一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置

摘要

本发明公开了一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，包括主盘、工具盘、自锁盘、扭簧、导向轴和自锁销，主盘设有空腔，导向轴和自锁盘均设置于空腔内，主盘一端设有连接部，工具盘一端设有具有开口的滑动腔，自锁盘转动连接导向轴，自锁盘与导向轴之间连接有常闭式电磁离合器，扭簧套设在导向轴上，扭簧一端固定连接空腔内壁，其另一端固定连接自锁盘，自锁盘上设有若干弧形槽，若干弧形槽内均设有一个自锁销，自锁销远离导向轴的一端穿过连接部的侧壁，自锁销用于其与滑动腔内壁抵接时沿着弧形槽推动自锁盘转动，滑动腔内壁设有锁紧槽，放弃了现有的气动锁紧、解锁而采用机械机构锁紧，快速换装，电动解锁，安全可靠。

权利要求

1.一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，包括主盘（100）、工具盘（200）、自锁盘（104）、扭簧（105）、导向轴（107）和自锁销（112），所述主盘（100）设有空腔，所述导向轴（107）和所述自锁盘（104）均设置于所述空腔内，所述导向轴（107）两端连接所述空腔内壁，所述主盘（100）一端设有连接部，所述工具盘（200）一端设有具有开口的滑动腔，所述滑动腔与所述连接部适配，所述导向轴（107）穿过所述自锁盘（104），所述自锁盘（104）转动连接所述导向轴（107），所述自锁盘（104）与所述导向轴（107）之间连接有常闭式电磁离合器，所述扭簧（105）套设在所述导向轴（107）上，所述扭簧（105）一端端部固定连接所述空腔内壁，其另一端端部固定连接所述自锁盘（104），所述自锁盘（104）上设有若干弧形槽，若干所述弧形槽内均设有一个所述自锁销（112），所述自锁销（112）远离所述导向轴（107）的一端穿过所述连接部的侧壁，所述自锁销（112）用于其与所述滑动腔内壁抵接时沿着所述弧形槽推动所述自锁盘（104）转动，所述滑动腔内壁设有锁紧槽（203），所述锁紧槽（203）与所述自锁销（112）穿过所述连接部的一端适配，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。

2.根据权利要求1所述的一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述自锁销（112）顶部设有轴部，其侧面设有插接部，所述轴部设置于所述弧形槽内，所述连接部侧壁设有与所述插接部适配的穿孔，所述连接部设置于所述穿孔内且延伸出所述连接部，所述自锁销（112）底部设置在所述空腔内壁上。

3.根据权利要求2所述的一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述插接部设有倒角。

4.根据权利要求1所述的一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，若干所述弧形槽围绕所述自锁盘（104）的轴心呈环形阵列分布，所述弧形槽一端与所述导向轴（107）之间的距离小于其另一端与所述导向轴（107）之间的距离。

5.根据权利要求1所述的一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述自锁销（112）和所述常闭式电磁离合器设置于所述自锁盘（104）两侧，所述常闭式电磁离合器设置于所述自锁盘（104）远离所述连接部的一侧。

6.根据权利要求1‑5任意一项所述的一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述常闭式电磁离合器套设在所述导向轴（107）上，所述常闭式电磁离合器由上至下依次包括离合器壳体（108）、吸附装置（109）、弹性圈、压盘（110）和从动盘（111）；

所述从动盘（111）设置在所述常闭式电磁离合器靠近所述自锁盘（104）的一侧，所述从动盘（111）连接所述自锁盘（104），所述导向轴（107）固定连接所述离合器壳体（108），所述离合器壳体（108）固定连接所述吸附装置（109），所述吸附装置（109）连接所述弹性圈一侧，所述弹性圈另一侧固定连接所述压盘（110），所述压盘（110）与所述从动盘（111）抵接，所述吸附装置（109）用于吸附所述压盘（110）挤压所述弹性圈，并且使所述压盘（110）与所述从动盘（111）之间产生间隙。

7.根据权利要求6所述的一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述吸附装置（109）为电磁铁，所述离合器壳体（108）靠近所述自锁盘（104）的一侧设有环形槽，所述电磁铁安装在所述环形槽内。

8.根据权利要求1所述的一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述主盘（100）的端面设有若干导向销（113），所述工具盘（200）开口端面设有与所述导向销（113）适配的导向孔（204）。

9.根据权利要求1所述的一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，其特征在于，所述第一通信头为通讯触点母端（103），所述第二通信头为通讯触点公端（202）。

说明书

一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置

技术领域

[0001] 本发明涉及机械臂快换装置领域，具体来说是一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

发明内容

[0005] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于：提供一种旋转电磁控制卡爪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。

[0006] 为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

[0007] 一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，包括主盘、工具盘、自锁盘、扭簧、导向轴和自锁销，所述主盘设有空腔，所述导向轴和所述自锁盘均设置于所述空腔内，所述
导向轴两端连接所述空腔内壁，所述主盘一端设有连接部，所述工具盘一端设有具有开口
的滑动腔，所述滑动腔与所述连接部适配，所述导向轴穿过所述自锁盘，所述自锁盘转动连
接所述导向轴，所述自锁盘与所述导向轴之间连接有常闭式电磁离合器，所述扭簧套设在
所述导向轴上，所述扭簧一端端部固定连接所述空腔内壁，其另一端端部固定连接所述自
锁盘，所述自锁盘上设有若干弧形槽，若干所述弧形槽内均设有一个所述自锁销，所述自锁
销远离所述导向轴的一端穿过所述连接部的侧壁，所述自锁销用于其与所述滑动腔内壁抵
接时沿着所述弧形槽推动所述自锁盘转动，所述滑动腔内壁设有锁紧槽，所述锁紧槽与所
述自锁销穿过所述连接部的一端适配。

[0008] 进一步的，所述自锁销顶部设有轴部，其侧面设有插接部，所述轴部设置于所述弧形槽内，所述连接部侧壁设有与所述插接部适配的穿孔，所述连接部设置于所述穿孔内且
延伸出所述连接部，所述自锁销底部设置在所述空腔内壁上。

[0009] 进一步的，所述插接部设有倒角。

[0010] 进一步的，若干所述弧形槽围绕所述自锁盘的轴心呈环形阵列分布，所述弧形槽一端与所述导向轴之间的距离小于其另一端与所述导向轴之间的距离。

[0011] 进一步的，所述自锁销和所述常闭式电磁离合器设置于所述自锁盘两侧，所述常闭式电磁离合器设置于所述自锁盘远离所述连接部的一侧。

[0012] 进一步的，所述常闭式电磁离合器套设在所述导向轴上，所述常闭式电磁离合器由上至下依次包括离合器壳体、吸附装置、弹性圈、压盘和从动盘；所述从动盘设置在所述
常闭式电磁离合器靠近所述自锁盘的一侧，所述从动盘连接所述自锁盘，所述导向轴固定
连接所述离合器壳体，所述离合器壳体固定连接所述吸附装置，所述吸附装置连接所述弹
性圈一侧，所述弹性圈另一侧固定连接所述压盘，所述压盘与所述从动盘抵接，所述吸附装
置用于吸附所述压盘挤压所述弹性圈，并且使所述压盘与所述从动盘之间产生间隙。

[0013] 进一步的，所述吸附装置为电磁铁，所述离合器壳体靠近所述自锁盘的一侧设有环形槽，所述电磁铁安装在所述环形槽内。

[0014] 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。

[0015] 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。

[0016] 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。

[0017] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

[0018] 1、通过自锁盘与自锁销的机械式配合，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。

[0019] 2、电磁铁通电时，吸引金属材质的压盘向上运动，与从动盘之间产生间隙，从动盘和自锁盘进而可以转动，电磁铁断电时，弹性圈恢复形变，使压盘挤压从动盘，二者之间产
生的摩擦力进而对自锁盘产生周向约束，达到了便于控制对自锁盘的约束的有益效果。

附图说明

[0020] 图1为本发明一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置整体结构图；

[0021] 图2主盘和工具盘立体示意图；

[0022] 图3主盘立体仰视示意图；

[0023] 图4为工具盘示意图；

[0024] 图5为自锁盘和自锁销示意图；

[0025] 附图标记列表

[0026] 100‑主盘，101‑主盘端盖，102‑主盘壳体，103‑通讯触点母端，104‑自锁盘，105‑扭簧，106‑电控板，107‑导向轴，108‑离合器壳体，109‑吸附装置，110‑压盘，111‑从动盘，112‑
自锁销，113‑导向销，200‑工具盘，201‑工具盘壳体，202‑通讯触点公端，203‑锁紧槽，204‑
导向孔；

具体实施方式

[0027] 下面将结合附图1‑5，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。

[0028] 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。

[0029] 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。

[0030] 一种旋转电磁控制卡爪式机器人末端快换装置，包括主盘100、工具盘200、自锁盘104、扭簧105、导向轴107和自锁销112，所述主盘100设有空腔，所述导向轴107和所述自锁
盘104均设置于所述空腔内，所述导向轴107两端连接所述空腔内壁，所述主盘100一端设有
连接部，所述工具盘200一端设有具有开口的滑动腔，所述滑动腔与所述连接部适配，所述
导向轴107穿过所述自锁盘104，所述自锁盘104转动连接所述导向轴107，所述自锁盘104与
所述导向轴107之间连接有常闭式电磁离合器，所述扭簧105套设在所述导向轴107上，所述
扭簧105一端端部固定连接所述空腔内壁，其另一端端部固定连接所述自锁盘104，所述自
锁盘104上设有若干弧形槽，若干所述弧形槽内均设有一个所述自锁销112，所述自锁销112
远离所述导向轴107的一端穿过所述连接部的侧壁，所述自锁销112用于其与所述滑动腔内
壁抵接时沿着所述弧形槽推动所述自锁盘104转动，所述滑动腔内壁设有锁紧槽203，所述
锁紧槽203与所述自锁销112穿过所述连接部的一端适配。

[0031] 主盘100包括主盘端盖101，主盘壳体102，连接部设置在主盘壳体102底部，其直径小于主盘壳体102的直径，主盘端盖101通过螺钉连接在主盘壳体102顶部，方便拆卸，主盘
端盖101远离主盘壳体102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外侧面设有工具盘壳体201以提高结构稳定性，工具盘200远离其开口的一端用于连
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，常闭式电磁离合器初始状态下对自锁盘104具有
周向约束，使自锁盘104不能在导向轴107上转动，通电之后，其解除对自锁盘104的约束，自
锁盘104此时可自由转动。

[0032] 锁紧阶段时，主盘100连接部插入工具盘200的滑动腔，常闭式电磁离合器通电，不限制自锁盘104的转动，工具盘200的滑动腔内壁挤压自锁销112穿出滑动腔的一端，自锁销
112进而产生挤压力在弧形槽的内壁上，进而顺着弧形槽内壁推动自锁盘104转动，并间接
扭转扭簧105，自锁销112最终沿则弧形槽缩回主盘100内，自锁销112外侧端部与导向轴107
之间的径向长度变小，当工具盘200到达锁紧位置后，如图1所示，自锁销112恰好位于锁紧
槽203位置，此时扭簧105回位，弧形槽内壁推动自锁销112反向运动，自锁销112外侧端部与
导向轴107之间的径向长度变大，并使自锁销112挤压锁紧槽203，最后常闭式电磁离合器断
电，自锁盘104重新被约束，完成锁紧，因为此时自锁盘104不能转动，故自锁销112不会由于
机械臂的一系列运动而自行缩回。

[0033] 解锁阶段时，常闭式电磁离合器通电，主盘100远离工具盘200，与锁紧阶段时的原理相同，自锁销112缩回且自锁盘104转动，主盘100脱离工具盘200之后，自锁盘104和自锁
销112重新复位。

[0034] 通过本装置自锁盘104与自锁销112的机械式配合，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。并且本发明结构简
单，拆卸方便，成本低廉。

[0035] 进一步的，所述自锁销112顶部设有轴部，其侧面设有插接部，所述轴部设置于所述弧形槽内，所述连接部侧壁设有与所述插接部适配的穿孔，所述连接部设置于所述穿孔
内且延伸出所述连接部，所述自锁销112底部设置在所述空腔内壁上。

[0036] 进一步的，所述插接部设有倒角。

[0037] 进一步的，若干所述弧形槽围绕所述自锁盘104的轴心呈环形阵列分布，所述弧形槽一端与所述导向轴107之间的距离小于其另一端与所述导向轴107之间的距离。

[0038] 轴部呈圆柱体结构，其直径与弧形槽的内外径之差适配，轴部在弧形槽内滑动的过程中，其与导向轴107之间的径向距离改变，进而使插接部回缩或伸出。

[0039] 进一步的，所述自锁销112和所述常闭式电磁离合器设置于所述自锁盘104两侧，所述常闭式电磁离合器设置于所述自锁盘104远离所述连接部的一侧。

[0040] 进一步的，所述常闭式电磁离合器的中空部分套设在所述导向轴107上，所述常闭式电磁离合器由上至下依次包括离合器壳体108、吸附装置109、弹性圈、压盘110和从动盘
111；所述从动盘111设置在所述常闭式电磁离合器靠近所述自锁盘104的一侧，所述从动盘
111通过螺钉连接所述自锁盘104，所述导向轴107固定连接所述离合器壳体108，所述离合
器壳体108固定连接所述吸附装置109，所述吸附装置109连接所述弹性圈一侧，所述弹性圈
另一侧固定连接所述压盘110，所述压盘110与所述从动盘111抵接，所述吸附装置109用于
吸附所述压盘110挤压所述弹性圈，并且使所述压盘110与所述从动盘111之间产生间隙。

[0041] 进一步的，所述吸附装置109为电磁铁，所述离合器壳体108靠近所述自锁盘104的一侧设有环形槽，所述电磁铁固定安装在所述环形槽内。

[0042] 电磁铁通电时，吸引金属材质的压盘110向上运动，与从动盘111之间产生间隙，从动盘111和自锁盘104进而可以转动，在连接部插入滑动腔时，使得自锁销112可以回缩，电
磁铁断电时，弹性圈恢复形变，使压盘110挤压从动盘111，二者之间产生的摩擦力进而对自
锁盘104产生周向约束，达到了便于控制对自锁盘104的约束的有益效果。

[0043] 进一步的，所述主盘100的端面设有若干导向销113，所述工具盘200开口端面设有与所述导向销113适配的导向孔204，通过主盘100上的两个夹角135°分布的带有锥度的导
向销113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；

[0044] 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。

[0045] 进一步的，所述第一通信头为通讯触点母端103，所述第二通信头为通讯触点公端202。当工具盘200到达锁紧位置后，通讯触点母端103与通讯触点公端202接触，连通通讯回
路，传递信号给主盘端盖101内的电控板106，进行使吸附装置109执行相应的动作，电控板
106、通讯触点母端103与通讯触点公端202为现有常规技术，其安装连接方式本技术领域人
员完全可以实现，本发明不涉及对其改造所以不再赘述。

[0046] 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。