一种用于高空作业机器人的快换工具锁紧结构

1.本发明属于高空作业设备的技术领域，具体涉及一种用于高空作业机器人的快换工具承载结构。


背景技术：

2.工具库是机器人工作站的重要辅助装置，其主要用来存储机器人工作过程中所需要使用到的各种作业工具，并辅助机器人利用快换装置完成各种工具的快速更换。常规的机器人工具库主要是对工具进行简单的存放，而不需要对工具进行完全固定，随着市面上各种新型机器人的不断出现，如高空作业机器人、水下作业机器人等等，由于其特殊的工作环境以及复杂的姿态变化，简易固定的工具很容易脱落，造成工具损坏或者无法执行快换，因此对于高空作业机器人、水下作业机器人等需要一种更加专业的工具库装置。


技术实现要素：

3.本发明提供一种用于高空作业机器人的快换工具承载结构，借助伸缩机构和锁定机构共同构成的弹性锁紧机构，实现紧固爪手的张开或者缩回，从而将工具更加稳定地固定在c形托盘内部，防止由于高空机器人姿态调整引起c形托盘2角度变化，造成工具3掉落，安全性更高，同时更有利于快换装置执行主盘和副盘之间的快换，操作效率更高。另外整个装置结构简便，成本低廉，便于推广应用。
4.本发明可通过以下技术方案实现：
5.一种用于高空作业机器人的快换工具承载结构，包括固定支架，在所述固定支架上设置有导轨，沿所述导轨方向能够拆卸地设置有多个c形托盘，所述c形托盘用于承载工具，其下方设置有与工具配合的紧固爪手，所述紧固爪手与弹性锁紧机构相连，所述弹性锁紧机构用于带动紧固爪手的张开或者缩回，以实现对放入c形托盘内的工具的锁紧或者解除锁紧。
6.进一步，所述紧固爪手包括转动连接的活动部和固定部，在所述固定部的内部空间设置有挡板，所述弹性锁紧机构包括伸缩机构，所述伸缩机构穿过固定部与挡板、活动部分别相连，其上还设置有锁定机构，
7.所述伸缩机构用于带动活动部的张开或者缩回，以及同时带动挡板向靠近固定部或者远离固定部的方向运动，从而方便工具进入紧固爪手并使活动部缩回或者离开紧固爪手并使活动部张开，所述锁定机构用于对缩回的活动部进行锁定或者解除锁定。
8.进一步，所述伸缩机构包括套装在一起的第一推杆和第二推杆，所述第二推杆的自由端与固定支架相连，所述第一推杆的自由端与挡板相连，其非自由端通过柔性钢丝与活动部相连，还通过第一复位弹簧与固定支架相连，所述第一复位弹簧套装在第二推杆上，在所述第一推杆的非自由端上设置有锁定机构，所述活动部与固定部之间设置有第二复位弹簧，所述第一复位弹簧用于带动第一推杆及与之连接的挡板复位，所述第二复位弹簧用于带动活动部复位；
9.进入紧固爪手的工具推动挡板向靠近固定部的方向运动，带动第一推杆向固定支架方向运动，第一复位弹簧被压缩，同时带动活动部缩回，第二复位弹簧被拉伸，并借助锁定机构对第一推杆进行锁定；
10.锁定机构解除对活动端的锁定，工具逐步离开紧固爪手，压缩状态的第一复位弹簧逐步复位，通过第一推杆带动挡板逐步向远离固定部及固定支架的方向运动，同时拉伸状态的第二复位弹簧逐步复位，带动活动部逐步张开。
11.进一步，所述活动部设置有对称的两个弧形件，所述固定部呈半圆圈状，其端部均设置有u型部，两个所述弧形件的一个端部均设置有与u型部配合倒t型部，所述u型部和倒t型部转动连接，所述第二复位弹簧的一端连接到倒t型部，另一端与固定部连接。
12.进一步，所述挡板呈弧形状，在所述固定部中部的内壁上设置有与挡板对应的凹口。
13.进一步，所述锁定机构包括门式结构的止回件，所述止回件的上部具有弹性，套装在第一推杆非自由端的端部，所述止回件的下部通过驱动单元与固定支架连接，在所述第一推杆的非自由端还设置有渐变凸起，所述渐变凸起呈喇叭状，其大头部远离非自由端的端部设置，所述驱动单元用于控制止回件的开度大小，
14.所述第一推杆向固定支架方向的运动，使止回件由非自由端的端部逐步向渐变凸起的大头部运动，直至越过渐变凸起卡在大头部的侧面，实现锁定；
15.所述驱动单元控制止回件的开门大于渐变凸起的大头部，压缩状态的第一复位弹簧带动第一推杆向远离固定支架的方向，使止回件越过渐变凸起运动至非自由端的端部，解除锁定，此时驱动单元控制止回件的开门与非自由端的端部配合。
16.进一步，所述止回件包括相对设置的两个类半圆状的弹性件，两个所述弹性件均采用钢材料制成，其上部均设置为与第一推杆配合的弧形弹片结构，其下部均与驱动单元相连，所述驱动单元采用凸轮传动原理设计，用于控制两个弹性件的间距大小。
17.本发明有益的技术效果如下：
18.(1)可以根据工具的形状和大小灵活调整c形托盘在导轨上的位置，空间利用率更高，能够实现对工具库存储能力的最大化利用。
19.(2)借助c形托盘实现对工具的初步固定，再利用弹性锁紧机构带动紧固爪手的张开或缩回，实现对工具的再次锁定，避免由于高空机器人姿态调整引起工具的角度变化，造成工具脱落等问题出现，具有更高的安全性，能够满足在水下、高空等复杂工况下的作业的要求。
20.(3)利用弹性锁紧机构的伸缩机构可以实现紧固爪手的张开或者缩回，而利用锁定机构可以对缩回的紧固爪手进行锁定，更有利于快换装置执行主盘和副盘之间的稳定快换，提高快换速度，操作效率更高。
附图说明
21.图1为本发明的总体结构示意图；
22.图2为本发明的紧固爪手与弹性锁紧机构配合的结构示意图；
23.图3(a)为本发明的紧固爪手缩回的状态示意图；
24.图3(b)为本发明的紧固爪手张开的状态示意图；
25.图4为本发明的止回件的结构示意图；
26.其中，1-导轨，2-c形托盘，3-工具，4-紧固爪手，401-活动部，402-固定部，5-挡板，6-第一推杆，601-渐变凸起，7-第二推杆，8-柔性钢丝，9-第一复位弹簧，10-第二复位弹簧，11-止回件，1101-弹性件。
具体实施方式
27.下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
28.如图1-4所示，本发明提供了一种用于高空作业机器人的快换工具承载结构，包括固定支架，在固定支架上设置有导轨1，沿导轨1方向能够拆卸地设置有多个c形托盘2，每个c形托盘2均用于承载工具3，其下方设置有与工具3配合的紧固爪手4，该紧固爪手与弹性锁紧机构相连，该弹性锁紧机构用于带动紧固爪手4的张开或者缩回，以实现对放入c形托盘2内的工具3的锁紧或者解除锁紧，从而对c形托盘2内部的工具3进行安全固定，防止由于高空机器人姿态调整引起c形托盘2角度变化，造成工具3掉落，同时更有利于快换装置执行主盘和副盘之间的快换，操作效率更高。具体如下：
29.该紧固爪手4包括转动连接的活动部401和固定部402，在固定部402的内部空间设置有挡板5，该弹性锁紧机构包括伸缩机构，该伸缩机构穿过固定部402与挡板5、活动部401分别相连，其上还设置有锁定机构，该伸缩机构用于带动活动部401的张开或者缩回，以及同时带动挡板5向靠近固定部或402者远离固定部402的方向运动，从而方便工具3进入紧固爪手4并使活动部401缩回或者离开紧固爪手4并使活动部401张开，该锁定机构用于对缩回的活动部401进行锁定或者解除锁定。
30.该伸缩机构包括套装在一起的第一推杆6和第二推杆7，该第二推杆7的自由端与固定支架相连，该第一推杆6的自由端与挡板5相连，其非自由端通过柔性钢丝8与活动部401相连，还通过第一复位弹簧9与固定支架相连，该第一复位弹簧9套装在第二推杆7上，在第一推杆6的非自由端上设置有锁定机构，该活动部401与固定部402之间设置有第二复位弹簧10，该第一复位弹簧9用于带动第一推杆6及与之连接的挡板5复位，该第二复位弹簧10用于带动活动部401复位。
31.该c形托盘2的开口部设置为与工具3配合的导向通道，方便工具3进入c形托盘2并承载工具3，该c形托盘2的非开口部通过螺栓固定在导轨1上，方便根据实际需要调节c形托盘2在导轨1上的位置。
32.这样在放置工具3进入c形托盘2时，进入紧固爪手4的工具3会推动挡板5向靠近固定部402的方向运动，带动与挡板5连接的第一推杆6向固定支架方向运动，对应的第一复位弹簧9被压缩，同时通过柔性钢丝8带动活动部401转动缩回，使第二复位弹簧10被拉伸，并借助锁定机构进行锁定，从而可以将工具3牢牢地锁定在紧固爪手4之内，也可以使工具3与c形托盘2的配合更加紧密，安全性更高；
33.当需要取出工具3时，机器人末端快换装置的主盘和对应工具上的副盘连接好以后，先利用锁定机构解除对活动部401的锁定，工具3逐步离开紧固爪手4，压缩状态的第一复位弹簧9逐步复位，通过第一推杆6带动挡板5逐步向远离固定部402及固定支架的方向运动，同时拉伸状态的第二复位弹簧10逐步复位，带动活动部401逐步张开，方便工具3取出。
34.该紧固爪手4的活动部401设置有对称的两个弧形件，固定部402呈半圆圈状，它们
共同构成开口状的圆圈形，与c形托盘2上下对应设置，该固定部402的两个端部均设置有u型部即带有两个耳朵，两个弧形件的一个端部均设置有与u型部配合倒t型部，这样通过一个转轴就可以把u型部和倒t型部转动地连接在一起，然后将第二复位弹簧10的一端连接到倒t型部，另一端与固定部402连接，并且第二复位弹簧10处于自然伸长状态下时，对应的活动部401处于张开状态，从而在伸缩机构带动活动部401缩回时，可以借助第二复位弹簧10的复位拉力促使活动部401张开。
35.由于固定部402呈圆弧状，在其中部的内壁上设置有与挡板5对应的凹口，可以将挡板5也设计呈弧形状，从而便于工具3放入紧固爪手4的内部；同时在固定部402上设置有供柔性钢丝8穿过的开口，该柔性钢丝8设置有两条，它们对称设置，其一端连接在第一推杆的非自由端，另一端穿过开口连接到弹性件的内壁上，便于拉动弹性件实现缩回操作。
36.该锁定机构包括门式结构的止回件11，该止回件11的上部具有弹性，套装在第一推杆6非自由端的端部，该止回件11的下部通过驱动单元与固定支架连接，在第一推杆6的非自由端还设置有渐变凸起601，该渐变凸起601呈喇叭状，其大头部远离非自由端的端部设置，该驱动单元用于控制止回件11的开度大小，这样在放置工具3时，第一推杆6向固定支架方向的运动，由于止回件11的弹性变形，使止回件11由非自由端的端部逐步向渐变凸起601的大头部运动，直至越过渐变凸起601卡在大头部的侧面，此时即使第一复位弹簧9有回复弹力，第一推杆6也不会向反方向运动，从而实现活动部401的锁定，避免机器人在姿态调整时造成工具3在紧固爪手4或者c形托盘2内部的晃动，安全性更高；
37.当需要取出工具3时，驱动单元控制止回件11的开门大于渐变凸起601的大头部，压缩状态的第一复位弹簧9带动第一推杆6向远离固定支架的方向，使止回件11越过渐变凸起601运动至非自由端的端部，解除锁定，此时驱动单元控制止回件11的开门与非自由端的端部配合，从而为下一次的锁定做准备。
38.如图4所示，我们可以将止回件11设计成相对设置的两个类半圆状的弹性件1101，两个弹性件1101均采用钢材料制成，其上部均设置为与第一推杆6配合的弧形弹片结构，使其具有一定的弹性，在第一推杆6的带动下，利用弹性变形越过渐变凸起601，然后自动恢复原状，实现锁定，该弹性件1101的下部均与驱动单元相连，该驱动单元可采用凸轮传动原理设计，用于控制两个弹性件1101之间的间距大小，如将凸轮设置在两个弹性件之间，该凸轮的中心轴通过齿轮传动与伺服电动机连接，借助凸轮的不对称性，利用伺服电机驱动凸轮转动就可以实现两个弹性件之间的相对运动，当然也可以采用丝杠传动结构、电磁吸附原理等实现。
39.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。