专利名称：一种组合式法兰及包含该法兰的机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机器人，更具体地说，涉及一种组合式法兰及包含该法兰的机器人。
背景技术：
一般来说，在机械行业对产品进行机械加工时，部件加工工艺中会使用不同的刃具或工具。当采用同一个机器人或动力设备时，需要随时换装不同的加工工具。针对以上此类频繁换装工具或夹具的问题，目前的机床上采用圆锥形雌雄法兰，当雄法兰插入雌法兰内后，由人工操作按钮使雌法兰内的驱动装置驱动雌法兰内的伞形套合拢，从而抓住雄法兰上的拉钉螺栓，从而使雌雄法兰锁定。这种结构虽然易于定中，但是没有电路和/或气路的连接要求，并且锁定需要人工操作，因此不适于在机器人上应用。目前机器人行业采用一种圆柱型式的雌雄法兰，其中雄法兰部分是圆柱式，在圆柱的表面嵌入了若干个可以被动押入的钢柱，钢柱的外露端是球面，此钢柱可由雄圆柱的内部驱动装置驱动，使钢柱可以伸缩，而在雌的圆筒部分的表面有对应的凹形弧槽。当雄的圆柱插入雌的圆筒内时，由圆柱和圆筒的表面约束保证中心定位，同时雄的圆柱内的驱动装置使钢柱伸出，使钢柱的球面顶入圆弧凹槽内，从而保证雌雄锁定。在圆柱和圆筒的端面有气和电的连接接口。此工具结构复杂，成本高，重量重。但是由于成本和重量的原因，运用受到很大的限制。
实用新型内容针对上述技术问题，本实用新型提供了 一种针对机器人和自动加工机械快速换装工具的自动解决方法。通过电器控制和气缸的运动使法兰的两部分失去或保持约束，再配合机器人或自动加工机械的移动，法兰的第一部分可以快速地和第二部分分离或连接，同时保证了气路、电路的接通，也非常便于工具的更换。具体而言，本实用新型提供了一种组合式法兰，包括第一部分和可与所述第一部分接合的第二部分，所述第一部分包括楔形板，所述楔形板是至少彼此相邻的两个面在同一个方向上向内收拢而形成楔形的板，所述第二部分上对应地设置有可与所述楔形板接合的楔形槽。在一种实施方式中，所述第一部分上设置有第一导电触点，所述第二部分上设置有相应的第二导电触点，当所述楔形板和所述楔形槽完全接合时，所述第一导电触点可与第二导电触点接触以导通电路。在一种实施方式中，所述第一部分上设置有第一插头，所述第二部分上设置有相应的第二插头，当所述楔形板和所述楔形槽完全接合时，所述第一插头可与第二插头接触以导通气路。在一种实施方式中，所述第二部分上设置有用于在所述楔形板插入楔形槽之后压紧两者之间接合的压紧装置。在一种实施方式中，所述压紧装置包括驱动装置、可被所述驱动装置驱动旋转的转动轴、和设置在所述转动轴上的偏心轮，在所述楔形板完全插入所述楔形槽之后，所述驱动装置驱动所述转动轴旋转，从而带动其上的偏心轮压紧所述楔形板与楔形槽之间的接
口 O在一种实施方式中，所述组合式法兰还包括用于在所述楔形板插入楔形槽之后锁紧两者之间接合的锁紧装置。在一种实施方式中，所述锁紧装置包括设置在所述第二部分上的驱动装置、可被所述驱动装置驱动旋转的转动轴、设置在所述转动轴上的锁紧钩和设置在所述第一部分上的销，在所述楔形板完全插入所述楔形槽之后，所述驱动装置驱动所述转动轴旋转，从而带动其上的锁紧钩与设置在所述第一部分上的销接合。在一种实施方式中，所述第一部分用于与加工工具相连，所述第二部分用于与机器人的手臂相连。本实用新型还提供了一种机器人，其包括前述的组合式法兰。
图1示意性地示出本实用新型一种实施方式的法兰第一部分的侧视图；图2示意性地示出本实用新型一种实施方式的法兰第一部分的立体图；图3示意性地示出本实用新型一种实施方式的法兰第一部分的后视图；图4示意性地示 出本实用新型一种实施方式的法兰第二部分的背面视图；图5示意性地示出本实用新型一种实施方式的法兰第二部分的正面视图；图6示意性地示出本实用新型一种实施方式的法兰的正面视图，其示出第一部分和第二部分将要接合的状态；图7示意性地示出本实用新型一种实施方式的法兰的背面视图，其示出第一部分和第二部分已经接合的状态；和图8示意性地示出根据本实用新型的一种机器人换装的视图。
具体实施方式
图1至图3分别示意性地示出本实用新型一种实施方式的法兰第一部分的侧视图、立体图和后视图。如图所示，加工工具I连接在第一部分2上，其中第一部分2包括楔形板10和将加工工具I连接到第一部分2上的连接件11。此外，为了向加工工具I传输电和气(如果需要的话)，第一部分2上还设置有电缆接线座13、导电触点15和插头12，其中，导电触点15用于和第二部分3 (以下描述)上的对应导电触点接触以传输电能,传输至导电触点15的电能再经由电缆接线座13传输至加工工具1，插头12连接第二部分3 (以下描述)上的对应插头以导通气路。第一部分2上还可以设置有销14，其作用将在以下描述。如图1至图3所示，楔形板10是彼此相邻的两个面在同一个方向上向内收拢而形成楔形的板。当然，与前述相邻的两个面分别相对的另外两个面也可以单独或一起向内收拢，但是至少应当有前面所述的相邻两个面向内收拢，以易于插入以下描述的楔形槽中并能够自动定位并完成对中。如图1所示，图中楔形板10的左侧面向内收拢形成角度α，角度α例如可以是大约5°、10°、13°等适当的角度，其可以根据需要进行调整，这里不再进行--罗列。当然，图1中楔形板10的右侧面也可以向内收拢形成角度。如图3所示，图中楔形板10的左右两个侧面都向内收拢形成角度β，角度β例如可以是大约5°、10°、13°等适当的角度，其可以根据需要进行调整，这里不再进行一一罗列。当然，图3中楔形板10可以只有左侧面或者右侧面向内收拢形成角度。图4和图5分别示意性地示出本实用新型一种实施方式的法兰第二部分的背面视图和正面视图。如图所示，第二部分3上设置有用于将第二部分与机器人相连的连接法兰40。第二部分3包括带有楔形槽的雌板30，其中楔形槽的形状与第一部分2上的楔形板10的形状相对应，以便于楔形板10插入楔形槽中。此外，为了向加工工具I传输电和气(如果需要的话)，第二部分3上还设置有导电触点38、电缆接线座32和插头31，其中，导电触点38用于和第一部分2上的对应导电触点15接触以传输电能，电缆接线座32用于将外部电源的电传输至导电触点38，插头31用于连接气管(未示出)并将气导至第一部分2上的插头12。当然，插头12和插头31都是可选的，只需在加工工具需要使用气的情况下设置即可。为了在第一部分2上的楔形板10插入雌板30上的楔形槽以后锁定两者之间的相对位置，该法兰还包括压紧装置和锁紧装置。具体而言，压紧装置包括设置在雌板30上的驱动装置(例如气缸或电缸)33、转动轴37、连接在驱动装置33与转动轴37之间的连杆35、和偏心轮36，其中驱动装置33通过连杆35来带动转动轴37旋转。为了在楔形板10插入楔形槽之后压紧楔形板10，偏心轮36连接在转动轴37上并可穿过雌板30的通孔压在楔形板10上。通过旋转转动轴37，可以调节偏心轮36在楔形板10上的压力，从而将楔形板10压紧。在本实施方式中，锁紧装置与压紧装置共用驱动装置33、连杆35和转动轴37。此夕卜，锁紧装置还包括设置在转动轴37上并可随转动轴37转动的锁紧钩34和前述设置在第一部分2上的销14。为了在楔形板10插入楔形槽之后锁定楔形板10和楔形槽之间的相对位置，通过旋转转动轴37，锁紧钩34可以与设置在第一部分2上的销14接合，以进一步锁定第一部分2与第二部分3之间的接合。应当理解，前述的详细结构仅描述了压紧装置和锁紧装置的一种具体实施方式
。本领域技术人员可以根据具体的需要采用不同的设计，只要其能压紧和锁紧第一部分和第二部分之间的接合即可。图6和图7分别示意性地`示出本实用新型一种实施方式的法兰的两种状态，其中图6不出第一部分2和第二部分3将要接合的状态，图7不出两者接合后的状态。如图6所示，当第二部分3按照图6中箭头所示所示的方向移动时，由于楔形板上具有对应的至少两个对应的带锥度面的导向，可以使第一部分2和第二部分3的中心自动完成对中。以下简要描述机器人拿着第二部分插入第一部分的过程。在楔形槽套在楔形板10上之前，电路和气路都处于未连通的状态。当楔形槽和楔形板10完全接合时，第二部分3上的导电触点38和第一部分2上的导电触点15接触以导通电路；第二部分3上的插头31和第一部分2上的插头12接合以导通气路。为了确保电路和气路的可靠接通，导电触点38和插头31可以是弹性可收缩的。在楔形槽和楔形板逐渐接合的过程中，导电触点38和插头31逐渐收缩，从而以一定的压力保持与导电触点15和插头12的可靠接触。这种自动接通电路和气路的方式减少了人工干预的需求，从而降低了成本并提高了可靠性和效率。此夕卜，还可以利用导电触点38和15中的一路触点通过电气控制回路的设计实现报警功能，或给机器人或运动机械一个接通验证信号，从而使机器人或运动机械确认楔形槽和楔形板相互插入位置是否到位。或者，可以通过设置行程开关的方式来判断楔形槽和楔形板相互插入位置是否到位。在楔形槽和楔形板配合到位后，驱动装置33驱动连杆35从而带动转动轴37旋转，转动轴37的旋转驱动偏心轮36转动以锁紧楔形板10，同时转动轴37也驱动两个锁紧钩34钩住第一部分2上的销14，使第一部分2和第二部分3锁定。当第一部分2和第二部分3需要分开时，驱动装置33驱动连杆35等联动部件反向运动即可实现分离。此外，因为第一部分和第二部分的连接具有两种机械锁定的保护功能，因此即便在在失电或失气时也能够安全可靠地工作。如图8所示，可以使用多个第一部分分别连接不同的加工工具，从而可以通过第二部分分别与连接不同加工工具的第一部分接合，便利地实现加工工具的自动更换，而无需人工的干预，从而快速高效地进行不同的工艺作业。此外，通过为前述法兰的第二部分配置相应的支架4，可以将多套不同的工具布置在支架上并将相应信息存储到机器人的控制器中，以在需要时完全由机器人自主根据设定自主选择和操作而无需人工干预。这样，缩小了占用的空间，节省不同工具的换装时间，大大提高了生产效率。另外，还可以通过组合形成不同的工具库，以进一步提闻生广效率。虽然已参照本实用新型的某些优选实施例示出并描述了本实用新型，但本领域技术人员应当明白，在不背离由所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上对其做出各种变化。
权利要求1.一种组合式法兰，包括第一部分和可与所述第一部分接合的第二部分，所述第一部分包括楔形板，所述楔形板是至少彼此相邻的两个面在同一个方向上向内收拢而形成楔形的板，所述第二部分上对应地设置有可与所述楔形板接合的楔形槽。
2.如权利要求1所述的组合式法兰，其中，所述第一部分上设置有第一导电触点，所述第二部分上设置有相应的第二导电触点，当所述楔形板和所述楔形槽完全接合时，所述第一导电触点可与第二导电触点接触以导通电路。
3.如权利要求2所述的组合式法兰，其中，所述第一部分上设置有第一插头，所述第二部分上设置有相应的第二插头，当所述楔形板和所述楔形槽完全接合时，所述第一插头可与第二插头接触以导通气路。
4.如权利要求1至3中任一项所述的组合式法兰，其中，所述第二部分上设置有用于在所述楔形板插入楔形槽之后压紧两者之间接合的压紧装置。
5.如权利要求4所述的组合式法兰，其中，所述压紧装置包括驱动装置、可被所述驱动装置驱动旋转的转动轴、和设置在所述转动轴上的偏心轮，在所述楔形板完全插入所述楔形槽之后，所述驱动装置驱动所述转动轴旋转，从而带动其上的偏心轮压紧所述楔形板与楔形槽之间的接合。
6.如权利要求1至3中任一项所述的组合式法兰，还包括用于在所述楔形板插入楔形槽之后锁紧两者之间接合的锁紧装置。
7.如权利要求5所述的组合式法兰，还包括用于在所述楔形板插入楔形槽之后锁紧两者之间接合的锁紧装置。
8.如权利要求6所述的组合式法兰，其中，所述锁紧装置包括设置在所述第二部分上的驱动装置、可被所述驱动装置驱动旋转的转动轴、设置在所述转动轴上的锁紧钩和设置在所述第一部分上的销，在所述楔形板完全插入所述楔形槽之后，所述驱动装置驱动所述转动轴旋转，从而带动其上的锁紧钩与设置在所述第一部分上的销接合。
9.如权利要求7所述的组合式法兰，其中，所述锁紧装置包括所述驱动装置、可被所述驱动装置驱动旋转的转动轴、设置在所述转动轴上的锁紧钩和设置在所述第一部分上的销，在所述楔形板完全插入所述楔形槽之后，所述驱动装置驱动所述转动轴旋转，从而带动其上的锁紧钩与设置在所述第一部分上的销接合。
10.如权利要求中I至3中任一项所述的组合式法兰，其中，所述第一部分用于与加工工具相连，所述第二部分用于与机器人的手臂相连。
11.一种机器人，其包括前述权利要求中任一项所述的法兰。
专利摘要本实用新型提供了一种组合式法兰，包括第一部分和可与所述第一部分接合的第二部分，所述第一部分包括楔形板，所述楔形板是至少彼此相邻的两个面在同一个方向上向内收拢而形成楔形的板，所述第二部分上对应地设置有可与所述楔形板接合的楔形槽。本实用新型还提供了一种包含该法兰的机器人。
文档编号B25J15/00GK202862222SQ20122043884
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者王建疆, 刘若愚, 高一平 申请人:Abb技术有限公司