一种机械臂末端执行机构快速自动接口装置的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种机械臂末端执行机构快速自动接口装置。

背景技术：

机械臂末端执行机构是机械臂与外界进行交互的最后环节和执行部件，是机器臂用来直接执行各种操作和任务的器件，它关乎着机械臂能否快速且有效的完成指定的任务。在工业机器人和特种机器人领域有着广泛的应用，不同的机械臂末端执行机构影响着机械臂在各个领域的工作范围。与此同时，是否能够快速、稳定、灵活、更换机械臂末端执行机构成为现今机械臂末端执行机构以及机械臂设计的重要指标。

目前的机械臂末端执行机构大都为固定的，无法快速更换，一般需要人工手动更换机械臂末端执行机构，这就导致机器人可以抓取或完成的动作受到限制。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现要素：

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种机械臂末端执行机构快速自动接口装置，包括第一配合部和第二配合部，所述第一配合部安装在机械臂末端关节上，所述第二配合部安装在机械臂末端执行机构上，所述第一配合部和所述第二配合部可拆卸连接；

所述第一配合部包括公头部、传动部、张进舵机、顶丝舵机，所述张进舵机通过所述传动部实现所述公头部与所述第二配合部的开锁，所述顶丝舵机通过所述传动部和所述公头部连接；所述第二配合部包括底座和接收板；

所述底座固定设置在所述接收板上，所述接收板固定设置在机械臂末端执行机构表面上；所述底座设置有卡接槽，所述卡接槽中心设置有配合孔，所述配合孔端部突起在所述卡接槽内形成环形的配合凸台，所述配合凸台和所述卡接槽侧壁形成下沉的限位槽；所述公头部包括公头、球头销，所述公头设置在所述卡接槽内，所述球头销设置在所述配合孔内，所述公头中心设置有连接孔，所述公头通过所述连接孔套设在所述球头销上，所述连接孔一端设置有第二凸台，在设置有所述第二凸台的端部位置处，所述公头和所述球头销形成环形配合槽，从而实现所述配合凸台和所述配合槽之间的卡接配合。

较佳的，所述连接孔远离所述第二凸台的端部有第一凸台，所述球头销对应所述第一凸台设置有第三凸台，所述第一凸台和所述第三凸台之间的卡接。

较佳的，所述卡接槽底部对应所述配合凸台外侧设置有环形刹车片，所述传动部包括顶丝轴，所述公头设置有通螺栓孔，所述顶丝轴贯穿所述通螺栓孔并与所述通螺栓孔螺纹连接，所述顶丝舵机与所述顶丝轴连接，所述顶丝轴端部可与所述刹车片接触设置。

较佳的，所述传动部还包括主动齿轮、从动齿轮和丝杆轴，所述从动齿轮和所述主动齿轮啮合连接，所述从动齿轮固定设置在所述丝杆轴上，所述主动齿轮固定设置在所述张进舵机的输出轴上，所述丝杆轴的螺纹端和所述球头销螺纹连接，所述丝杆轴的光轴端设置有法兰直线轴承，所述法兰直线轴承固定设置。

较佳的，所述球头销内的中心两端分别设置有导向螺纹孔和中空腔体，所述导向螺纹孔和所述中空腔体同轴且连通，所述导向螺纹孔与所述丝杆轴螺纹连接。

较佳的，所述中空腔体内设置有一个中心球体和至少三个侧球体，所述中心球体设置在所述中空腔体的轴线上，且所述中心球体位于所述侧球体和所述导向螺纹孔之间，所述侧球体以所述中空腔体的轴线环形均布，所述中空腔体对应各所述侧球体均设置有通过孔，所述通过孔为贯通结构，且所述通过孔的直径小于所述侧球体直径，所述丝杆轴端部可与所述中心球体接触设置，所述中心球体可与所述侧球体接触设置。

较佳的，所述配合孔在所述配合凸台位置处设置有限位环，所述限位环和所述侧球体形成卡接。

较佳的，所述导向螺纹孔的直径小于所述中空腔体的直径，且所述中心球体的直径大于所述导向螺纹孔的直径。

较佳的，所述第一配合部还包括第一电机罩、第二电机罩、末端转接法兰、转兰，所述第一电机罩和所述第二电机罩通过所述转兰连接，所述末端转接法兰固定设置在所述第二电机罩上，且所述末端转接法兰与机械臂末端关节固定连接，所述张进舵机和所述顶丝舵机设置在所述第二电机罩内，所述传动部设置在所述第一电机罩内，所述法兰直线轴承固定设置在所述转兰上。

较佳的，所述转兰为圆盘形结构，所述转兰中心设置有第六通过孔以放置所述法兰直线轴承的轴承端，以所述第六通过孔为中心环形设置有第三螺纹孔以与所述法兰直线轴承的法兰端连接；所述转兰环形设置有第二连接孔，通过所述第二连接孔、所述第一电机罩的第一连接孔以及所述第二电机罩的第二通孔实现所述转兰、所述第一电机罩、所述第二电机罩之间的连接固定。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明通过设置第一配合部和第二配合部，所述第一配合部安装在机械臂末端关节上，所述第二配合部通过螺栓连接在机械臂末端执行机构表面，只需所述第一配合部和所述第二配合部之间连接固定即可装夹物体；所述第一配合部通过机械臂带动与所述第二配合部导向槽底部的所述刹车片相接触，所述张进舵机带动所述主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮啮合设置带动所述从动齿轮转动，所述从动齿轮转动带动所述丝杆轴，使得所述丝杆轴的螺栓端在所述球头销上端的螺纹孔内移动进而推动所述球头销内的上方的球体从而挤压其余的球体向外扩张与所述第二配合部的梯形孔相固定，实现第一配合部与第二配合部之间的轴向固定；所述顶丝舵机带动所述顶丝向下转动顶紧所述刹车，之后顶丝舵机停止转动达到刹车的目的，实现第一配合部与第二配合部的周向固定，进而实现机械臂末端执行机构的快速更换；实现了快速、自动更换机械臂末端执行机构。

附图说明

图1为所述机械臂末端执行机构快速自动接口装置的结构视图；

图2为所述第二配合部的结构视图；

图3为所述公头部的结构视图；

图4为所述传动部的结构视图；

图5为所述第一电机罩的结构视图；

图6为所述第二电机罩的结构视图；

图7为所述转兰的结构视图。

图中数字表示：

1-接收板；2-刹车片；3-底座；4-公头；5-球头销；6-顶丝轴；7-从动齿轮；8-丝杆轴；9-舵盘法兰直线导轨；10-顶丝舵机轮；11-拨板；12-顶丝舵机；13-第一电机罩；14-主动轴；15-主动齿轮；16-舵盘转接法兰；17-转兰；18-张进舵机轮；19-张进舵机；20-第二电机罩；21-末端转接法兰；22-法兰直线轴承；31-卡接槽；32-配合孔；33-螺栓孔；34-沉头螺栓孔；41-通螺栓孔；42-第一凸台；43-顶丝孔；44-第一螺纹孔；51-导向螺纹孔；52-中心球体；53-侧球体；81-螺纹端；82-光轴端；131-顶丝通过孔；132-第一凹槽；133-第一通孔；134-中心通过孔；135-第一连接孔；136-第四凸台；161-第一连接端；162-第二连接端；171-第二连接孔；172-第四通过孔；173-第五通过孔；174-第六通过孔；175-第三螺纹孔；201-第二凹槽；202-第一通过孔；203-第二通过孔；204-第五凸台；205-第三连接孔；206-第二通孔；207-第三通过孔；208-第二螺纹孔；221-法兰端；222-轴承端。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1所示，图1为所述机械臂末端执行机构快速自动接口装置的结构视图；本发明所述机械臂末端执行机构快速自动接口装置包括第一配合部和第二配合部，所述第一配合部安装在机械臂末端关节上，所述第二配合部安装在机械臂末端执行机构表面上，通过所述第一配合部和所述第二配合部的卡接固定，以实现所述机械臂末端关节和机械臂末端执行机构之间的可拆卸连接。

所述第一配合部包括公头部、传动部、张进舵机19、顶丝舵机12，所述张进舵机19通过所述传动部实现所述公头部与所述第二配合部的开锁，所述顶丝舵机12通过所述传动部和所述公头部连接。所述第二配合部包括底座3和接收板1。

如图2所示，图2为所述第二配合部的结构视图；所述底座3固定设置在所述接收板1上，所述接收板1固定设置在机械臂末端执行机构上。

所述底座3为环形结构，所述底座3设置有圆形的卡接槽31，所述卡接槽31中心设置有圆形的配合孔32，所述配合孔32端部突起在所述卡接槽31内形成环形的配合凸台，所述配合凸台和所述卡接槽31侧壁形成下沉的限位槽。

如图3所示，图3为所述公头部的结构视图；对应的，所述公头部包括公头4、球头销5，所述公头4设置在所述卡接槽31内，所述球头销5设置在所述配合孔32内。所述公头4中心设置有连接孔，所述公头4通过所述连接孔套设在所述球头销5上，所述连接孔两端分别设置有第一凸台42和第二凸台，所述球头销5对应所述第一凸台42设置有第三凸台，通过所述第一凸台42和所述第三凸台之间的卡接实现所述公头4和所述球头销5相对位置的固定，同时在设置有所述第一凸台42的端部位置处设置顶丝孔43，所述公头4通过螺钉顶丝实现所述球头销5和所述公头4的周向固定；在设置有所述第二凸台的端部位置处，所述公头4和所述球头销5形成环形配合槽，从而实现所述配合凸台和所述配合槽之间的卡接配合。

所述配合孔32在所述配合凸台位置处设置有限位环，通过所述限位环可实现所述球头销5在所述配合孔32内的卡接限定。同时，所述公头4端部通过所述限位槽进行位移限制，从而可限定所述球头销5在所述配合孔32内的相对位置，通过所述限位环和所述限位槽的双重限位作用，从而避免所述球头销5在锁定状态下的轴向移动。

较佳的，所述卡接槽31底部对应所述配合凸台外侧设置有环形刹车片2，对应的，所述传动部包括顶丝轴6，所述公头4设置有通螺栓孔41，所述顶丝轴6穿过所述通螺栓孔41并与所述通螺栓孔41螺纹连接，所述顶丝舵机12与所述顶丝轴6连接，通过带动所述顶丝轴6转动实现所述顶丝轴6和所述通螺栓孔41的相对转动，从而使所述顶丝轴6轴向移动，在所述球头销5在锁定状态下时，所述顶丝轴6端部和所述刹车片2顶压接触，从而避免所述公头4和所述底座3之间的相对转动。

所述顶丝舵机12通过所述顶丝舵机轮10和所述舵盘法兰9实现与所述顶丝轴6的端部的固定连接，通过所述顶丝轴6的转动实现所述顶丝轴6的轴向移动，从而使所述顶丝轴6的端部带动所述顶丝舵机12在所述拨板11上轴向移动。所述拨板11实现对所述顶丝舵机12的周向固定。

所述顶丝舵机12通过所述顶丝舵机轮10与所述舵盘法兰直线导轨9的固定端连接，且所述顶丝轴6的端部与所述舵盘法兰直线导轨9的导轨端连接，通过所述顶丝轴6的转动实现所述顶丝轴6的轴向移动，从而使所述顶丝轴6的端部与所述舵盘法兰直线导轨9的导轨端内直线移动。

较佳的，所述接收板1上设置有螺栓孔33与机械臂末端执行机构之间螺栓连接。所述接收板1设置有阶梯孔与所述底座3配合，设置有沉头螺栓孔34用于与所述底座3之间的螺栓连接。

实施例二

如图4所示，图4为所述传动部的结构视图；所述传动部还包括主动齿轮15、从动齿轮7和丝杆轴8，所述从动齿轮7和所述主动齿轮15啮合连接，所述从动齿轮7固定设置在所述丝杆轴8上，所述主动齿轮15固定设置在所述张进舵机19的输出轴上，所述丝杆轴8的螺纹端81和所述球头销5螺纹连接，光轴端82设置有法兰直线轴承22，所述法兰直线轴承22固定设置。通过所述张进舵机19带动所述主动齿轮15转动，从而带动所述丝杆轴8转动，由于所述丝杆轴8和所述球头销5的螺纹连接，从而使所述丝杆轴8和所述球头销5在轴向上相对移动。

具体的，所述张进舵机19的张进舵机轮18与舵盘转接法兰16的第二连接端162连接，所述舵盘转接法兰16的第一连接端161与所述主动齿轮15连接。

所述球头销5为销状，所述球头销5的中心两端分别设置有导向螺纹孔51和中空腔体，所述导向螺纹孔51和所述中空腔体同轴且连通，所述导向螺纹孔51与所述丝杆轴8螺纹连接。

所述中空腔体内设置有个球体，具体包括一个中心球体52和三个侧球体53，所述中心球体52设置在所述中空腔体的轴线上，且所述中心球体52位于所述侧球体53和所述导向螺纹孔51之间，所述侧球体53以所述中空腔体的轴线环形均布，所述中空腔体对应各所述侧球体53均设置有通过孔，所述通过孔为贯通结构，且所述通过孔的直径略小于所述侧球体53直径，避免所述侧球体53经所述通过孔从所述中空腔体掉出，且所述侧球体53可通过所述通过孔实现球体向所述中空腔体外的部分露出，所述丝杆轴8端部可与所述中心球体52接触设置。

同时，所述导向螺纹孔51的直径小于所述中空腔体的直径，且所述中心球体52的直径大于所述导向螺纹孔51的直径，通过所述中心球体52两侧的所述导向螺纹孔51和所述侧球体53从而限制所述中心球体52在所述中空腔体内的位置。

在所述张进舵机19带动所述丝杆轴8的轴向运动时，所述丝杆轴8与所述中心球体52接触并推动所述中心球体52，所述中心球体52接触并挤动所述侧球体53从而使所述侧球体53经所述通过孔向外扩张，实现所述球头销5在所述侧球体53对应位置的直径变大，从而在与所述限位环配合的状态下，实现所述球头销5在所述配合孔32内的锁紧。

实施例三

所述第一配合部还包括第一电机罩13、第二电机罩20、末端转接法兰21、转兰17，所述第一电机罩13和所述第二电机罩20通过所述转兰17连接，所述末端转接法兰21固定设置在所述第二电机罩20上，且所述末端转接法兰21与机械臂末端关节固定连接，所述张进舵机19和所述顶丝舵机12设置在所述第二电机罩20内，所述传动部设置在所述第一电机罩13内，所述法兰直线轴承22固定设置在所述转兰17上。

所述丝杆轴8的光轴端82与所述法兰直线轴承22的轴承端222配合连接，且所述丝杆轴8的光轴端82可在所述法兰直线轴承22中转动和移动，所述法兰直线轴承22的法兰端221固定设置在所述转兰17上。

如图5所示，图5为所述第一电机罩的结构视图；所述第一电机罩13下端面设置有第一凹槽132，所述第一凹槽132中心设置有中心通过孔134用于放置所述公头4的第一凸台42，所述中心通过孔134环形设置有第一通孔133用于与所述公头4上的第一螺纹孔44螺栓连接以实现所述公头4和所述第一电机罩13的固定连接。

所述第一凹槽132内对应所述顶丝轴6还设置有顶丝通过孔131，用于实现所述顶丝轴6从所述第一电机罩13的穿设，所述第一电机罩13上端面设置有第四凸台136，所述第四凸台136上环形设置有第一连接孔135，用于和所述转兰17螺栓连接。

如图6所示，图6为所述第二电机罩的结构视图；具体的，所述末端转接法兰21同时与机械臂末端关节、所述第二电机罩20螺栓连接，所述第二电机罩20设置有第五凸台204，所述第五凸台204上环形设置有第三连接孔205，用于和所述末端转接法兰21卡接并螺栓连接。

所述第二电机罩20下端面设置有第二凹槽201，所述第二凹槽201内有第一通过孔202和第二通过孔203，所述第一通过孔202和所述第二通过孔203内分别设置所述舵盘转接法兰和所述舵盘法兰直线导轨。

第三通过孔207设置在所述第二凹槽201中心，供所述法兰直线轴承22的轴承端222穿过，第二螺纹孔208用于与所述拨板螺栓连接，第二通孔206用于与所述转兰17螺栓连接。

如图7所示，图7为所述转兰的结构视图；所述转兰17为圆盘形结构，所述转兰17上设置有第四通过孔172和第五通过孔173，所述第四通过孔172和所述第五通过孔173内分别设置所述舵盘转接法兰和所述舵盘法兰直线导轨，第六通过孔174设置在所述转兰17中心，供所述法兰直线轴承22的轴承端222穿过，通过设置第三螺纹孔175与所述法兰直线轴承22的法兰端221连接。

所述转兰17环形设置有第二连接孔171，通过所述第二连接孔171、所述第一连接孔135以及所述第二通孔206实现所述转兰17、所述第一电机罩13、所述第二电机罩20之间的连接固定。

本发明包括所述第一配合部和所述第二配合部两部分，所述第一配合部安装在机械臂末端关节上，所述第二配合部通过螺栓连接在机械臂末端执行机构表面，只需所述第一配合部与所述第二配合部之间连接固定即可快速更换机械臂末端执行机构。所述第一配合部通过机械臂带动与所述第二配合部导向槽底部的所述刹车片相接触，所述张进舵机19带动所述主动齿轮15，所述主动齿轮15与所述从动齿轮啮合设置带动所述从动齿轮7转动，所述从动齿轮7转动带动所述丝杆轴8，使得所述丝杆轴8的螺栓端在所述球头销5上端的螺纹孔内移动进而推动所述球头销5内的上方的球体从而挤压其余的球体向外扩张与所述第二配合部的梯形孔相固定，实现第一配合部与第二配合部之间的轴向固定；所述顶丝舵机12带动所述顶丝向下转动顶紧所述刹车，之后顶丝舵机12停止转动达到刹车的目的，实现第一配合部与第二配合部的周向固定，进而更换机械臂末端执行机构；实现了快速、自动的更换机械臂末端执行机构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

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