臂末端手车操控执行机构整体进行旋转，伴随机械臂末端手车操控执行机构的旋转套筒的梅花形孔一并旋转，此时转轴未发生转动，当梅花形孔转动一定角度后，梅花形孔与转轴对准，弹性件将套筒弹出，此时转轴嵌入套筒的梅花形孔内，实现套筒与转轴的充分对接，继续控制机械臂末端手车操控执行机构整体进行旋转，带动转轴转动，实现对手车上的转轴的旋拧，经旋拧多圈达到手车开关所需调整的状态后，机械臂驱动机械臂末端手车操控执行机构停止旋转，再带动整个机械臂末端手车操控执行机构向远离手车的方向移动，套筒逐渐与转轴分离，套筒压盖与弹簧锁紧机构分离，手车的转轴的弹簧锁紧机构自动锁紧，此时，手车的开关调整动作完成。