机器人手臂、夹爪快换装置及其快换夹具结构的制作方法

本发明涉及一种机器人手臂、夹爪快换装置及其快换夹具结构，属于机器手臂设计领域。

背景技术：

近年来，随着我国制造业转型升级压力增加和劳动力成本的不断攀升，越来越多的企业考虑以机器换人。另一方面，现在的消费者个性化需求越来越浓，不同配置及外观个性等元素决定着制造企业势必采用柔性制造技术。柔性制造则是运用机器人和工具快换装置在同一装配线上制造不同的产品。

目前市场上使用的快换装置有一部分采用磁性连接结构，该磁性连接结构的快换装置具有对接准确、快速更换等特点。但是，磁性连接结构的快换装置还具有另一个弊端：其磁场的存在会对机械手爪动作影响很大，导致电机不能正常运转，从而导致磁性连接的快换装置在市场上的应用受到了局限，因此磁性连接方案的结构安全性和电气接口的有效性是需要首先解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种机器人手臂、夹爪快换装置及其快换夹具结构，该快换夹具结构基于偏置导磁原理，可以依靠机器手臂自身运动，便可完成夹具自动更换，增加了机器人应用的柔性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种快换夹具结构，其结构特点是，包括用于安装在夹爪安装座上的快换夹具端；所述快换夹具端上设有用于与快换机器端进行轴向吸合连接的磁连接结构；所述快换夹具端内设置有屏磁结构，该屏磁结构用于屏蔽所述磁连接结构产生的磁场对机器手臂末端夹爪的干扰。

由此，磁连接结构可以实现快换夹具端和快换机器端的快速吸合和分离，当快换夹具端和快换机器端的吸合时，屏磁结构可以极大地避免磁连接结构产生的磁场对机器手臂末端夹爪的干扰，从而保证机器人的正常工作。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

所述屏磁结构为设置在快换夹具端下部且相对水平面倾斜布置的屏磁片。由此，偏置的屏磁片（即屏磁片与垂直于磁场方向的平面呈一夹角）用于屏蔽所述磁连接结构产生的磁场对机器手臂末端夹爪的干扰。

作为一种具体的结构形式，所述屏磁片由上斜板和下斜板夹持固定，且所述上斜板的底面和下斜板的顶面为倾斜面；优选所述上斜板的顶面固定在快换夹具端的底端而使上斜板、屏磁片、下斜板和快换夹具端形成整体式结构。

为了提高屏蔽线效果，所述屏磁片设置在靠近夹爪一侧。

优选地，所述屏磁片相对水平面的倾斜角度为10°-60°，优选为25°-45°，更优选为30°。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种夹爪快换装置，其包括用于固定在机器手臂末端的快换机器端和用于安装在夹爪安装座上的快换夹具端，所述快换夹具端具有所述的快换夹具结构；所述快换夹具端的上部具有与固定在机器手臂末端的快换机器端配合防止径向窜动的径向定位结构和防止周向转动的防转结构；所述快换夹具端上设有与所述快换机器端进行轴向吸合连接的磁连接结构；所述快换夹具端上设有与所述快换机器端进行轴向吸合连接的磁连接结构；优选所述磁连接结构包括设置在快换机器端上的磁吸板和设置在所述快换夹具端内的失电电磁铁，该磁吸板和失电电磁铁配合吸合。

由此，所述屏磁片与磁连接结构的磁场方向不垂直，从而与垂直于磁场方向的平面呈一夹角，可以显著地屏蔽弱磁场对机器手臂末端夹爪的干扰。

所述快换机器端的底端面上设有触点连接器a端，所述快换夹具端顶端面上设有触点连接器b端；所述触点连接器a端上设有多个触点头和/或触点孔，所述触点连接器b端上设有多个触点孔和/或触点头；所述触点连接器a端的触点头和/或触点孔与所述触点连接器b端的触点孔和/或触点头对接配合而实现快换机器端和快换夹具端的电接触导通。

优选地，所述防转结构包括设置在快换夹具端顶端的定位槽和设置在快换机器端底端的定位条，该定位槽和定位条配合防止快换夹具端与快换机器端之间的周向转动；优选所述定位条为十字型定位条。

所述径向定位结构包括设置在快换夹具端顶端轴向向上延伸的导向轴和设置在快换机器端底端的导向孔，该导向轴和导向孔配合防止快换夹具端与快换机器端之间的径向窜动。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种机器人手臂，所述机器人手臂的末端具有所述的夹爪快换装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于偏置导磁原理，可以依靠机器手臂自身运动，便可完成夹具自动更换，增加了机器人应用的柔性。同时申请人意想不到地发现，屏磁片的加入能显著有效的屏蔽弱磁场对机器手臂末端夹爪的干扰，并且随着屏磁片的倾斜角度越大屏蔽效果越明显。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构原理图；

图2是图1的纵剖面示意图；

图3是所述快换机器端的结构示意图；

图4是所述快换夹具端的结构示意图；

图5是本发明的快换机器端和快换夹具端吸合时触点连接器的结构原理图；

图6是本发明的触点连接器a端结构示意图；

图7是本发明的触点连接器b端结构示意图。

在图中

1-快换机器端，2-磁吸板，3-快换夹具端，4-电磁铁，5-上斜板，6-偏置屏磁片，7-下斜板，8-触点连接器a端，9-触点连接器b端，10-导向孔，11-定位条，12-导向轴，13-定位槽；14-触点头；15-触点孔。

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。

一种夹爪快换装置，如图1和2所示，包括快换机器端1和快换夹具端3。所述夹爪快换装置的装配包括结构的连接定位和电气的连接导通。

本实施例所述的结构的连接定位主要是指快换机器端1和快换夹具端3之间的定位。

所述快换夹具端3的顶端具有轴向向上延伸的导向轴12，所述快换机器端1的底端具有导向孔10，通过快换机器端1上的导向孔10与快换夹具端3上的导向轴12的导向作用让快换机器端1上的磁吸板2与快换夹具端3上的失电型电磁铁4之间的电磁力轴向吸合进行轴向定位。由此，导向轴12和导向孔10配合防止快换夹具端3与快换机器端1之间的径向窜动。

此外，所述快换夹具端3上开有定位槽13，所述快换机器端1上设有定位条11，对接时，通过快换机器端1上的定位条11与快换夹具端3上的定位槽13的定位配合进行周向定位。

如图3所示，机器手臂带动快换机器端移动到快换夹具端上方并向下移动，通过导向孔10和导向轴12的作用，使快换机器端与快换夹具端在径向方向的位置一致，限制了它们在径向方向的相对位移；当快换机器端接近快换夹具端时，定位条11插入定位槽13内，限制了它们在圆周方向的相对移动；同时磁铁吸引铁片，限制了快换机器端与快换夹具端轴向方向的移动。

为了避免磁连接结构产生的磁场对机器手臂末端夹爪的干扰，从而保证机器人的正常工作，在快换夹具端3的下部设有相对水平面倾斜布置的屏磁片6，所述屏磁片6由上斜板5和下斜板7夹持固定，且所述上斜板5的底面和下斜板7的顶面为倾斜面；优选所述上斜板5的顶面固定在快换夹具端3的底端而使上斜板5、屏磁片6、下斜板7和快换夹具端3形成整体式结构。

为了提高屏蔽效果，所述屏磁片6设置在靠近夹爪一侧。

所述快换机器端1固定在手臂末端，磁吸板2用螺钉固定在快换机器端1上。快换夹具端3、上斜板5、偏置屏磁片6和下斜板7用螺栓连接为一个整体，失电型磁4用螺钉安装在快换夹具端3内，末端夹爪固定在下斜板7上，它们作为一个整体放置在夹爪安装座上。

由于磁铁的反向弱磁场会影响末端夹爪的正常工作，为减小磁场干扰在快换夹具端4的外侧安装偏置屏磁片6，优选采用上斜板5和下斜板7夹紧固定。屏磁片6的加入能有效的屏蔽弱磁场对末端夹爪的干扰，并且随着屏磁片的倾斜角度越大屏蔽效果越明显。通过大量试验验证，申请人发现屏磁片6相对水平面的倾斜角度在10°-60°的范围内能将相对导磁率减小20％-80％，但相应的快换夹具端3的轴向尺寸会增大，具体而言：

i、屏磁片6相对水平面的倾斜角度在10°-25°的范围内磁场屏蔽引起的相对导磁率下降为600左右，快换夹具端3的轴向尺寸增加10毫米；

ii、屏磁片6相对水平面的倾斜角度在25°-45°的范围内磁场屏蔽引起的相对导磁率下降为1000左右，快换夹具端3的轴向尺寸增加25毫米；

iii、屏磁片6相对水平面的倾斜角度在45°-60°的范围内磁场屏蔽引起的相对导磁率下降为1400左右，快换夹具端3的轴向尺寸增加40毫米。

在考虑到快换夹具端3的轴向尺寸和末端夹爪对磁场的承受能力后屏磁片6相对水平面的倾斜的最佳设计偏置角度为30°。

电气的连接导通主要指：所述快换机器端1的底端面上设有触点连接器a端8，所述快换夹具端3顶端面上设有触点连接器b端9，所述触点连接器a端8上设有多个触点头14，所述触点连接器b端9上设有多个触点孔15；所述触点连接器a端8的触点头14与所述触点连接器b端9的触点孔15对接配合而实现快换机器端1和快换夹具端3的电接触导通，保证电导通的稳定性。由此，在结构连接的过程中同时实现触点连接器a端8与触点连接器b端9的连接实现线路导通，实现所述快换夹具端3与快换机器端4吸合时的快速连通电源和信号，节省时间，结构简单，提高效率。

对于本发明而言，屏磁片6不局限为片状，也可以是条状或块状，其目的只要能屏蔽所述磁连接结构产生的磁场对机器手臂末端夹爪的干扰即可。

一种机器人手臂，所述机器人手臂的末端具有所述的夹爪快换装置。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。