CN208451627U - 一种机械手及机械手的工具连结装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种机械手及机械手的工具连结装置，能够解决现有技术中机器人的主板与工具板之间连结不可靠的问题。机械手的工具连结装置包括用于与机械手连接的上主体和用于与工具连接的下主体，上主体中设有沿上主体的径向运动的锁止球，还设有沿上下方向活动设置以推动所述锁止球朝向上主体的径向外侧运动的凸轮部件，所述凸轮部件上设有用于朝向锁止方向运动以压紧锁止球的倾斜锁止面，所述下主体上设有用于与锁止球上下挡止配合的锁止部，所述凸轮部件上还设有倾斜设置的防脱面，在凸轮部件的锁止方向上，所述防脱面位于倾斜锁止面的前侧，所述防脱面靠近倾斜锁止面的一端在凸轮部件的径向上位于防脱面远离倾斜锁止面一端的内侧。

Description

一种机械手及机械手的工具连结装置

技术领域

本实用新型涉及一种机械手及机械手的工具连结装置。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人在工业生产中也得到了越来越广泛的运用，技术人员在机器人上装配有各种工具，能够替代人类完成各种工作。在现有技术中，需要对机器人装配的工具更换时，一般是将机器人停机，采取人工手动的方式来更换所需的工具，在更换完成后，还需要对更换过工具的机器人进行人工校核，降低了工作效率，并且校核的精度差，不符合市场对机器人的高效、精准的要求。

为了使机器人在更换工具时更加高效、精准，公开号为CN1953849A，公开日为2007年4月25日的专利文件公开了一种能够实现这种技术要求的机械手连结装置，该机械手连结装置包括两部分，第一部分是用于与机器人或机械手连接的以作为上主体的主板，第二部分是用来承载安装工具的以作为下主体的工具板，在主板与工具板之间能够实现主板与工具板快速连结及解除。主板和工具板都为盘状，在主板内设置有受到压力介质推动而沿主板的轴向动作的活塞，在活塞靠近工具板的一端连接有凸轮部件，凸轮部件的外周面上设置有倾斜的斜面，对应地在主板上开设有供凸轮部件通过的通道，通道的侧壁上开设有容纳槽，容纳槽内活动设置有在凸轮部件运动过程中与凸轮部件上的斜面挡止配合的球形部件，球形部件形成了实现主板与工具板锁止的锁止球。当凸轮部件受到活塞顶推而向下移动时，凸轮部件上的斜面与容纳槽内的球形部件接触，球形部件受到凸轮部件的斜面的顶推而向外扩张运动，球形部件在向外运动后与对应设置在工具板上的锁止部挡止配合，工具板上的锁止部设置在球形部件的斜上方，球形部件将主板及工具板的相对位置进行了锁定，实现主板与工具板的快速连结，当活塞带动凸轮部件退出时，球形部件不再受到凸轮部件的压力，从而实现主板与工具板的快速解除。

如图1所示，为该机械手连结装置中凸轮部件1的部分结构示意图，在凸轮部件11上设有用于与球形部件配合的斜面包括沿着从上到下方向布置的、位于凸轮部件1的顶端的第一倾斜部11，在第一倾斜部11下方与第一倾斜部11连续的笔直部12，在笔直部12下方与笔直部12连续的第二倾斜部13，斜面是由第一倾斜部11、笔直部12和第二倾斜部13组合形成的。在第一倾斜部11与笔直部12的连接处，设置有与球形部件的外周面适配的上弧面，在笔直部12与第二倾斜部13的连接处，设置有与球形部件的外周面适配的下弧面，上弧面与下弧面能够与球形部件更加吻合，使凸轮部件1与球形部件的配合程度更高。另外，第一倾斜部11的倾斜角度θ1要小于第二倾斜部13的倾斜角度θ2，以提高第二倾斜部13所起到的楔子作用。

需要对主板与工具板锁定时，驱动凸轮部件沿着锁止方向运动，球形部件一侧受到凸轮部件的顶推，而另一侧受到了在工具板上的锁止部的作用，工具板会通过锁止部作用给球形部件一个带动球形部件向凸轮部件运动的作用力，而位于凸轮部件的锁止方向的最末端的第一倾斜部成为了与球形部件配合的倾斜锁止面，球形部件被夹在第一倾斜部与凸轮部件之间，实现主板与工具板的锁止。但是其中存在的问题是：

1、在工具板与主板锁止后，机械手启动时会通过主板带动工具板向上运动，此时工具板及凸轮部件都会因为惯性的因素而保持原来的运动状态，使球形部件朝向与第一倾斜部脱离配合的方向运动，即朝向凸轮部件的笔直部运动，在机械手启动力较大，主板与工具板之间冲击较为强烈时，会使球形部件直接越过凸轮部件上的笔直部，使笔直部无法与球形部件配合来对主板和工具板进行锁定，笔直部上也没有存在对球形部件在冲击力的作用下的运动进行阻挡的结构，从而会使球形部件与凸轮部件脱离接触，使主板与工具板在机械手尚未工作时就脱开。

2、因为活塞是一直受到气压而保证凸轮部件对球形部件进行顶推的，一旦活塞上方的气压减小，活塞提供给凸轮部件的压力不足以与工具板对球形部件的径向作用力平衡，球形部件会由与第一倾斜面的接触位置退回到与凸轮部件的笔直部接触，如果说活塞上方气压突然减小，在工具板与主板之间的冲击力较大时，会使球形部件直接越过笔直部，球形部件与凸轮部件脱离接触，使主板与工具板在机械手工作时脱开。

3、在机械手工作时，存在上升下降的动作，当工具板因为惯性不随主板升降时会在主板与工具板之间产生冲击，当这个冲击力较大时使球形部件与凸轮部件上的第一倾斜部脱离接触，并使球形部件直接越过凸轮部件的笔直部而与凸轮部件脱离接触，使主板与工具板在工作的过程中脱开。

综合上述的问题来看，现有技术中的凸轮部件会在冲击力较大时与球形部件脱离配合，使球形部件与凸轮部件的配合失效，主板与工具板之间不再连结而会直接脱开，导致生产事故，由此看出，现有技术中的凸轮部件会导致主板与工具板之间存在着连结关系不可靠、稳定性差的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种机械手的工具连结装置，能够解决现有技术中机械手的主板与工具板之间连结不可靠的问题；本实用新型同时的目的在于提供一种使用该工具连结装置的机械手，能够提高机械手在工作时的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型中的机械手的工具连结装置采用如下技术方案：

机械手的工具连结装置，包括用于与机械手连接的上主体和用于与工具连接的下主体，上主体中设有沿上主体的径向运动的锁止球，还设有沿上下方向活动设置以推动所述锁止球朝向上主体的径向外侧运动的凸轮部件，所述凸轮部件上设有用于朝向锁止方向运动以压紧锁止球的倾斜锁止面，所述下主体上设有用于与锁止球上下挡止配合的锁止部，所述凸轮部件上还设有倾斜设置的防脱面，在凸轮部件的锁止方向上，所述防脱面位于倾斜锁止面的前侧，所述防脱面靠近倾斜锁止面的一端在凸轮部件的径向上位于防脱面远离倾斜锁止面一端的内侧。

其有益效果在于：位于凸轮部件外周面上的防脱面与锁止球接触时，球形部件会对防脱面产生一个垂直于防脱面的支持力，锁止球对防脱面的支持力也分成了沿竖直方向向上的竖直分力和沿水平方指向凸轮部件轴向的水平分力，由于防脱面是倾斜布置的，锁止球对防脱面的水平分力是与凸轮部件及锁止球的锁止方向相反，锁止球对防脱面产生的竖直分力会使凸轮部件向下运动，以使活塞对凸轮部件产生的压力进行补偿，整体上减少了凸轮部件所受到的带动凸轮部件向上运动的作用力，使凸轮部件不会完全缩回以至于上主体与下主体脱离配合；使凸轮部件能够承受更多的重量，也能保证上主体与下主体可靠的连结。

进一步的，所述倾斜锁止面的倾斜角度大于防脱面的倾斜角度。

进一步的，所述倾斜锁止面与防脱面之间设有弧形过渡面。

其有益效果在于：在倾斜锁止面与防脱面之间设置有弧形过渡面，能够增加锁止球与凸轮部件的接触面积，提高凸轮部件、锁止球及锁止部的锁止配合的稳定性。

进一步的，所述上主体上设有用于推动凸轮部件动作的驱动机构，所述驱动机构包括设有上进气口和下进气口的气室及活动设置在气室内的活塞，所述活塞受到从下进气口或上进气口进入到气室内气体推动以带动凸轮部件对应上下动作，所述气室内设有用于顶推活塞沿着锁止方向动作的弹性件。

其有益效果在于：使用气源来作为带动凸轮部件动作的动力，结构简单且对环境无污染，并且通过调整气压来对凸轮部件的动作进行控制，形式灵活，在气室内设置有弹性件，能够与防脱面配合进一步地保证上主体与下主体不会随意脱离配合。

进一步的，所述锁止部为设置在下主体中的环体，所述下主体上设有背向上主体的以用于支撑环体的挡止台阶。

其有益效果在于：将锁止部通过背向上主体的挡止台阶实现固定，减少了在锁止部与下主体之间传力构件的使用，使下主体的受力结构更加合理。

进一步的，所述下主体上设有沿径向排列的以用于将环体支撑在所述挡止台阶上的紧固件。

其有益效果在于：在下主体的径向设置有紧固件，紧固件能在锁止部的侧向进行支撑，进一步保证了环体的固定效果。

为实现上述目的，本实用新型中的机械手采用如下技术方案：

机械手，包括设置在机械手上的工具连结装置，所述工具连结装置包括用于与机械手连接的上主体和用于与工具连接的下主体，上主体中设有沿上主体的径向运动的锁止球，还设有沿上下方向活动设置以推动所述锁止球朝向上主体的径向外侧运动的凸轮部件，所述凸轮部件上设有用于朝向锁止方向运动以压紧锁止球的倾斜锁止面，所述下主体上设有用于与锁止球上下挡止配合的锁止部，所述凸轮部件上还设有倾斜设置的防脱面，在凸轮部件的锁止方向上，所述防脱面位于倾斜锁止面的前侧，所述防脱面靠近倾斜锁止面的一端在凸轮部件的径向上位于防脱面远离倾斜锁止面一端的内侧。

其有益效果在于：位于凸轮部件外周面上的防脱面与锁止球接触时，球形部件会对防脱面产生一个垂直于防脱面的支持力，锁止球对防脱面的支持力也分成了沿竖直方向向上的竖直分力和沿水平方指向凸轮部件轴向的水平分力，由于防脱面是倾斜布置的，锁止球对防脱面的水平分力是与凸轮部件及锁止球的锁止方向相反，锁止球对防脱面产生的竖直分力会使凸轮部件向下运动，以使活塞对凸轮部件产生的压力进行补偿，整体上减少了凸轮部件所受到的带动凸轮部件向上运动的作用力，使凸轮部件不会完全缩回以至于上主体与下主体脱离配合；使凸轮部件能够承受更多的重量，也能保证上主体与下主体可靠的连结。

进一步的，所述倾斜锁止面的倾斜角度大于防脱面的倾斜角度。

进一步的，所述倾斜锁止面与防脱面之间设有弧形过渡面。

其有益效果在于：在倾斜锁止面与防脱面之间设置有弧形过渡面，能够增加锁止球与凸轮部件的接触面积，提高凸轮部件、锁止球及锁止部的锁止配合的稳定性。

进一步的，所述上主体上设有用于推动凸轮部件动作的驱动机构，所述驱动机构包括设有上进气口和下进气口的气室及活动设置在气室内的活塞，所述活塞受到从下进气口或上进气口进入到气室内气体推动以带动凸轮部件对应上下动作，所述气室内设有用于顶推活塞沿着锁止方向动作的弹性件。

其有益效果在于：使用气源来作为带动凸轮部件动作的动力，结构简单且对环境无污染，并且通过调整气压来对凸轮部件的动作进行控制，形式灵活，在气室内设置有弹性件，能够与防脱面配合进一步地保证上主体与下主体不会随意脱离配合。

进一步的，所述锁止部为设置在下主体中的环体，所述下主体上设有背向上主体的以用于支撑环体的挡止台阶。

其有益效果在于：将锁止部通过背向上主体的挡止台阶实现固定，减少了在锁止部与下主体之间传力构件的使用，使下主体的受力结构更加合理。

进一步的，所述下主体上设有沿径向排列的以用于将环体支撑在所述挡止台阶上的紧固件。

其有益效果在于：在下主体的径向设置有紧固件，紧固件能在锁止部的侧向进行支撑，进一步保证了环体的固定效果。

附图说明

图1为背景技术中凸轮部件的部分结构示意图；

图2为本实用新型中机械手的工具连结装置在连结时的结构示意图；

图3为本实用新型中机械手的工具连结装置的凸轮部件的结构示意图；

图4为本实用新型中机械手的工具连结装置在分离时的结构示意图；

图5为本实用新型中机械手的工具连结装置的上主体的仰视图。

图中：1.凸轮部件；11.第一倾斜部；12.笔直部；13.第二倾斜部；14.防脱面；15.连接部；2.上主体；21.上进气口；22.上气室；23.下进气口；24.下气室；3.下主体；4.锁止球；5.环体；6.活塞；7.弹簧；8.套筒；81.容纳槽。

具体实施方式

现结合附图来对本实用新型中的机械手及机械手的工具连结装置的具体实施方式进行说明。

如图2至图5所示，为本实用新型中机械手的实施例：机械手包括设置在机械手上的工具连结装置，该工具连结装置由两部分组成，第一部分为与机械手固定设置的，可以随机械手一起动作的上主体2，第二部分则是与上主体2适配的用于安装供机械手使用工具的下主体3，上主体2与下主体3之间能够实现快速连结或分离，而上主体2与下主体3之间实现快速连结或分离则是依靠设置在工具连结装置中的固定机构实现的。

固定机构包括设置在上主体2中沿上主体2的径向运动的锁止球4以及沿上下方向活动设置的以用于推动所述锁止球4朝向上主体2的径向外侧运动的凸轮部件1，固定机构还包括设置在下主体3中的与锁止球4在朝向上主体2的径向外侧运动时与锁止球4实现上下挡止配合的锁止部，凸轮部件1上设有用于压紧锁止球4的倾斜锁止面和倾斜设置在倾斜锁止面在锁止方向上前侧的防脱面14，防脱面14靠近倾斜锁止面的一端在凸轮部件1的径向上位于防脱面14远离倾斜锁止面一端的内侧。

如图2所示，在本例中，锁止方向为由上至下，而凸轮上的第一倾斜部11形成了凸轮部件1中与锁止球4配合的倾斜锁止面，而与倾斜锁止面的倾斜方向相反的防脱面14位于倾斜锁止面的下方，也就是在锁止方向上倾斜锁止面的前端。凸轮部件1又包括位于凸轮部件1顶部的以用于与活塞6进行连接的连接部15，凸轮部件1通过连接部15与活塞6连接以在活塞6的带动下来顶推锁止球4，在凸轮部件1的外周面为设置有在凸轮部件1受活塞6驱动的运动行程中来与锁止球4配合的斜面，斜面包括从凸轮部件1的顶部沿从上到下的方向朝向凸轮部件1的轴向倾斜的第一倾斜部11，防脱面14沿着由凸轮部件1内侧指向凸轮部件1外侧的方向倾斜向上设置，防脱面14的靠近第一倾斜部11也就是倾斜锁止面的一端在凸轮部件1的径向方向上位于防脱面14的远离第一倾斜部11的一端的内侧，使防脱面14呈现出与倾斜锁止面倾斜方向相反的结构，在防脱面14与第一倾斜部11连接位置上滑舌之有弧形的过渡面。

斜面还包括和与防脱面14连接的但倾斜方向与防脱面14不同、与第一倾斜部11相同的第二倾斜部13。第一倾斜部11的倾斜角度要小于第二倾斜部13的倾斜角度以使第二倾斜部13的楔子作用更加地突出。其中，第一倾斜部11设置在凸轮部件1的顶部，与锁止球4的配合距离最大，而防脱面14设置在凸轮部件1的中部，第二倾斜部13设置在凸轮部件1的底部，与锁止球4的配合距离要小于第一倾斜部11。对于作为倾斜锁止面的第一倾斜部11与防脱面14来说，防脱面14的倾斜角度要小于第一倾斜部11的倾斜角度，在斜面上的第一倾斜部11、防脱面14及第二倾斜部13都是连续的环形面。

上主体2的主体为圆盘状，在上主体2的靠近下主体3的一端开设有凹腔，在凹腔内设置有气室，对应在上主体2的外周面上开设有连通气室与外界的上进气口21和下进气口23，对应地在气室内设置有活塞6，活塞6位于上进气口21与下进气口23之间，活塞6与设置有上进气口21一侧的气室围成了上气室22，对上气室22充气可以推动活塞6向下动作，而活塞6与设置有下进气口23一侧的气室围成了下气室24，对下气室24充气可以推动活塞6向上动作，技术人员可以对相应的气室进行充放气来控制活塞6及凸轮部件1的运动，形式较为灵活。在活塞6的下方连接有凸轮部件1，凸轮部件1能够随活塞6上下运动而动作。凸轮部件1的外侧设置有与运动的凸轮部件1适配的套筒8，在套筒8上与凸轮部件1对应的位置上开设有多个沿套筒8的径向设置的通孔，在通孔内设置有与凸轮部件1配合的作为球形部件的锁止球4，而通孔也形成了用于容纳锁止球4的容纳槽81，凸轮部件1在上下运动时能够对容纳槽81内的锁止球4进行顶推，而锁止球4在凸轮部件1的作用下能够向外运动。

与上主体2适配的下主体3的主体同样为圆盘状，在下主体3上与上主体2配合的一端设置有用于容纳上主体2的套筒8及套筒8内凸轮部件1的凹腔，在上主体2与下主体3连结为一体后，上主体2的套筒8及凸轮部件1直接进入到下主体3的凹腔中。在下主体3的凹腔中固定设置有与上主体2的锁止球4配合的锁止部，其具体结构为固定在凹腔的靠近上主体2一端的环体5，在下主体3上设置背向上主体2一侧的用于支撑环体5的挡止台阶，并沿下主体3的径向设置有用于对环体5的侧向进行支撑的紧固件，优选为紧定螺钉，这些紧定螺钉能够对环体5进行支撑，而不作为传力构件将环体5与下主体3进行固定。在环体5上设有能够与锁止球4的顶部接触的锁止部。在锁止球4受到凸轮部件1的顶推后，会从套筒8上的容纳槽81内向外突出，并与环体接触，环体又对锁止球4的运动进行阻挡，锁止球4同时受到凸轮部件1及环体的作用而被夹持在两者之间，从而实现将上主体2与下主体3连结为一体的技术要求。当需要对下主体3进行更换时，凸轮部件1会向上运动，锁止球4失去凸轮部件1的顶推，会缩回到容纳槽81内，破坏了原有的实现上主体2与下主体3连结为一体的结构，使上主体2与下主体3脱离。

在活塞6的上方，设置有位于上气室22内的以顶推活塞6及凸轮部件1向下运动的弹性件，在本例中优选为弹簧7，能够与防脱面14配合使上主体2与下主体3的连结关系更加稳定可靠。

在技术人员使用本实用新型中的机械手时，位于凸轮部件1外周面上的防脱面14与锁止球4接触时，锁止球4会对防脱面14产生一个垂直于防脱面14的支持力，由于防脱面14是倾斜向上的，锁止球4对防脱面14的支持力也分成了沿竖直方向向上的竖直分力和沿水平方指向凸轮部件1轴向的水平分力。当锁止球4仅与第一倾斜部11接触时，如果上下主体3之间的冲击力过大或活塞6提供给凸轮部件1的压力较小以不足以顶推锁止球4时，下主体3会背向上主体2移动，或是凸轮部件1会向上收缩，凸轮部件1相对于锁止球4向上运动，锁止球4此时会位移到第一倾斜部11与防脱面14的连接处，第一倾斜部11与防脱面14在该处形成了一个小凹腔，锁止球4可以卡设在其中，锁止球4对防脱面14产生的竖直分力会使凸轮部件1向下运动，以对活塞6对凸轮部件1产生的压力进行补偿，也可以对锁止球4对第一倾斜部11产生的是凸轮部件1向上缩回的分离进行抵消，整体上减少了凸轮部件1所受到的带动凸轮部件1向上运动的作用力，使凸轮部件1不会完全缩回以至于上主体2与下主体3接触配合；当锁止球4仅与防脱面14接触时，锁止球4对防脱面14产生的竖直分力可以全部用来补偿活塞6对凸轮部件1产生的压力，使凸轮部件1能够承受更多的重量，也能保证上主体2与下主体3可靠的连结，提高上主体2与下主体3的连结的稳定性。

在其他实施例中，上主体与下主体之间的锁止运动还可以替换为其他形式，例如将上、下主体的锁止方向换为活塞带动凸轮部件由下到上运动来顶推锁止球，而此时位于凸轮部件最下端的则是与锁止球挡止配合的第一倾斜部也就是倾斜锁止面，与倾斜锁止面连接的防脱面的倾斜方向也相应发生变化，此时的防脱面沿着从上到下的方向朝向凸轮部件的内侧倾斜。

在其他实施例中，防脱面还可以由连续的环形面替换为间隔布置的与锁止球对应的平面结构。

在其他实施例中，防脱面的倾斜角度还可以不小于倾斜锁止面的倾斜角度。

在其他实施例中，下主体内的锁止部还可以具有其他的固定方式，例如将形成锁止部的环体通过粘接的方式进行固定，或是通过过盈配合的方式将环体进行固定，而不使用传力构件来将锁止部与下主体进行固定。

本实用新型中机械手的工具连结装置的结构如图2至图5所示，与本实用新型中机械手的实施例中的工具连结装置在结构和作用上相同，因此不再对机械手的工具连结装置的实施例重复说明。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的实用新型目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡是在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.机械手的工具连结装置，包括用于与机械手连接的上主体和用于与工具连接的下主体，上主体中设有沿上主体的径向运动的锁止球，还设有沿上下方向活动设置以推动所述锁止球朝向上主体的径向外侧运动的凸轮部件，所述凸轮部件上设有用于朝向锁止方向运动以压紧锁止球的倾斜锁止面，所述下主体上设有用于与锁止球上下挡止配合的锁止部，其特征在于：所述凸轮部件上还设有倾斜设置的防脱面，在凸轮部件的锁止方向上，所述防脱面位于倾斜锁止面的前侧，所述防脱面靠近倾斜锁止面的一端在凸轮部件的径向上位于防脱面远离倾斜锁止面一端的内侧。

2.根据权利要求1所述的机械手的工具连结装置，其特征在于：所述倾斜锁止面的倾斜角度大于防脱面的倾斜角度。

3.根据权利要求1所述的机械手的工具连结装置，其特征在于：所述倾斜锁止面与防脱面之间设有弧形过渡面。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的机械手的工具连结装置，其特征在于：所述上主体上设有用于推动凸轮部件动作的驱动机构，所述驱动机构包括设有上进气口和下进气口的气室及活动设置在气室内的活塞，所述活塞受到从下进气口或上进气口进入到气室内气体推动以带动凸轮部件对应上下动作，所述气室内设有用于顶推活塞沿着锁止方向动作的弹性件。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的机械手的工具连结装置，其特征在于：所述锁止部为设置在下主体中的环体，所述下主体上设有背向上主体的以用于支撑环体的挡止台阶。

6.根据权利要求5所述的机械手的工具连结装置，其特征在于：所述下主体上设有沿径向排列的以用于将环体支撑在所述挡止台阶上的紧固件。

7.机械手，包括设置在机械手上的工具连结装置，其特征在于：所述工具连结装置为权利要求1-6中任一项所述的机械手的工具连结装置。