一种电驱动钢球锁定式机器人末端快换装置

本发明涉及机械臂快换装置领域，具体来说是一种电驱动钢球锁定式机器人末端快换装置。

背景技术：

工业机器人，即机械臂在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用。而机器人的作业能力和作业效率，很大程度上依赖于机器人作业工具的作业能力的大小。机器人作业工具快换装置的应用，能提高机器人的作业效率，提高机器人对作业环境的适应性和通用性，实现一机多用。

现有的机械臂通过快换装置实现机械臂切换不同的执行工装，其存在着如下技术缺点：现有快换装置的自锁系统解锁采用气动驱动，气动管需要暴露在外界，在低温环境中气动管会因低温脆变而发生破裂，进而使得整个快换装置失去其功能；现有快换装置通讯接口布置于整个装置外壁，使得未来通讯接线均暴露在外界。在低温，高湿度，多风沙等恶劣环境下，均会对通讯质量造成影响甚至通讯完全瘫痪：现有的快换之装置成本过高，且气动锁紧一旦失效，便会使快换装置主盘与工具盘脱落，损坏与工具盘连接的末端执行机构。

本发明旨在设计一种对环境有高适应度的新型快换装置。此快换装置因为其独有的结构可以适应更加恶劣的环境，同时自锁系统放弃现有的气动锁紧、解锁而采用机械机构锁紧，快速换装，电动解锁，安全可靠；并且本发明结构简单，拆卸方便，成本低廉。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于：提供一种电驱动钢球锁定式机器人末端快换装置，可以适应更加恶劣的环境，同时自锁系统放弃现有的气动锁紧、解锁而采用机械机构锁紧，快速换装，电动解锁，安全可靠。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种电驱动钢球锁定式机器人末端快换装置，包括主盘、工具盘和钢球锁定机构，所述工具盘一端固定设置有插接块，所述主盘呈中空结构，所述钢球锁定机构设置于所述主盘的中空部分内，所述钢球锁定机构包括固定板、滚珠、滚珠套、套环和驱动装置，所述固定板连接所述主盘内壁，所述固定板的一侧连接所述滚珠套，所述滚珠套远离所述固定板的一端设有与所述插接块适配的插接孔，所述滚珠套的侧面设有若干与所述滚珠适配的滚珠孔，所述滚珠孔与所述插接孔连通，所述插接块的侧面设有与所述滚珠适配的锁紧槽，所述套环套设在所述滚珠套上，所述套环内侧与所述滚珠套外侧之间具有间隙，所述套环的内侧设有若干凸起部，相邻两个所述凸起部之间均设有一个所述滚珠，所述滚珠的直径大于所述滚珠孔的轴向长度，所述滚珠远离所述套环的一侧设置于所述滚珠孔内，所述驱动装置连接所述固定板，所述驱动装置的输出端连接所述套环，所述驱动装置用于驱动所述套环转动，所述套环用于转动时使其凸起部推动所述滚珠与所述锁紧槽抵接。

进一步的，所述滚珠孔呈锥形结构，其内侧端面直径小于外侧端面直径。

进一步的，所述驱动装置包括电机、小齿轮和大齿轮，所述电机安装在所述固定板远离所述滚珠套的一侧，所述电机转动轴固定连接所述小齿轮，所述大齿轮与所述小齿轮啮合，所述大齿轮呈中空结构，其套设在所述滚珠套上，所述大齿轮连接所述套环。

进一步的，还包括锁紧套，所述锁紧套内侧套设在所述套环上，其外侧面转动连接所述主盘内壁，所述锁紧套顶部端面固定连接所述大齿轮端面。

进一步的，还包括限位块和挡块，所述大齿轮的顶部端面固定设置有两个所述挡块，所述限位块安装在所述固定板上，所述限位块底部设置于两个所述挡块之间，两个所述挡块用于限位所述大齿轮的转动角度。

进一步的，所述主盘的端面设有若干导向销，所述工具盘开口端面设有与所述导向销适配的导向孔。

进一步的，所述主盘的端面设有第一通信头，所述工具盘开口端面设有与所述第一通信头适配的第二通信头。

进一步的，所述第一通信头为通讯触点母端，所述第二通信头为通讯触点公端。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、通过套环与滚珠的机械式配合，在电机驱动下完成锁紧，可以适应更加恶劣的环境，同时放弃现有的气动驱动而采用电动驱动，在电气环境失效时，本装置仍能维持有效的自锁结构，安全可靠，达到了采用机械式结构适用于恶劣环境的有益效果。

2、限位块两个挡块的配合避免了套环出现过度转动的情况，保护了整个装置，也增加了装置的可靠性，达到了有效限位的有益效果。

附图说明

图1为本发明一种电驱动钢球锁定式机器人末端快换装置整体结构图；

图2为解锁阶段剖视示意图；

图3为锁紧阶段立体示意图；

图4为锁紧阶段剖视示意图；

图5为主盘立体示意图；

图6为工具盘立体示意图；

图7为固定板和限位块示意图；

图8为钢球锁定机构连接关系示意图；

图9为图8的正剖视示意图；

图10为套环示意图；

附图标记列表

100-主盘，101-电机，102-小齿轮，103-轴承，104-滚珠，105-滚珠套，106-限位块，107-挡块，108-大齿轮，109-锁紧套，110-套环，111-导向销，112-通讯触点母端，113-固定板，200-工具盘，201-插接块，202-防护罩，203-通讯触点公端，204-导向孔。

具体实施方式

下面将结合附图1-10，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种电驱动钢球锁定式机器人末端快换装置，包括主盘100、工具盘200和钢球锁定机构，所述工具盘200一端固定设置有插接块201，所述主盘100呈中空结构，所述钢球锁定机构设置于所述主盘100的中空部分内，所述钢球锁定机构包括固定板113、滚珠104、滚珠套105、套环110和驱动装置，所述固定板113通过螺钉连接所述主盘100内壁上的凸起，所述固定板113的一侧通过若干螺钉连接所述滚珠套105，所述滚珠套105远离所述固定板113的一端设有与所述插接块201适配的插接孔，所述滚珠套105的侧面设有若干与所述滚珠104适配的滚珠孔，所述滚珠孔与所述插接孔连通，所述插接块201的侧面设有与所述滚珠104适配的锁紧槽，所述套环110套设在所述滚珠套105上，所述套环110内侧与所述滚珠套105外侧之间具有小于滚珠104直径的间隙，所述套环110的内侧设有若干凸起部，相邻两个所述凸起部之间均设有一个所述滚珠104，所述滚珠104的直径略大于所述滚珠孔的轴向长度，所述滚珠104远离所述套环110的一侧设置于所述滚珠孔内，所述驱动装置连接所述固定板113，所述驱动装置的输出端连接所述套环110，所述驱动装置用于驱动所述套环110转动，所述套环110用于转动时使其凸起部推动所述滚珠104与所述锁紧槽抵接。

主盘100远离工具盘200的一侧设有安装部，安装部用于连接机械臂的六轴法兰端，工具盘200远离插接块201的一端用于连接执行工装的法兰侧，执行工装可以为：抓手、焊枪或胶枪等工装，根据实际生产需求，在不同执行工装上均安装上工具盘200，然后通过机械臂的移动，使主盘100插入工具盘200与其配合，即可实现机械臂快速切换不同工装。

滚珠104远离套环110一侧的弧形部分穿过滚珠孔且设置在滚珠套105的插接孔内，套环110的内侧与滚珠套105外侧之间的间隙为滚珠104提供了沿着滚珠孔轴向的自由度，使滚珠104可以沿着滚珠孔的轴向运动，但不能完全进入到滚珠孔内，并且也不能从套环110与滚珠套105之间的间隙滑落，当驱动装置驱动套环110转动时，套环110沿主盘100的轴心转动，进而使套环110的凸起部挤压滚珠104，使一个滚珠104与一个滚珠孔端面抵接，此时滚珠104远离套环110一侧的弧形部分穿过滚珠孔，并且凸起部在驱动装置的作用下保持对滚珠104的抵接，滚珠104进而失去自由度。

整个装置锁紧阶段时，主盘100向下接近工具盘200，驱动装置驱动套环110转动，使滚珠104处于其内径较大的部分，即一个滚珠104处于其两个凸起部之间，此时滚珠可自由在套环110与滚珠套105的间隙中内外运动，主盘100继续接近工具盘200，直到主盘100与工具盘200的端面达到配合位置，插接块201的锁紧槽处恰好与滚珠孔处于同一高度，此时滚珠104正对锁紧槽，接着驱动装置驱动套环110转动，使其凸起部挤压滚珠104，进而滚珠104抵接锁紧槽，固定住滚珠104，使其不可自由活动，在主盘100的竖直方向上，工具盘200的锁紧槽被滚珠104卡死，二者在竖直方向上不可产生相对运动，整个装置完成锁紧。

在解锁阶段时，驱动装置带动套环110转动，使滚珠104处于其内径较大位置，解放滚珠104使其可自由活动，主盘100脱离工具盘200，完成解锁。

进一步的，所述滚珠孔呈锥形结构，其内侧端面直径小于外侧端面直径，便于滚珠104运动。

进一步的，所述驱动装置包括电机101、小齿轮102和大齿轮108，所述电机101固定安装在所述固定板113远离所述滚珠套105的一侧，所述电机101转动轴固定连接所述小齿轮102，所述大齿轮108与所述小齿轮102啮合，所述大齿轮108呈中空结构，其转动地套设在所述滚珠套105上，所述大齿轮108连接所述套环110。

在锁紧阶段以及解锁阶段时，电机101通过驱动小齿轮102带动大齿轮108转动，进而使套环110转动，使套环110往复转动，其凸起部间隙性的抵接滚珠104，在电气环境失效的情况下，电机101也能维持大齿轮108的周向约束，防止大齿轮108反转进而使滚珠104意外脱离锁紧槽。

进一步的，还包括锁紧套109，所述锁紧套109内侧套设在所述套环110上，并通过螺钉连接套环110，其外侧面通过轴承103转动连接所述主盘100内壁，所述锁紧套109顶部端面固定连接所述大齿轮108端面。

进一步的，还包括限位块106和挡块107，所述大齿轮108的顶部端面固定设置有两个所述挡块107，所述限位块106安装在所述固定板113上，所述限位块106底部设置于两个所述挡块107之间，两个所述挡块107用于限位所述大齿轮108的转动角度，大齿轮108顶部与固定板113底部之间具有间隙，挡块107设置在此间隙内，大齿轮108上设有安装槽，限位块106通过螺钉安装在安装槽内，锁紧阶段大齿轮108转动时，限位块106底部与一个挡块107抵接，此时套环110凸起部抵接滚珠104，解锁阶段大齿轮108转动时，限位块106底部与另外一个挡块107抵接，此时滚珠104处于套环110与滚珠套105的间隙内，所以不会出现套环110过度转动的情况，保护了整个装置，也增加了装置的可靠性。

进一步的，所述主盘100的端面设有若干导向销111，所述工具盘200开口端面设有与所述导向销111适配的导向孔204，具体的，导向销111设置有两个，通过定位销111与工具盘200上的对应导向孔204配合，使主盘100与工具盘200准确定位，定位销111采用圆柱销和削边销的配合使用，防止过定位。

进一步的，所述主盘100的端面设有第一通信头，所述工具盘200开口端面设有与所述第一通信头适配的第二通信头。

进一步的，所述第一通信头为通讯触点母端112，所述第二通信头为通讯触点公端203，当工具盘200到达锁紧位置后，通讯触点母端112与通讯触点公端203接触，连通通讯回路，传递信号给电控板，使电机101执行相应的动作，工具盘200侧面还设有防护罩202，其用于通讯触点公端203走线。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实说明书中实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。