机器人末端工具快速接换装置及接换方法与流程

本发明涉及机器人末端执行器的自动换接技术领域，特别是一种机器人末端工具快速接换装置及接换方法。

背景技术：

机器人(尤其是多轴机器人)因其动作的灵活性、可靠性及高效性，已在各行业中得到广泛应用，并逐渐取代人工操作。但在实际应用过程中，往往需要一台机器人处理数种不同产品或不同工艺过程，则该机器人需要相应的匹配数种不同的末端执行器，常见的末端执行器包括铲斗、液压锤、液压剪、液压钳、切割机等。目前在更换末端执行器时，往往需要人工拆装，步骤繁琐并且费时费力。而在一些危险环境下(例如核辐射、高温、低温等)，人工拆装难度极大甚至无法完成拆装。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种机器人末端工具快速接换装置及接换方法，它解决了目前人工拆装机器人的末端执行器费时费力且难度大的问题。

本发明的技术方案是：机器人末端工具快速接换装置，包括第一装配体和第二装配体；

第一装配体包括工具盘、公接头座及公接头；工具盘外侧表面设有工具安装面，内侧表面从上至下依次设有勾接部a和锁定臂；公接头座固定安装在工具盘的内侧表面上，公接头安装在公接头座上；

第二装配体包括基座、母接头座、母接头及对接锁定组件；基座两端分别设有与机器人手臂相连接的第一连接段和与工具盘相连接的第二连接段，第二连接段的上端设有与勾接部a相配合的勾接部b，下端设有用于抵住锁定臂的定位缺口；母接头安装在母接头座上，母接头座安装在对接锁定组件上；对接锁定组件设在基座上；

当第一装配体与第二装配体连接时，第二装配体通过勾接部b与第一装配体的勾接部a相互勾接，工具盘上的锁定臂与基座上的定位缺口相抵，对接锁定组件用于锁定锁定臂的同时带动母接头与公接头对接，或解锁锁定臂的同时带动母接头与公接头分离。

本发明进一步的技术方案是：基座的第二连接段内设有元件安装腔，第二连接段的下端两侧设有连通至元件安装腔的锁定销孔；

对接锁定组件包括同步液压缸和锁定销；两个同步液压缸对称安设置在元件容纳腔的两侧，两个同步液压缸的活塞分别固接在元件容纳腔的上端两侧，两根锁定销分别固接在两个同步液压缸的缸体上，同步液压缸的活塞杆伸缩时带动同步液压缸的缸体在元件容纳腔中做往复直线运动，进而带动锁定销从锁定销孔中伸出或缩回；

在第一装配体与第二装配体连接的状态下，当锁定销伸出锁定销孔时，一方面将锁定臂锁定在锁定销与定位缺口之间，另一方面带动母接头与公接头对接，当锁定销缩回锁定销孔时，一方面将锁定臂解锁，另一方面带动母接头与公接头分离。

本发明再进一步的技术方案是：勾接部b为对称设置在基座第二连接段上端两侧的勾爪；勾接部a为对称设置设在工具盘内侧表面上端两侧的定位短轴，定位短轴的形状与勾爪相适应，定位短轴的外露长度与勾爪的宽度相适应。

本发明更进一步的技术方案是：工具盘的工具安装面上设有工具安装孔。

本发明更进一步的技术方案是：公接头包括液压公接头和/或电气公接头和/或气路公接头，母接头是与公接头相匹配的液压母接头和/或电气母接头和/或气路母接头。

本发明的技术方案是：机器人末端执行器快速换接方法，应用于机器人末端执行器快速换接装置，包括对接过程和拆卸过程；

在进行快速换接之前，需要进行预备工作，具体如下：

a，将第二装配体通过基座的第一连接段连接在机器人手臂上，并将公接头连通至液压系统、气路系统或电路系统；

b，将所需的末端工具连接在第一装配体的工具盘上，然后将第一装配体放置在地面或台面上；

预备工作中，a、b分步骤不分先后次序；

对接过程如下：

s01，第一装配体与第二装配体活动勾接：

a、调整机器人的位姿，使基座的勾爪勾住工具盘上的定位短轴；

b、然后操纵机器人，使第二装配体绕定位转轴转动，直至基座的定位缺口抵住工具盘的锁定臂；

s02，第一装配体与第二装配体相互锁定：两个同步液压缸的活塞杆同步伸出，带动锁定销从锁定销孔中伸出，一方面将锁定臂锁定在锁定销与定位缺口之间，另一方面带动母接头与公接头对接，即完成对接过程；

拆卸过程如下：

s01，解除第一装配体与第二装配体的锁定关系：两个同步液压缸的活塞杆同步伸出，带动锁定销从锁定销孔中缩回，一方面将锁定臂解锁，另一方面带动母接头脱离公接头；

s02，将第一装配体与第二装配体分离：操纵机器人，使使第二装配体绕定位转轴转动，直至公、母接头之间达到安全距离时停止，然后操纵机器人，使基座的勾爪脱离工具盘的定位短轴，即完成拆卸过程。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、通过遥控机器人即可实现机器人末端执行器的自动拆装，整个拆装过程快捷、简便、可靠性好，且公、母接头之间不会产生干涉。

2、由于定位短轴的形状与勾爪相适应，定位短轴的外露长度与勾爪的宽度相适应，所以在基座的勾爪勾住工具盘的定位短轴时，两者即实现精确对接。

3、第一装配体与第二装配体之间共有四处固定/连接点(两根定位短轴上各有一处，锁定臂两端各有一处)，四处连接点分布在基座的上、下端两侧，锁定后牢固可靠，可承受较大载荷。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为第一装配体在一种视角下的结构示意图；

图3为第一装配体在另一种视角下的结构示意图；

图4为第二装配体在一种视角下的结构示意图；

图5为第二装配体在另一种视角下的结构示意图；

图6为第二装配体在第三种视角下的结构示意图；

图7为本发明对接过程中的s01步骤a分步骤的状态示意图；

图8为本发明对接过程中的s01步骤b分步骤的状态示意图

图9为本发明对接过程中的s02步骤的状态示意图；

图10为本发明的使用状态示意图。

图例说明：工具盘11；工具安装面111；定位短轴112；锁定臂113；公接头座12；公接头13；基座21；第一连接段211；连接耳2111；第二连接段212；勾爪2121；定位缺口2122；元件安装腔2123；锁定销孔2124；母接头座22；母接头23；同步液压缸241；锁定销242。

具体实施方式

实施例1：

如图1-10所示，机器人末端工具快速接换装置，包括第一装配体和第二装配体。

第一装配体包括工具盘11、公接头座12及公接头13。工具盘11外侧表面设有工具安装面111，内侧表面从上至下依次设有勾接部a和锁定臂113。勾接部a为对称设置设在工具盘11内侧表面上端两侧的定位短轴112。

公接头座12固定安装在工具盘11的内侧表面上，公接头13安装在公接头座12上。

第二装配体包括基座21、母接头座22、母接头23及对接锁定组件。

基座21两端分别设有与机器人手臂相连接的第一连接段211和与工具盘11相连接的第二连接段212。第一连接段211上设有两片用于连接机器人手臂的连接耳2111。第二连接段212的上端设有与勾接部a相配合的勾接部b，下端设有用于抵住锁定臂113的定位缺口2122。勾接部b为对称设置在基座21第二连接段212上端两侧的勾爪2121，勾爪2121的形状与定位短轴112相适应，勾爪2121的宽度与定位短轴112的外露长度相适应。第二连接段212内设有元件安装腔2123，第二连接段212的下端两侧设有连通至元件安装腔2123的锁定销孔2124。

母接头座22固定安装在对接锁定组件的同步液压缸的缸体上，母接头23安装在母接头座22上。

对接锁定组件包括同步液压缸241和锁定销242。两个同步液压缸241对称安设置在元件容纳腔2123的两侧，两个同步液压缸241的活塞分别固接在元件容纳腔2123的上端两侧，两根锁定销242分别固接在两个同步液压缸241的缸体上，同步液压缸241的活塞杆伸缩时带动同步液压缸241的缸体在元件容纳腔2123中做往复直线运动，进而带动锁定销242从锁定销孔2124中伸出或缩回。

当第一装配体与第二装配体连接时，第二装配体通过勾爪2121与第一装配体的定位短轴112相互勾接，工具盘11上的锁定臂113与基座21上的定位缺口2122相抵，对接锁定组件用于锁定锁定臂113的同时带动母接头23与公接头13对接，或解锁锁定臂113的同时带动母接头23与公接头13分离。

在第一装配体与第二装配体连接的状态下，当锁定销242伸出锁定销孔2124时，一方面将锁定臂113锁定在锁定销242与定位缺口2122之间，另一方面带动母接头23与公接头13对接，当锁定销242缩回锁定销孔2124时，一方面将锁定臂113解锁，另一方面带动母接头23与公接头13分离。

优选，基座21的定位缺口2122为弧形缺口，所述弧形缺口的形状与锁定臂113外形轮廓相适应。

优选，工具盘11的工具安装面111上设有工具安装孔1111，所述工具安装孔1111可安装铲斗、液压锤、液压剪、液压钳及切割机。

优选，公接头13包括液压公接头和/或电气公接头和/或气路公接头，母接头23是与公接头相匹配的液压母接头和/或电气母接头和/或气路母接头。

本发明可实现机器人末端执行器的快速换接，包括对接过程和拆卸过程；

在进行快速换接之前，需要进行预备工作，具体如下：

a，将第二装配体通过基座21的第一连接段211连接在机器人手臂上，并将公接头13连通至液压系统、气路系统或电路系统；

b，将所需的末端工具连接在第一装配体的工具盘11上，然后将第一装配体放置在地面或台面上；

预备工作中，a、b分步骤不分先后次序。

对接过程如下：

s01，第一装配体与第二装配体活动勾接：

a、调整机器人的位姿，使基座21的勾爪2121勾住工具盘11上的定位短轴112；

b、然后操纵机器人，使第二装配体绕定位转轴112转动，直至基座21的定位缺口2122抵住工具盘11的锁定臂113；

s02，第一装配体与第二装配体相互锁定：两个同步液压缸的活塞杆同步伸出，带动锁定销242从锁定销孔2124中伸出，一方面将锁定臂113锁定在锁定销242与定位缺口2122之间，另一方面带动母接头23与公接头13对接，即完成对接过程。

拆卸过程如下：

s01，解除第一装配体与第二装配体的锁定关系：两个同步液压缸241的活塞杆同步伸出，带动锁定销242从锁定销孔中缩回，一方面将锁定臂113解锁，另一方面带动母接头23脱离公接头13；

s02，将第一装配体与第二装配体分离：操纵机器人，使使第二装配体绕定位转轴112转动，直至公、母接头之间达到安全距离时停止，然后操纵机器人，使基座21的勾爪2121脱离工具盘11的定位短轴112，即完成拆卸过程。