机器人末端工具对接分离装置及对接分离方法与流程

本发明涉及机器人末端工具自动换接技术领域，特别是一种机器人末端工具对接分离装置及对接分离方法。

背景技术：

若核电站发生应急情况，需要核应急机器人参与各项救援工作，核应急机器人可代替操作人员，针对核设施紧急情况采取措施(例如切割、焊接、钻孔作业)。在核辐射环境下发生的事故存在较大的辐射风险，应尽量减少人员进入事故场地，故对核应急机器人的自动化程度具有较高的要求。

由于核电站现场设施及周围环境条件复杂，往往需要一台核应急机器人进行多种作业，则该核应急机器人需要相应的匹配数种不同的末端工具，常见的末端工具包括铲斗、液压锤、液压剪、液压钳、切割机等。实现末端工具的快速自动换装是提升核应急机器人自动化程度的关键所在。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种机器人末端工具对接分离装置及对接分离方法，它能实现核应急机器人的末端工具的快速自动换装，有助于提升核应急机器人的自动化程度。

本发明的技术方案是：机器人末端工具对接分离装置，包括公接头和母接头；公接头和母接头可相互对接或分离；

公接头包括壳体a、电磁铁、卡片、卡片转轴及卡片控制机构；壳体a内设有容纳腔a，壳体a上设有连通至容纳腔a的卡片安装孔，壳体a一端为机械臂连接端，另一端为母接头连接端，电磁铁固定安装在母接头连接端上；卡片通过卡片转轴可转动的安装在壳体a的卡片安装孔中，其外侧表面朝向壳体a的外部，内侧表面朝向壳体a的容纳腔a；卡片控制机构设置在壳体a的容纳腔a内，并与卡片关联，以控制卡片绕卡片转轴转动，进而使卡片在伸出状态和缩回状态之间切换；

母接头包括壳体b和铁板；壳体b内设有容纳腔b，容纳腔b与壳体a的外形相适应，容纳腔b中设有供伸出状态的卡片嵌入的卡片定位坑，壳体b一端设有连通至容纳腔b的插入口，另一端设有末端工具连接面；铁板固设在壳体b的容纳腔b的底部；

当公接头与母接头对接时，公接头的壳体a伸入母接头的容纳腔b中，公接头的卡片处于伸出状态并嵌入母接头的卡片定位坑中，公接头的电磁铁正对并接触母接头的铁板。

本发明进一步的技术方案是：卡片控制机构包括支架a、支架b、齿轮轴、转盘、滑块、钢丝绳、弹簧、齿轮a、齿轮b及电机；支架a固定安装在壳体a的容纳腔a中；支架b与支架a固定连接，其上设有滑槽；齿轮轴可转动的安装在支架a上；转盘固定安装在齿轮轴上，其上设有平面螺旋轨道；滑块上设有多个定位齿，滑块一端活动安装在支架b的滑槽内，另一端通过多个定位齿分别卡入转盘的平面螺旋轨道的不同圈道内；钢丝绳一端连接在滑块上，另一端连接在卡片的内侧表面上；弹簧压缩安装在支架a与卡片之间，其一端连接在支架a的外壁上，另一端连接在卡片的内侧表面上；齿轮a固定安装在齿轮轴上；齿轮b固定安装在电机的机轴上；电机固定安装在支架a上，其动力通过齿轮b、齿轮a、齿轮轴及转盘传递至滑块上，驱动滑块沿支架b的滑槽移动，进而通过钢丝绳牵动卡片绕卡片转轴转动，使卡片在伸出状态和缩回状态之间切换。

本发明再进一步的技术方案是：壳体a呈四棱柱形，其从机械臂连接端至母接头连接端轴向截面尺寸逐渐缩减，所述卡片安装孔设在壳体a的四侧壁上；相应的，母接头的容纳腔b呈上大下小的四棱柱形，卡片的数量为四个。

本发明更进一步的技术方案是：壳体a的机械臂连接端上设有两块相对布置的连接耳，连接耳上设有第一销轴孔和第二销轴孔，两个连接耳的第一销轴孔相互正对，两个连接耳的第二销轴孔相互正对。

本发明更进一步的技术方案是：公接头的壳体a上设有液压接头a，母接头的壳体b上设有与液压接头a位置对应的液压接头b，当公接头与母接头对接时，液压接头a与液压接头b相互插接并连通。

本发明的技术方案是：机器人末端工具对接分离方法，应用于机器人末端工具对接分离装置，包括对接方法和分离方法；机器人末端工具对接分离装置中的公接头通过两个连接耳连接在机器人的机械臂末端，母接头通过末端工具连接面连接末端工具；

对接方法如下：

a、控制公接头的壳体a伸入目标末端工具所连接的母接头的容纳腔b中；

b、控制卡片控制机构的电机启动，驱动公接头上的所有卡片伸出卡片安装孔，嵌入母接头的卡片定位坑中；再控制公接头上的电磁铁通电，使公接头和母接头连接为一体；

分离方法如下：

a、控制卡片控制机构的电机启动，驱动公接头上的所有卡片缩回卡片安装孔；

b、控制公接头上的电磁铁断电，从而使母接头与公接头分离。

本发明进一步的技术方案是：公接头通过两个连接耳活动连接在机器人的机械臂末端；母接头通过末端工具连接面连接末端工具。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明搭载在核应急机器人上，可实现快速对接或分离末端工具，其对接和分离过程快捷、简便、精度要求低、可靠性好，有助于提升核应急机器人的自动化程度。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为卡片控制机构的结构示意及安装位置示意图；

图3为支架a、支架b及滑块的连接关系示意图；

图4为电机、齿轮b、齿轮a、齿轮轴、转盘及滑块的连接关系示意图；

图5为壳体a与电磁铁的位置关系示意图；

图6为卡片与卡片转轴的连接关系示意图；

图7为本发明的使用状态示意图。

图例说明：公接头1；壳体a11；容纳腔a111；卡片安装孔112；连接耳113；第一销轴孔1131；第二销轴孔1132；液压接头a114；电磁铁12；卡片13；卡片转轴14；支架a161；支架b162；齿轮轴163；转盘164；平面螺旋轨道1641；滑块165；定位齿1651；钢丝绳166；弹簧167；齿轮a168；齿轮b169；电机160；母接头2；壳体b21；容纳腔b211；卡片定位坑2111；插入口212；末端工具连接面213；液压接头b214；铁板22；机械臂3；末端工具4。

具体实施方式

实施例1：

如图1-7所示，机器人末端工具对接分离装置，包括公接头1和母接头2。公接头1和母接头2可相互对接或分离。

公接头1包括壳体a11、电磁铁12、卡片13、卡片转轴14及卡片控制机构。壳体a11内设有容纳腔a111，壳体a11上设有连通至容纳腔a111的卡片安装孔112，壳体a11一端为机械臂连接端，另一端为母接头连接端。电磁铁12固定安装在壳体a11的母接头连接端上。卡片13通过卡片转轴14可转动的安装在壳体a11的卡片安装孔112中，其外侧表面朝向壳体a11的外部，内侧表面朝向壳体a11的容纳腔a111。卡片控制机构设置在壳体a11的容纳腔a111内，并与卡片13关联，以控制卡片13绕卡片转轴14转动，进而使卡片13在伸出状态和缩回状态之间切换。当卡片13在伸出状态时，其凸出于壳体a11在卡片安装孔112周边的外表面，当卡片13在缩回状态时，其凹陷于(或齐平于)壳体a11在卡片安装孔112周边的外表面。

卡片控制机构包括支架a161、支架b162、齿轮轴163、转盘164、滑块165、钢丝绳166、弹簧167、齿轮a168、齿轮b169及电机160。支架a161固定安装在壳体a11的容纳腔a111中。支架b162与支架a161固定连接，其上设有滑槽。齿轮轴163可转动的安装在支架a161上。转盘164固定安装在齿轮轴163上，其上设有平面螺旋轨道1641。滑块165上设有多个定位齿1651，滑块165一端活动安装在支架b162的滑槽内，另一端通过多个定位齿1651分别卡入转盘164的平面螺旋轨道1641的不同圈道内。钢丝绳166一端连接在滑块165上，另一端连接在卡片13的内侧表面上。弹簧167压缩安装在支架a161与卡片13之间，其一端连接在支架a161的外壁上，另一端连接在卡片13的内侧表面上。齿轮a168固定安装在齿轮轴163上。齿轮b169固定安装在电机160的机轴上。电机160固定安装在支架a161上，其动力通过齿轮b169、齿轮a168、齿轮轴163及转盘164传递至滑块165上，驱动滑块165沿支架b162的滑槽移动，进而通过钢丝绳166牵动卡片13绕卡片转轴14转动，使卡片13在伸出状态和缩回状态之间切换。

母接头2包括壳体b21和铁板22。壳体b21内设有容纳腔b211，容纳腔b211与壳体a11的外形相适应，容纳腔b211中设有供伸出状态的卡片13嵌入的卡片定位坑2111，壳体b21一端设有连通至容纳腔b211的插入口212，另一端设有末端工具连接面213。铁板22固设在壳体b21的容纳腔b211的底部。

当公接头1与母接头2对接时，公接头1的壳体a11伸入母接头2的容纳腔b211中，公接头1的卡片13处于伸出状态并嵌入母接头2的卡片定位坑2111中，公接头1的电磁铁12正对并接触母接头2的铁板22。

优选，壳体a11呈四棱柱形，其从机械臂连接端至母接头连接端轴向截面尺寸逐渐缩减，所述卡片安装孔112设在壳体a11的四侧壁上。相应的，母接头2的容纳腔b211呈上大下小(此处的“上”为靠近容纳腔b开口的一端，此处的“下”为远离容纳腔b开口的一端)的四棱柱形，卡片13的数量为四个。

优选，壳体a11的机械臂连接端上设有两块相对布置的连接耳113，连接耳113上设有第一销轴孔1131和第二销轴孔1132，两个连接耳113的第一销轴孔1131相互正对，两个连接耳113的第二销轴孔1132相互正对。

优选，公接头1的壳体a11上设有液压接头a114，母接头2的壳体b21上设有与液压接头a114位置对应的液压接头b214，当公接头1与母接头2对接时，液压接头a114与液压接头b214相互插接并连通。

优选，公接头1通过两个连接耳113活动连接在机器人的机械臂3末端；母接头2通过末端工具连接面213连接末端工具4。

简述本发明的工作过程：

本发明应用于核应急机器人，可实现核应急机器人末端工具的快速对接或分离。公接头1通过两个连接耳113活动连接在机器人的机械臂3末端；母接头2通过末端工具连接面213连接末端工具4。

对接方法如下：

a、控制公接头1的壳体a11伸入目标末端工具所连接的母接头2的容纳腔b211中；

b、卡片控制机构的电机158启动，驱动公接头1上的所有卡片13伸出卡片安装孔112，嵌入母接头2的卡片定位坑2111中；再控制公接头1上的电磁铁12通电，使公接头1和母接头2连接为一体。

分离方法如下：

a、卡片控制机构的电机158启动，驱动公接头1上的所有卡片13缩回卡片安装孔112；

b、控制公接头1上的电磁铁12断电，从而使母接头2与公接头1分离。

在对接方法和分离方法中，电机160启动后，电机160的动力通过齿轮b169、齿轮a168、齿轮轴163及转盘164传递至滑块165上，驱动滑块165沿支架b162的滑槽移动，进而通过钢丝绳166牵动卡片13绕卡片转轴14转动，使卡片13在伸出状态和缩回状态之间切换。

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