机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构的制作方法

1.本实用新型涉及一种机械手的局部结构，尤其涉及一种机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构。


背景技术：

2.机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以抓取、搬运物件或操作工具的自动或手动操作装置。机械手的执行机构分为手部、手臂、躯干，手部安装在手臂的前端，躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。机械手的手部包括用于夹取物体的手爪和用于与手臂连接的手部连接件，机械手的手臂包括用于驱动手爪运动的驱动件和用于与手部连接的手臂连接件，手爪与驱动件通过传动装置相互连接，手部连接件与手臂连接件相互连接。
3.工业机械手特别是特殊行业用机械手，由于操作对象的差异性，造成一种手部无法满足多种夹持对象要求的现象。
4.传统机械手的手部与手臂之间一般采用较为固定的方式连接，比如螺纹连接、卡接连接等，前者以螺纹旋转锁紧的方式实现连接和拆卸，后者以先插入再旋转锁紧或旋转卡入锁紧的方式实现连接，无论那种连接方式，都需要旋转锁紧才能实现稳定连接，需要旋转松开才能实现拆卸，导致机械手在更换手部时比较费时费力，同时，在连接时手部与手臂之间需要严格对位，保证孔位或定位机构严格对准，才能实现稳定连接，进一步增加了连接的难度，降低了更换效率。
5.另外，随着机械手应用场景的扩展，为了完成更高效、更安全的工业任务，机械手的手部更换越来越需要具有自动化或远程操作的功能，如果要在传统机械手的手部与手臂的连接结构基础上实现自动化或远程更换手部，则需要精确的旋转控制操作，这是很难实现的，或者即使能够实现但也会结构比较复杂、成本比较昂贵，而且更换效率也难以提高。所以，现代工业对于能够实现机械手的手部高效更换且易于实现和推广应用的需求已经越来越强烈。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够快捷、高效地完成机械手手部更换的机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构。
7.本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
8.一种机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构，所述手部包括用于夹取物体的手爪和用于与所述手臂连接的手部连接件，所述手臂包括用于驱动所述手爪运动的驱动件和用于与所述手部连接的手臂连接件，所述手爪与所述驱动件通过传动装置相互连接，所述手部连接件与所述手臂连接件相互连接，所述手部连接件上与所述手臂连接件连接的一端设有手部筒体，所述手臂连接件上与所述手部连接件连接的一端设有手臂筒体，所述直接插拔式快换机构还包括连接筒体，所述连接筒体轴向两端中的第一端与所述手部筒体
连接，所述连接筒体轴向两端中的第二端和所述手臂筒体的一端分别设有相互对应且相互吸引的磁环。
9.上述结构中，连接筒体用于连接手部筒体和手臂筒体，同时连接筒体可作为与其它部件连接的中间件，以利于实现自动化或远程连接和拆卸；磁环用于实现连接筒体与手臂筒体之间的稳定连接，同时能够在外力作用下实现两者之间的分离，连接的稳定性和分离的外力大小均与两个磁环之间的引力大小相关。
10.作为优选，为了使手部筒体与手臂筒体连接更加稳定可靠，所述连接筒体和所述手臂筒体均套装在所述手部筒体外，所述连接筒体能够相对于所述手部筒体在轴向移动一段距离但不能脱离所述手部筒体，所述连接筒体内壁上靠近其第二端的位置设有截面为“l”形的连接凹环，所述手臂筒体上靠近所述连接筒体的位置设有向所述连接筒体靠近方向凸起的手臂凸环，所述手臂凸环置于所述连接凹环内，所述手臂凸环上沿圆周方向设有多个径向的凸环通孔，所述凸环通孔内安装有滚珠，所述滚珠的外径大于所述手臂凸环的壁厚，所述滚珠能够在所述手臂凸环的径向移动但不能脱离所述凸环通孔，所述手部筒体的外壁上与所述滚珠对应的位置设有截面为弧形的环形凹槽，所述滚珠被所述连接凹环的环壁压住的同时置于所述环形凹槽内。
11.上述结构不但利用滚珠形成手部筒体与手臂筒体之间的直接连接结构，而且通过连接筒体压住滚珠实现对连接后滚珠的锁定和解锁功能，在锁定状态时，手部筒体与手臂筒体之间因为滚珠连接而不能轴向移动，即使在手部筒体与手臂筒体的轴向施加很大的力也不能使其分离，解锁时，通过外力克服磁环的磁力使手臂筒体与连接筒体发生相对的轴向分离，先带动手部筒体与连接筒体之间相对移动，当滚珠逐渐离开连接凹环后，滚珠不再受到连接凹环的环壁压力，滚珠会脱离环形凹槽，从而解除手部筒体与手臂筒体之间的连接，实现解锁目的。如此，通过磁环磁力使手部筒体与手臂筒体之间的连接稳定可靠，通过外力克服磁环的磁力即可解锁，确保了手部筒体与手臂筒体之间具有插入实现可靠连接和拔出实现快速分离的功能。
12.作为优选，为了在滚珠出入连接凹环时更加顺畅并降低对位精度以降低操作难度，所述连接凹环的环壁上靠近所述手臂筒体的位置设有直径逐渐增大的锥形面或圆弧面。
13.作为优选，为了使连接筒体与手部筒体之间只能在轴向移动，所述手部筒体上安装有径向的限位销，所述连接筒体上靠近第一端的位置设有径向的限位孔，所述限位孔在所述连接筒体的轴向上的长度大于在所述连接筒体的周向上的宽度，所述限位销穿过所述限位孔。
14.作为优选，为了防止手臂筒体与手部筒体之间发生相对旋转以提高两者之间的连接稳定性，所述手臂筒体上安装有径向的防转销，所述手部筒体上靠近所述手臂筒体的一端设有轴向且端部开口的防转槽，所述防转销穿过所述防转槽。
15.作为优选，为了便于安装磁环，所述连接筒体的第二端和所述手臂筒体上靠近所述连接筒体的一端分别设有磁环凹槽，所述磁环置于对应的所述磁环凹槽内，所述磁环为永磁磁环，所述手臂筒体上靠近所述连接筒体的一端设有手臂凹环，所述连接筒体的第二端置于所述手臂凹环内。
16.作为优选，为了更加利于实现自动化或远程更换手部作业，所述连接筒体的外壁
上设有用于被其它部件夹持的夹持槽或夹持环，若为夹持槽，则所述夹持槽为两个且对称分布。如此，手部可以通过连接筒体上的夹持槽或夹持环挂装在其它部件上，从而能够对手臂筒体实现下拉或上插的动作，使手臂筒体与连接筒体之间发生相对轴向移动，实现手部筒体与手臂筒体之间的连接和分离，这种插拔动作是易于利用其它机械设备或固定装置来自动实现的。
17.作为优选，为了便于实现手部和手臂中传动装置的快速传动连接和分离，所述传动装置包括安装于所述手部内的手部转轴和安装于所述手臂内的手臂驱动轴，所述手部转轴的一端安装有手部连接套，所述手部连接套上设有凸出的手部连接齿，所述手臂驱动轴的一端安装有手臂连接套，所述手臂连接套上设有凸出的手臂连接齿，所述手部连接齿与所述手臂连接齿相互啮合。这里的手部连接齿和手臂连接齿均为1-3个，少量的连接齿既能实现较高传动强度，又对对位精度要求更低，所以能更加高效地连接和分离。
18.作为优选，为了避免手部连接套向手臂连接套方向靠近时对位不准确导致两端环形台阶凸台刚性相对损坏零部件，所述手部转轴上靠近所述手臂驱动轴的一段外径减小形成小径段且该小径段上套装有螺旋压簧，所述手部连接套通过自身花键通孔套装在所述手部转轴的小径段上并能够在所述手部转轴的轴向移动且被所述螺旋压簧的一端抵紧，所述螺旋压簧的另一端与所述手部转轴上与其小径段交界处形成的环形台阶抵紧，所述手部转轴的小径段端部安装有将所述手部连接套挡住避免其脱离所述手部转轴的端盖。
19.作为优选，为了利用手部转轴实现手爪的分合功能，所述手部转轴通过两个轴承安装在所述手部内，所述手部转轴上远离所述手臂驱动轴的位置设有螺旋形外齿，两个所述手爪的一端分别设有蜗轮且该蜗轮上沿弧线方向设有蜗轮齿，两个所述蜗轮分别位于所述螺旋形外齿的两侧且能够旋转以带动所述手爪开合，两个所述蜗轮的蜗轮齿分别与所述螺旋形外齿相互啮合；为了便于驱动手臂驱动轴旋转，所述手臂驱动轴为驱动电机的转轴，所述驱动电机安装在所述手臂内。
20.本实用新型的有益效果在于：
21.本实用新型通过将连接筒体与手部筒体连接，将连接筒体与手臂筒体通过磁环连接，利用磁环的引力特性可以实现手部和手臂之间的直接插拔式快换功能，不需要旋转锁紧就能实现连接和拆卸，使机械手在更换手部时快捷高效，并降低了对位精度和难度，提高了更换效率，同时便于实现自动化或远程控制更换操作；在此基础上，通过不同的手部筒体与手臂筒体之间的具体连接结构，能够实现手部筒体与手臂筒体之间的对应连接功能，如锁定和解锁功能，本实用新型利用滚珠、连接凹环、手臂凸环以及环形凹槽相互配合的结构，与磁环的磁引力相互配合，实现了手柄筒体与手臂筒体连接后的高度稳定性以及只需要直接拔出即可解锁的功能，使手部与手臂之间的连接更加稳定可靠、拆卸更加快捷高效，并能够借助较为简单的其它设备实现自动化或远程控制更换手部作业，满足了现代工业对于机械手的手部高效更换的需求，且易于实现和推广应用，尤其适用于特殊场合如核工业的机械手的手部快速更换作业。
附图说明
22.图1是本实用新型所述机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构的立体图；
23.图2是本实用新型所述机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构的半剖立体
图；
24.图3是本实用新型所述机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构的主视剖视图；
25.图4是本实用新型所述机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构的手部的主视剖视图，比例大于图3；
26.图5是本实用新型所述机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构的手臂的主视剖视图，比例大于图3；
27.图6是本实用新型所述机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构的连接筒体的立体图，比例大于图1和图2；
28.图7是本实用新型所述机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构应用时的立体图之一，手部和手臂处于连接状态，比例小于图1和图2；
29.图8是本实用新型所述机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构应用时的立体图之二，手部和手臂处于分离状态，比例小于图1和图2。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
31.如图1-图6所示，本实用新型所述机械手手部和手臂之间的直接插拔式快换机构中，手部2包括用于夹取物体的手爪1和用于与所述手臂(实际应用中，很多机械手的手臂还包括图中未示出的其它更多部件，比如各种关节部件等) 连接的手部连接件3，所述手臂包括用于驱动手爪1运动的驱动件(比如图中的驱动电机21和驱动轴26，但实际应用中也可以为其它驱动件，如液压缸等)和用于与手部2连接的手臂连接件9，手爪1与所述驱动件通过传动装置相互连接，手部连接件3与手臂连接件9相互连接，手部连接件3上与手臂连接件9连接的一端设有手部筒体(即为手部连接件3上靠近手臂连接件9的一段筒体，图中未单独标记)，手臂连接件9上与手部连接件3连接的一端设有手臂筒体(即为手臂连接件9上靠近手部连接件3的一段筒体，图中未单独标记)，所述直接插拔式快换机构还包括连接筒体6，连接筒体6轴向两端中的第一端与所述手部筒体连接，连接筒体6轴向两端中的第二端和所述手臂筒体的一端分别设有相互对应且相互吸引的磁环15。
32.如图1-图6所示，本实用新型还公开以下多种更加优化的具体结构，根据实际需要可以将上述结构与下述一种或多种结构进行叠加组合形成更加优化的技术方案。
33.为了使手部筒体与手臂筒体连接更加稳定可靠，连接筒体6和所述手臂筒体均套装在所述手部筒体外，连接筒体6能够相对于所述手部筒体在轴向移动一段距离但不能脱离所述手部筒体，连接筒体6的内壁上靠近其第二端的位置设有截面为“l”形的连接凹环22，所述手臂筒体上靠近连接筒体6的位置设有向连接筒体6靠近方向凸起的手臂凸环24，手臂凸环24置于连接凹环22内，手臂凸环24上沿圆周方向设有多个径向的凸环通孔(图中未标记)，所述凸环通孔内安装有滚珠16，滚珠16的外径大于手臂凸环24的壁厚，滚珠16能够在手臂凸环24的径向移动但不能脱离所述凸环通孔，所述手部筒体的外壁上与滚珠16对应的位置设有截面为弧形的环形凹槽23，滚珠16被连接凹环22的环壁压住的同时置于环形凹槽23内。
34.为了在滚珠16出入连接凹环22时更加顺畅并降低对位精度以降低操作难度，连接
凹环22的环壁上靠近所述手臂筒体的位置设有直径逐渐增大的锥形面或圆弧面(图中未标记)。
35.为了使连接筒体6与手部筒体之间只能在轴向移动，所述手部筒体上安装有径向的限位销4，连接筒体6上靠近第一端的位置设有径向的限位孔5，限位孔5在连接筒体6的轴向上的长度大于在连接筒体6的周向上的宽度，限位销4 穿过限位孔5。
36.为了防止手臂筒体与手部筒体之间发生相对旋转以提高两者之间的连接稳定性，所述手臂筒体上安装有径向的防转销8，所述手部筒体上靠近所述手臂筒体的一端设有轴向且端部开口的防转槽25，防转销8穿过防转槽25。
37.为了便于安装磁环15，连接筒体6的第二端和所述手臂筒体上靠近所述连接筒体的一端分别设有磁环凹槽，磁环15置于对应的所述磁环凹槽(图中未标记)内，磁环15为永磁磁环，所述手臂筒体上靠近连接筒体6的一端设有手臂凹环(图中未标记)，连接筒体6的第二端置于所述手臂凹环内。
38.为了更加利于实现自动化或远程更换手部作业，连接筒体6的外壁上设有用于被其它部件夹持的夹持槽5(也可以为夹持环)，夹持槽5为两个且对称分布。
39.为了便于实现手部和手臂中传动装置的快速传动连接和分离，所述传动装置包括安装于手部2内的手部转轴13和安装于所述手臂内的手臂驱动轴26，手部转轴13的一端安装有手部连接套18，手部连接套18上设有凸出的手部连接齿(图中未标记)，手臂驱动轴26的一端安装有手臂连接套19，手臂连接套19 上设有凸出的手臂连接齿(图中未标记)，所述手部连接齿与所述手臂连接齿相互啮合。
40.为了避免手部连接套18向手臂连接套19的方向靠近时对位不准确导致两端环形台阶凸台刚性相对损坏零部件，手部转轴13上靠近手臂驱动轴26的一段外径减小形成小径段且该小径段上套装有螺旋压簧17，手部连接套18通过自身花键通孔套装在手部转轴13的小径段上并能够在手部转轴13的轴向移动且被螺旋压簧17的一端抵紧，螺旋压簧17的另一端与手部转轴13上与其小径段交界处形成的环形台阶抵紧，手部转轴13的小径段端部安装有将手部连接套18 挡住避免其脱离手部转轴13的端盖20。
41.为了利用手部转轴13实现手爪1的分合功能，手部转轴13通过两个轴承 14安装在手部2内，手部转轴13上远离手臂驱动轴26的位置设有螺旋形外齿 12，手部转轴13上远离手臂驱动轴26的一端安装有限位轴承10，两个手爪1 的一端分别设有蜗轮11且该蜗轮11上沿弧线方向设有蜗轮齿，两个蜗轮11分别位于螺旋形外齿12的两侧且能够旋转以带动手爪1开合，两个蜗轮11的蜗轮齿分别与螺旋形外齿12相互啮合；为了便于驱动手臂驱动轴26旋转，手臂驱动轴26为驱动电机21的转轴，驱动电机21安装在所述手臂的手臂连接件9 内。
42.为了更加清楚地说明本实用新型所述直接插拔式快换机构的工作原理以及自动化或远程控制更换手部的过程，下面结合部分更换工装进行具体说明。
43.结合图1-图8，更换工装包括更换架，所述更换架包括底板30、立柱29和顶板28，立柱的上端和下端分别与顶板28和底板30连接，顶板28的两端分别设有卡槽27。
44.拆卸手部2时，先将连接筒体6通过夹持槽5安装在顶板28的一个卡槽27 内，此时如图1所示，手部2(包括手爪1和手部连接件3)、连接筒体6和手臂连接件9连接在一起，然后利用其它夹持部件夹住手臂连接件9向下拉动，此时连接筒体6固定，手臂连接件9向下移动，克服磁环15的吸力，带动滚珠 16和手部2一起向下移动，当滚珠16移动至脱离连接筒体
6的连接凹环22时，滚珠16脱离环形凹槽23，手部筒体与手臂筒体分离使手部2与手臂连接件9分离，完成拆卸。
45.安装手部2时，首先将新的手部2与连接筒体6连接并，将连接筒体6通过夹持槽5安装在顶板28的一个卡槽27内，此时如图2所示，手部2(包括手爪1和手部连接件3)和连接筒体6连接在一起，然后利用其它夹持部件夹住手臂连接件9并置于连接筒体6的正下方(或者本身就位于该处，则不需移动)，此时在手部2的自重下使环形凹槽23与连接凹环22的下部齐平，然后将手臂连接件9向上推动，防转销8首先进入防转槽25内，使手臂连接件9和手部连接件3之间不能相对旋转，手臂连接件9继续向上移动，滚珠16准备开始进入连接凹环22内；继续向上推动手臂连接件9，滚珠16推动连接筒体6向上移动一小段距离后，滚珠16到达环形凹槽23的位置，在连接凹环22的导向作用下，滚珠16置于环形凹槽23内并被连接凹环22的环壁压住，此时限位销4与限位孔5的下端孔壁接触；同时，手臂连接套19的手臂连接齿与手部连接套18的手部连接齿相互对应结合(或刚好处于啮合位置)，继续向上推动手臂连接件9，手臂连接件9带动手部筒体向上移动且连接筒体6不能向上移动，直到两个磁环15相互靠近吸合，完成手部2与手臂连接件9的连接。同时，如果手臂连接套19的手臂连接齿与手部连接套18的手部连接齿还没有啮合，则螺旋压簧17 被压缩，待驱动电机21驱动手臂连接套19转动至合适位置时，螺旋压簧17将手部连接套18推下使两者啮合。使用过程中连接筒体6在磁环15的吸力作用下始终将滚珠16压在环形凹槽23中，保证手部2与手臂连接件9之间的可靠连接。
46.上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。