一种快速更换机械臂末端执行器组件及机器人

摘要

本发明提供一种快速更换机械臂末端执行器组件及机器人。所述快速更换机械臂末端执行器组件包括连接模块、末端执行器和底座，所述连接模块的一端用于与机械臂末端连接，所述连接模块的另一端设有棱台结构的插块，所述插块相对所述连接模块的侧壁向外延伸；每一个所述末端执行器的上端均设有一个与所述插块匹配的插口，所述插口的下方设有插槽；多个所述末端执行器在所述底座上排布，且所述插槽与所述底座插接；所述连接模块的插块能与任意的末端执行器的插口插接，使所述插块的侧壁与插口的侧壁抵接锁紧。与相关技术相比，本发明所提供的快速更换机械臂末端执行器组件利用斜面构成原理，实现的是机械结构的快速更换。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人夹具，尤其涉及一种快速更换机械臂末端执行器组件及机器人。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

工业机器人可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行。先进的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

随着我国人口结构的不断变化，人口红利逐渐消失。2000年我国正式进入老龄化社会，至今，我国人口老龄化程度严重。老龄化的加快使中国用工成本急剧上升。2016 年，制造业平均工资达到 59470元/年，人工成本的提高导致企业利润被压缩，过去以劳动力价格为优势的部分企业正在全球化竞争的格局中逐渐丧失竞争力，一些劳动力密集型产业逐渐向东南亚地区转移。

因此，企业“机器换人”意愿强烈，从而推动对机器人的需求，从而对工业机器人末端执行器的需求也就日益增长。通过快速更换不同的末端执行器来有针对性的进行多项工作，从而极大的提高工作效率，利用一台机械臂仅仅通过快速更换末端执行器来达到执行多项工作的目标，大大的节约了成本。

如何能够快速有效的更换机器人末端执行器则是研究的重点和难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速更换机械臂末端执行器组件及机器人，能够实现机器人快速更换机械臂末端执行器。

本发明的技术方案是：一种快速更换机械臂末端执行器组件包括：

连接模块，所述连接模块的一端用于与机械臂末端连接，所述连接模块的另一端设有棱台结构的插块，所述插块相对所述连接模块的侧壁向外延伸；

多个末端执行器，每一个所述末端执行器的上端均设有一个与所述插块匹配的插口，所述插口的下方设有插槽；及

底座，多个所述末端执行器在所述底座上排布，且所述插槽与所述底座插接；

所述连接模块的插块能与任意的末端执行器的插口插接，使所述插块的侧壁与插口的侧壁抵接锁紧。

上述方案中，连接模块与末端执行器采用倾斜相同角度的斜面配合，当mgsina=μmgcosa （下滑力=摩擦力）得μ=tana，当μ>=tana 时，竖直方向无论再加多大的向下的压力，被抓物体都不会滑动，因此能够实现通过最简单的结构，实现最为快速、有效的安装方式，由此实现了末端执行器与连接模块之间的快速更换。

优选的，所述插口包括上顶面、下底面和两个斜面，两个所述斜面竖向设置使连接于两个斜面之间的上顶面的长度大于下底面的长度；所述插块与插口插接时，所述斜面与所述插块的侧壁抵接锁紧。

上述结构中，上顶面与下底面可不与插块的侧壁接触，只保证斜面接触即可，由此，可降低末端执行器的加工难度和加工成本，还能减少插块与插口之间的配合误差，通用性更好。

优选的，所述末端执行器的下端设有夹具部；

在底座的宽度方向的两侧各设置一个末端执行器，该两个末端执行器的夹具部外形相同；

在底座的长度方向上排布设有多个末端执行器，该多个末端执行器的夹具部外形不同。

将具有不同夹具部的末端执行器在底座上排布设置，满足机械臂的工作环境，利于机械臂与末端执行器的快速更换，不影响抓取工作。

优选的，所述夹具部的外形有直杆、L形杆和锥形杆。上述结构的夹具部可以满足不同外形的物体的抓取，扩大夹具的使用范围，通用性加高，且降低成本。

优选的，所述末端执行器上设有上挡板和下挡板，所述上挡板位于插口的下方，且沿插口的轴向方向自末端执行器的两个侧壁延伸；所述下挡板在末端执行器的一个侧壁上与上挡板平行设置；所述上挡板和下挡板形成所述插槽。

优选的，所述末端执行器的夹具部设于所述下挡板的下端，所述末端执行器设有插口的部位与所述夹具部在竖直方向上错开设置。可以让末端执行器从侧面进入底座，以实现底座的通用性。

优选的，所述底座包括第一板及多个第二板，多个所述第二板沿所述第一板间隔排布，所述第一板的两侧与第二板之间形成凹槽，每两个所述第二板之间形成与所述凹槽相通的滑槽，所述末端执行器自所述滑槽伸入所述凹槽中，使上挡板分别与第一板和第二板接触，下挡板与第一板接触。

优选的，所述底座还包括用于将第一板和第二板支撑于一定高度上的第三板，所述第三板连接于第一板的两端，且其中一个所述第三板与第二板之间形成所述滑槽。

优选的，所述连接模块包括水平部和竖直部，所述水平部上排布设有多个与机械臂末端连接的通孔，所述竖直部与所述水平部垂直设置，且所述竖直部与所述水平部之间通过过渡段连接，所述过渡段的侧壁与所述水平部的侧壁之间具有呈钝角的倾斜角α；所述插块设于所述竖直部上，且所述插块与所述水平部的延伸方向相同。

本发明还提供一种机器人，包括机械臂和装在机械臂末端的末端执行器，所述末端执行器通过上述的快速更换机械臂末端执行器组件实现快速更换。

与相关技术相比，本发明的有益效果为：

一、利用斜面构成原理，实现的是机械结构的快速更换，不需要采用电力控制，且软、硬件需要较低，能够帮助绝大多数机械臂完成快速更换末端执行器的目的，适用范围广；

二、提高生产效率，节约人力成本，并能够保证较高的精度。

附图说明

图1为本发明提供的快速更换机械臂末端执行器组件的结构示意图；

图2为图1中的连接模块的结构示意图；

图3为图1中的某一种末端执行器的结构示意图；

图4为图3中的A向且局部剖示意图；

图5为图1中的底座的结构示意图。

附图中：1-连接模块、11-水平部、12-竖直部、13-插块、14-通孔、2-末端执行器、21-插口、211-上顶面、212-下底面、213-斜面、22-上挡板、23-下挡板、24-插槽、25-夹具部、3-底座、31-第一板、32-第二板、33-第三板、34-凹槽、35-滑槽。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1所示，本实施例提供的一种快速更换机械臂末端执行器组件包括连接模块1、末端执行器2和底座3。

如图2所示，所述连接模块1包括水平部11、竖直部12、插块13和通孔14。所述水平部11上排布设有多个与机械臂末端连接的所述通孔14，根据不同机械臂的型号，安装在合适位置的通孔14上，以满足多型号机械臂使用。

所述竖直部12与所述水平部11垂直设置，且所述竖直部12与所述水平部11之间通过过渡段连接，所述过渡段的侧壁与所述水平部11的侧壁之间具有呈钝角的倾斜角α。

如图1所示，一个机械臂末端安装两个相对滑动的连接模块1，所述倾斜角α可有效避免滑动时两个末端执行器2的相互干涉。另外，过渡段的结构更利于力的传递与减少应力集中。

所述插块13设于所述竖直部12，且所述插块13与所述水平部11的延伸方向相同。如图2所示，所述插块13自所述竖直部12的侧壁向外延伸呈棱台结构，最好是四棱台。

如图1、3所示，所述末端执行器2的数量为多个，在所述底座3上依次排布。所述末端执行器2包括插口21、上挡板22、下挡板23、插槽24和夹具部25。

所述插口21上顶面211、下底面212和两个斜面213。两个所述斜面213竖向设置使连接于两个斜面213之间的上顶面211的长度大于下底面212的长度。优选的，两个斜面213沿插口21的径向竖直中心线呈左右对称。所述插块13与插口21插接时，所述斜面213与所述插块13的侧壁抵接锁紧。所述斜面213的倾斜角需要根据制作材料的摩擦系数调节。斜面213的倾斜角越小，两个斜面213的自锁能力则越大，即末端执行器2与机械臂连接越稳固。所述斜面213的轴向上的长度，在不影响其他结构的情况下，尽可能的加长。

如图3、4所示，所述末端执行器2上设有所述上挡板22和下挡板23。所述上挡板22位于插口21的下方，且沿插口21的轴向方向自末端执行器2的两个侧壁延伸。所述下挡板23在末端执行器2的一个侧壁上与上挡板22平行设置。所述上挡板22和下挡板23形成所述插槽24。

所述末端执行器2的夹具部25设于所述下挡板23的下端，所述末端执行器2设有插口21的部位与所述夹具部25在竖直方向上错开设置（如图4所示）。错开设置可让末端执行器2从侧面进入底座内，以实现底座的通用性。

如图1所示，所述末端执行器2的所述夹具部的外形有直杆、L形杆和锥形杆。在底座3的宽度方向的两侧各设置一个末端执行器2，该两个末端执行器2的夹具部25外形相同，用于机械臂末端的同型号的末端执行器2同时更换。在底座3的长度方向上排布设有多个末端执行器2，该多个末端执行器2的夹具部25外形不同，用于机械臂末端的不同型号的末端执行器2的更换。

如图1、5所示，所述底座3包括第一板31、第二板32、第三板33、凹槽34和滑槽35。所述第三板33连接于所述第一板31的两端，用于将所述第一板31支撑于一定高度上。沿所述第一板31的长度方向，每隔一定距离设置一个第二板32。所述第二板32与第一板31位于同一个水平面上。所述第一板31的两侧与第二板32形成所述凹槽34。每两个所述第二板32之间形成与所述凹槽34相通的滑槽35，及其中一个所述第三板33与第二板32之间形成所述滑槽35。所述末端执行器2自所述滑槽35伸入所述凹槽34中，使上挡板22分别与第一板31和第二板32接触，下挡板23与第一板31接触。

如图1所示，多个末端执行器2同型号的两个放置在底座3的同一个第二板32的两个凹槽中，且夹具部25临近第一板31（底座3的内侧）设置，末端执行器2具有插口21的部位远离第一板31（底座3的外侧）设置。

机械臂末端安装的两个连接模块1中，具有插块13的一侧朝内。两个连接模块1滑动合拢时，插块13自插口21的外侧伸入。所述末端执行器2设有插口21的部位与所述夹具部25在竖直方向上错开设置的结构设计，还能使插块13横向插入插口21中时，在内侧设置的夹具部25与第一板31形成限位，位于外侧的插口21形成有足够的便于插块13插入的空间，便捷、快速的实现所述插块13的侧壁与插口21的斜面的抵接锁紧。

连接模块1与末端执行器2锁紧后，由机械臂带动连接模块1与末端执行器2自沿所述凹槽34滑出至滑槽35中，再自滑槽35滑出脱离底座3。

如需放置末端执行器2，先将末端执行器2放置在底座3对用的凹槽34中，驱动两个连接模块1滑动张开，在第二板32的限位作用下，插块13与插口21脱离。

如图1所示，本发明提供的一种快速更换机械臂末端执行器组件，包括以下步骤：

步骤一，制作一个与机器人机械臂和末端执行器相连接的承上启下的机构：

该步骤具体为：在连接模块的上端制作水平部，并打通孔可以与螺丝配合，在连接模块的下端制作具有斜面的插块，该插块的倾斜角能够满足自锁条件，保证自锁能力。水平部通过螺丝与机械臂相连，插块与末端执行器的插口的斜面配合。如图2所示。

步骤二，制作末端执行器：

该步骤具体为：末端执行器的上端制作一个具有斜面的插口，用于与步骤一的插块实现自锁。末端执行器的下端的夹具部根据具体需要实现的动作功能进行特定更改，实现专用夹具。如图3所示。

步骤三，两部分斜面的制作：

该步骤具体为：两斜面的倾角需要保持一致且方向相同；斜面的倾斜角需根据制作材料的摩擦系数调节。如图2、3所示。

步骤四，末端执行器的放置结构

该步骤具体为：在末端执行器上端制作一个延展平面（上挡板和下挡板）用于与底座配合，放置和固定末端执行器。在末端执行器下端的夹具部具体满足工作要求的部分与末端执行器的上端采用错位方式（如图4所示），目的是让末端执行器能够从侧面进入底座，以实现底座的通用性。

步骤五，制作底座，用于放置、固定和更换末端执行器：

该步骤具体为：底座需要满足通用性，即，无论末端执行器呈现什么形状都可以满足快速更换。底座上的第一板和第二板与末端执行器的上挡板配合放置。底座上滑槽的尽头为一个与末端执行器上端同样大小的凹槽，所述凹槽用来固定末端执行器。目的让机械臂更换末端执行器的时候，可以在固定位置实现快速更换。如图5所示。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。