本發(fā)明涉及工業(yè)生產(chǎn)自動化，具體涉及一種工業(yè)機(jī)器人末端工具的快速更換裝置及其更換方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人工具快速更換裝置通過使機(jī)器人自動更換不同的末端執(zhí)行器或外圍設(shè)備，使機(jī)器人的應(yīng)用更具柔性，這些末端執(zhí)行器和外圍設(shè)備包含例如點焊焊槍、抓手、真空工具、氣動和電動馬達(dá)等。

工具快換裝置包括一個用來安裝在機(jī)器人手臂上的機(jī)器人側(cè)，和一個用來安裝在末端執(zhí)行器上的工具側(cè)。工具快換裝置能夠讓不同的介質(zhì)，例如氣體、電信號、液體、視頻以及超聲等從機(jī)器人手臂連通到末端執(zhí)行器。其優(yōu)點在于生產(chǎn)線更換可以在數(shù)秒內(nèi)完成；維護(hù)和修理工具可以快速更換，大大降低停工時間；通過在應(yīng)用中使用1個以上的末端執(zhí)行器，從而使柔性增加；使用自動交換單一功能的末端執(zhí)行器，代替原有笨重復(fù)雜的多功能工裝執(zhí)行器。

但是現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人作業(yè)工具快速更換裝置的鎖緊形式較為單一，多為滾珠或凸輪鎖緊，滾珠鎖緊機(jī)構(gòu)為點接觸，但提供鎖緊力與承受負(fù)載能力小；凸輪鎖緊機(jī)構(gòu)誤差較大，但產(chǎn)品壽命低。

綜上所述，目前需要一種鎖緊結(jié)構(gòu)合理，既能提供并承受大的鎖緊力與負(fù)載力，又對接誤差小的機(jī)器人末端快速更換裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的機(jī)器人末端的快速更換裝置鎖緊結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種工業(yè)機(jī)器人末端工具的快速更換裝置，包括連接于工業(yè)機(jī)器人的機(jī)器人側(cè)和連接于末端執(zhí)行器的工具側(cè)，所述機(jī)器人側(cè)和工具側(cè)相互扣合后共同形成中空的容腔，所述容腔內(nèi)由上至下分別設(shè)有活塞桿、滾柱殼和鎖緊座圈，所述滾柱殼固定于所述機(jī)器人側(cè)內(nèi)，所述鎖緊座圈固定于所述工具側(cè)內(nèi)，所述活塞桿的下部穿設(shè)于所述滾柱殼的中心，且所述活塞桿豎直滑動于所述機(jī)器人側(cè)的容腔內(nèi)，所述活塞桿的底部固定有活塞尾部，所述活塞尾部倒扣于所述滾柱殼內(nèi)，所述滾柱殼的下部內(nèi)嵌于所述鎖緊座圈內(nèi)，所述活塞尾部的外側(cè)壁和所述鎖緊座圈的內(nèi)側(cè)壁之間抵靠有若干個鎖緊滾柱，且所述滾柱殼的側(cè)壁上開設(shè)有容納所述鎖緊滾柱進(jìn)出的缺口，隨所述活塞桿的豎直滑動，所述鎖緊滾柱沿所述活塞尾部的外側(cè)壁滾動且與所述鎖緊座圈的內(nèi)側(cè)壁抵靠或分離。

在上述方案中，所述活塞尾部的外側(cè)壁設(shè)有限制所述鎖緊滾柱運(yùn)動的凹槽，所述凹槽與所述鎖緊座圈的內(nèi)側(cè)壁之間通過所述鎖緊滾柱嚙合。

在上述方案中，所述凹槽由下至上依次為一體成型的接觸解鎖面、過渡面，故障保護(hù)面和鎖緊面，并配置為：

當(dāng)所述活塞桿從接觸位置下移到鎖緊位置，帶動所述鎖緊滾柱運(yùn)動到所述鎖緊表面，所述鎖緊滾柱與所述鎖緊表面以及所述鎖緊座圈的內(nèi)側(cè)壁同時接觸，所述活塞尾部與所述鎖緊座圈鎖緊；

當(dāng)所述活塞桿從鎖緊位置上移到解鎖位置，帶動所述鎖緊滾柱運(yùn)動到所述接觸解鎖面，所述鎖緊滾柱與所述過渡表面逐漸分離，所述活塞尾部與所述鎖緊座圈之間解鎖。

在上述方案中，所述故障保護(hù)面和接觸解鎖面之間的表面摩擦力大于所述鎖緊面和故障保護(hù)面之間的表面摩擦力。

在上述方案中，所述故障保護(hù)面的至少一部分向外突出，所述故障保護(hù)面與所述活塞桿的縱向軸線的夾角為1～5度。

在上述方案中，一根活塞螺釘由下至上依次穿設(shè)于所述活塞尾部和所述活塞桿，使所述活塞尾部和所述活塞桿固定連接，所述活塞桿與所述滾柱殼接觸處設(shè)有第一密封圈，所述活塞端部與所述機(jī)器人側(cè)的接觸處設(shè)有第二密封圈。

在上述方案中，所述機(jī)器人側(cè)和工具側(cè)上都分別開設(shè)有多個外接氣源裝置接口和多個模塊安裝位置，所述外接氣源裝置接口連接于機(jī)器人的氣動末端執(zhí)行器，所述模塊安裝位置從機(jī)器人手臂連通到末端執(zhí)行器供不同的介質(zhì)穿過。

在上述方案中，所述機(jī)器人側(cè)和工具側(cè)的外側(cè)壁上分別固定設(shè)有第一適應(yīng)盤和第二適應(yīng)盤，所述第一適應(yīng)盤和第二適應(yīng)盤分別連接于工業(yè)機(jī)器人和末端執(zhí)行器。

本發(fā)明還提供了一種上述的工業(yè)機(jī)器人末端工具的快速更換裝置的更換方法，包括以下步驟：

所述機(jī)器人側(cè)內(nèi)的所述活塞桿的上端腔室充氣，所述活塞桿經(jīng)氣壓驅(qū)動向下運(yùn)動，所述活塞尾部的外側(cè)壁接觸并向外部擠壓所述鎖緊滾柱，所述逐步接觸到所述鎖緊座圈的內(nèi)側(cè)壁；

所述機(jī)器人側(cè)內(nèi)的所述活塞桿的上端腔室繼續(xù)充氣，所述活塞桿經(jīng)氣壓驅(qū)動繼續(xù)向下運(yùn)動，此時所述鎖緊滾柱與所述鎖緊座圈的內(nèi)側(cè)壁產(chǎn)生較大接觸力與鎖緊力，所述機(jī)器人側(cè)與工具側(cè)鎖緊；

當(dāng)供氣源停止供氣時，所述活塞桿的上端因無氣壓驅(qū)動在機(jī)器人側(cè)的腔室內(nèi)上移，此時所述鎖緊滾柱逐漸與所述活塞尾部的外側(cè)壁分離，同時所述鎖緊滾柱逐漸移出所述鎖緊座圈解鎖。

本發(fā)明，通過氣動活塞驅(qū)動滾柱鎖緊機(jī)構(gòu)使機(jī)器人自動更換不同的末端執(zhí)行器或外圍設(shè)備，同時具有斷氣保護(hù)功能，使機(jī)器人的應(yīng)用更具柔性。既能提供并承受大的鎖緊力與負(fù)載力，并且對接誤差小，更換次數(shù)多，作業(yè)壽命長。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)拆分示意圖；

圖2為本發(fā)明解鎖時的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明斷氣保護(hù)時的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明鎖緊時的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中活塞尾部凹槽的表面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)打開的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做出詳細(xì)的說明。

如圖1至圖6所示，本發(fā)明提供的一種工業(yè)機(jī)器人末端工具的快速更換裝置，包括連接于工業(yè)機(jī)器人的機(jī)器人側(cè)1和連接于末端執(zhí)行器的工具側(cè)2，

機(jī)器人側(cè)1和工具側(cè)2相互扣合后共同形成中空的容腔，容腔內(nèi)由上至下分別設(shè)有活塞桿5、滾柱殼11和鎖緊座圈12，滾柱殼11固定于機(jī)器人側(cè)1內(nèi)，鎖緊座圈12固定于工具側(cè)2內(nèi)，活塞桿5的下部穿設(shè)于滾柱殼11的中心，且活塞桿5豎直滑動于機(jī)器人側(cè)1的容腔內(nèi)，活塞桿5的底部固定有活塞尾部8，一根活塞螺釘7由下至上依次穿設(shè)于活塞尾部8和活塞桿5，使活塞尾部8和活塞桿5固定連接，活塞尾部8倒扣于滾柱殼11內(nèi)，滾柱殼11的下部內(nèi)嵌于鎖緊座圈12內(nèi)。

活塞尾部8的外側(cè)壁和鎖緊座圈12的內(nèi)側(cè)壁之間抵靠有若干個鎖緊滾柱9，且滾柱殼11的側(cè)壁上開設(shè)有容納鎖緊滾柱9進(jìn)出的缺口，隨活塞桿5的豎直滑動，鎖緊滾柱9沿活塞尾部8的外側(cè)壁滾動且與鎖緊座圈12的內(nèi)側(cè)壁抵靠或分離，鎖緊滾柱9可被上下運(yùn)動的活塞桿5推動并通過滾柱殼11的缺口進(jìn)入工具端的鎖緊座圈12。

活塞尾部8的外側(cè)壁設(shè)有限制鎖緊滾柱9運(yùn)動的凹槽，凹槽與鎖緊座圈12的內(nèi)側(cè)壁之間通過所述鎖緊滾柱9嚙合，凹槽由下至上依次為一體成型的接觸解鎖面16、過渡面17，故障保護(hù)面18和鎖緊面19，四個面在快速更換裝置的鎖緊與解鎖過程中均具有特定的功能。

當(dāng)活塞桿5從接觸位置下移到鎖緊位置，帶動鎖緊滾柱9運(yùn)動到鎖緊表面19，鎖緊滾柱9與鎖緊表面19以及鎖緊座圈12的內(nèi)側(cè)壁同時接觸，活塞尾部8的凹槽表面通過對稱分布的鎖緊滾柱9嚙合至矩形座圈12，產(chǎn)生穩(wěn)定的鎖緊力，活塞尾部8與鎖緊座圈12鎖緊；

當(dāng)活塞桿5從鎖緊位置上移到解鎖位置，帶動鎖緊滾柱9運(yùn)動到接觸解鎖面16，鎖緊滾柱9與過渡面17逐漸分離，活塞尾部8與鎖緊座圈12之間解鎖。

故障保護(hù)面18和接觸解鎖面16之間的表面摩擦力大于鎖緊面19和故障保護(hù)面18之間的表面摩擦力。故障保護(hù)面18的至少一部分向外突出，使得當(dāng)活塞桿5在鎖緊面19和接觸解鎖面16之間移動時，故障保護(hù)面18與鎖緊滾柱9的接合產(chǎn)生相反的力，防止活塞桿5從鎖緊面19移動到接觸解鎖面16。故障保護(hù)面18與活塞桿5的縱向軸線的夾角優(yōu)選為1～5度。

活塞桿5與滾柱殼11接觸處設(shè)有第一密封圈6，活塞端部與機(jī)器人側(cè)1的接觸處設(shè)有第二密封圈10。機(jī)器人側(cè)1和工具側(cè)2上都分別開設(shè)有多個外接氣源裝置接口14和多個模塊安裝位置13，外接氣源裝置接口14連接于機(jī)器人的氣動末端執(zhí)行器，以用于不同型號的工業(yè)機(jī)器人手臂以及機(jī)器人末端執(zhí)行器。外接氣源裝置接口14的數(shù)目根據(jù)實際情況確定。模塊安裝位置13能夠讓不同的介質(zhì)例如氣體、電信號、液體、視頻、超聲等從機(jī)器人手臂連通到末端執(zhí)行器。

機(jī)器人側(cè)1和工具側(cè)2的外側(cè)壁上分別固定設(shè)有第一適應(yīng)盤3和第二適應(yīng)盤4，第一適應(yīng)盤3和第二適應(yīng)盤4分別連接于工業(yè)機(jī)器人和末端執(zhí)行器。

本發(fā)明還提供了一種上述的工業(yè)機(jī)器人末端工具的快速更換裝置的更換方法，包括以下步驟：

機(jī)器人側(cè)1內(nèi)的活塞桿5的上端腔室充氣，活塞桿5經(jīng)氣壓驅(qū)動向下運(yùn)動，活塞尾部8的外側(cè)壁接觸并向外部擠壓鎖緊滾柱9，逐步接觸到鎖緊座圈12的內(nèi)側(cè)壁；

機(jī)器人側(cè)1內(nèi)的活塞桿5的上端腔室繼續(xù)充氣，活塞桿5經(jīng)氣壓驅(qū)動繼續(xù)向下運(yùn)動，鎖緊滾柱9經(jīng)過接觸解鎖面16與故障保護(hù)面18之間的過渡面17，進(jìn)入鎖緊面19，此時鎖緊滾柱9與鎖緊座圈12的內(nèi)側(cè)壁產(chǎn)生較大接觸力與鎖緊力，機(jī)器人1側(cè)與工具側(cè)2鎖緊，同時完成機(jī)器人側(cè)與工具側(cè)的鎖緊，達(dá)到裝置鎖緊目的；

當(dāng)供氣源停止供氣時，活塞桿5的上端因無氣壓驅(qū)動在機(jī)器人側(cè)1的腔室內(nèi)上移，此時鎖緊滾柱9先與故障保護(hù)面18接觸，同時與鎖緊座圈12的內(nèi)側(cè)壁接觸，此時鎖緊力依然存在，保證裝置在故障情況下保持鎖緊狀態(tài)，以至于工具側(cè)不會因故障掉落。處于斷氣保護(hù)狀態(tài)；

解鎖時，活塞桿5的上端腔室充氣先使活塞略微下移，之后上端腔室停止供氣，隨即活塞尾部8的腔室充氣，此時鎖緊滾柱9逐漸與活塞尾部8的外側(cè)壁分離，同時鎖緊滾柱9逐漸移出鎖緊座圈12，達(dá)到裝置解鎖的目的。

本發(fā)明的鎖緊機(jī)構(gòu)為線接觸，具有較大鎖緊力，并能夠承受較大負(fù)載，其對接誤差小，對接速度快，重復(fù)定位精度高，更換次數(shù)多，壽命長。工業(yè)生產(chǎn)中通過使機(jī)器人自動更換不同的末端執(zhí)行器或外圍設(shè)備，使機(jī)器人的應(yīng)用更具柔性。

本發(fā)明，通過氣動活塞驅(qū)動滾柱鎖緊機(jī)構(gòu)使機(jī)器人自動更換不同的末端執(zhí)行器或外圍設(shè)備，同時具有斷氣保護(hù)功能，使機(jī)器人的應(yīng)用更具柔性。既能提供并承受大的鎖緊力與負(fù)載力，并且對接誤差小，更換次數(shù)多，作業(yè)壽命長。

本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下做出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。