一种用于维护作业的自动快速更换工具制造技术

本发明专利技术公开了一种用于维护作业的自动快速更换工具，涉及航空航天及机械装备制造自动化领域，包括连接机器人的公头和连接维护工具的母头，电磁继电器，压片弹簧，视觉传感器，法拉第笼；利用视觉传感器使快换工具快速对准并发出锁紧信号，电磁继电器响应信号使压片弹簧快速动作，法拉第笼保护视觉传感器抵抗磁场干扰，可实现维护作业过程中多种维护工具的快速更换、提高装配作业过程中的维护效率和自动化水平。

An automatic and quick replacement tool for maintenance work

【技术实现步骤摘要】
一种用于维护作业的自动快速更换工具
本专利技术涉及一种用于维护作业的自动快速更换工具，属于航空航天及机械装备制造自动化领域。
技术介绍
随着科技的发展和社会的进步，机器人在装备自动化领域占据着越来越重要的地位，在一些恶劣工况和重复性劳动的复杂性环境下(如寒冷、高温、狭小的环境)，机器人可以代替人类很好地工作，并且，机器人与不同的维护工具(如焊枪、扳手工具、气动工具、液动工具等)都有标准的连接接口，这极大地扩展了机器人的工作范围，由此，广泛的工作需求激发了相关维护工具的研发，也催生出了相应的自动快速更换工具。用于维护作业的自动快速更换工具主要分为两部分，连接机器人的一端(公头)和连接维护工具的一端(母头)。公头和母头相连后可以实现机器人与维护工具的机械连接、电气连接以及信号连接，它不仅是机器人和维护工具的机械相连装置，也是液压、气压工具所需的液、气传输通道。其优点在于可以实现机器人与维护工具的快速拆装、快速更换，扩展机器人工作能力及范围，增加机器人实际生产效率。但是现有的快换装置动力源大多为液压/气压，解锁/锁紧过程需要液压/气压推动锁紧，如专利“工业机器人末端快换装置”(专利号：CN201720039557.5申请日期：2017.01.13)所述通过滚珠锁紧，如专利“一种工业机器人末端工具的快速更换装置及其更换方法”(专利号：CN201710508712.8申请日期：2017.06.28)所述通过滚轮锁紧，如专利“一种机器人智能末端更换装置”(专利号：CN201510574300.5申请日期：2015.9.10)所述通过机械螺纹锁紧，如专利“一种机器人末端执行器的快换装置”(专利号：CN201811210622.1申请日期：2018.10.17)所述利用装置内外壁产生的摩擦力锁紧等。滚珠/滚轮锁紧通常需要借助其他气压/液压装置辅助锁紧，在恶劣环境下油液易泄露，对环境造成污染，气压泵/油泵噪声大，易造成噪声污染；机械螺纹锁紧虽锁紧力较大，但是驱动螺杆的机构较为复杂，精度低，长时间使用后螺纹易发生机械形变而失效，不利于后期维修；利用装置内外壁产生的摩擦力锁紧会对装置本身的机械结构造成不可修复的破坏，不利于长时间、高频次的使用和后期维护。所以，目前急需一种易于加工制造、高精度、工作时间长、更稳定的自动快速更换工具。
技术实现思路
针对现有快换装置的设计缺陷，本专利技术提出一种用于维护作业的自动快速更换工具，以解决
技术介绍
中提出的设计不合理的问题，本专利技术结构可靠，效率高，设计合理，使用范围广，实用性强。为解决上述问题，本专利技术提供一种机器人用于维护作业的快换工具，包括连接机器人的公头和连接维护工具的母头，电磁继电器，压片弹簧，通信接口、电气接口等。所述公头正面有一个与机器人相连的法兰，其中一侧有工业四芯插口以及供电接口，另一侧有传感器接口和工业接口母头，所述公头下沿(公头与母头连接处)安装有视觉传感器，所述母头上沿(公头与母头连接处)有视觉传感器检测孔；所述公头下沿另一端(与视觉传感器的位置相对，视觉传感器绕公头轴线旋转180°)有定位销，所述母头上沿另一端(与视觉传感器检测孔的位置相对，视觉传感器检测孔绕母头轴线旋转180°)有定位销孔；所述公头曲面侧(锁紧状态时公头和母头连接处)与另一曲面侧共开有两个异型凹槽，所述公头底面开有两个长方体型凹槽，所述公头顶部及底部开有多个用于传输介质(液、气)的孔，所述压片弹簧通过螺栓连接于公头曲面的异型凹槽中，所述电磁继电器通过螺栓连接于所述公头底部长方体凹槽，所述盖板通过螺栓连接于所述公头底部，所述工业接口公头通过螺栓连接于所述公头底部；所述母头内部曲面与所述压片弹簧对应位置处有一环形凹槽，所述母头内侧底部与所述公头对应处有橡胶密封圈、用于传输介质的孔和工业接口母头。所述母头外侧底部有螺纹孔、传输介质的孔和工业接口公头。在上述方案中，所述公头与机器人通过法兰连接，所述母头与工具通过法兰连接。在上述方案中，所述压片弹簧下部为半球形，所述母头环形槽截面为半圆形，两者可以相互匹配，实现可靠锁紧。在上述方案中，所述公头与所述母头连接后，两者介质孔之间有橡胶密封圈，用于各种介质(油、气)的密封。在上述方案中，所述公头与所述母头准备连接时，电磁继电器通电，所述电磁继电器产生磁力吸引所述压片弹簧到所述电磁继电器一端，所述快换工具为解锁状态；所述公头与所述母头通过定位销连接的同时，所述视觉传感器检测到两者接触面相合、进入到锁紧位置，所述视觉传感器发出信号，所述电磁继电器断电，所述压片弹簧在自身弹力作用下，回到原位置，与环形槽相互贴合，此时为锁紧状态。在上述方案中，所述公头与所述母头准备断开时，机器人将维护工具放在工具平台上，所述电磁继电器通电，所述压片弹簧被快速吸引到所述电磁继电器一端，快速解锁。在上述方案中，本专利技术有失电保护装置，快换工具失电时为锁紧状态，安全可靠。在上述方案中，传感器定位孔外侧有一列小孔(可透光，以下简称光孔)，内侧有若干带状条纹，视觉传感器可以感应光孔及带状条纹、计算公头下降速度、检测公头到达的锁紧位置。在上述方案中，视觉传感器外安装有法拉第笼，屏蔽电磁波，保护视觉传感器。在上述方案中，所述工业四芯插口为所述电磁继电器供电；所述普通电源接口为所述视觉传感器供电。在上述方案中，所述传感器接口为机器人提供所述视觉传感器信号，所述工业接口为机器人与工具提供可靠信号连接。有益效果：本专利技术采用电磁继电器控制装置锁紧，可以实现工具的快速锁紧、解锁，有断电保护功能，断电后安全可靠；快换工具为模块化装配，结构紧凑，可用在非标准化工具上，可扩展能力强；信号接口连接好后，机器人定位销和视觉传感器控制快换装置的对准和锁紧，增加快换装置锁紧过程的精度，全过程机器人仅通过视觉传感器的控制信号和电磁继电器的通断自动更换维护工具，加工效率高，生产成本低；法拉第笼屏蔽电磁波，保护视觉传感器；压片弹簧锁紧效果好，可长时间持续使用，结构简单，易于加工；本专利技术每一端均为标准法兰，适应范围广，上下端均有介质孔，适应不同功能的维护工具；快换工具公头一端与机器人末端连接，可有效减少机器人连接维护工具时的关节力矩，减少对机器人关节电机的损害；使用工业接口作为机器人和工具传递信号的接口，提高机器人对工具的兼容性，稳定性；使用工业四芯插口为电磁继电器供电，提供解锁保障。附图说明图1为本专利技术等轴测剖视图；图2a为解锁状态剖视图；图2b为锁紧状态剖视图；图2c为解锁状态局部放大图；图2d为锁紧状态局部放大图；图3为本专利技术三维分解图；图4为本专利技术视觉传感器检测孔内部展开图；图5为本专利技术连接机器人与维护工具示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1-法兰盘；2-介质孔；3-工业四芯插口；4-普通电源接口；5-公头；6-定位销；7-压片弹簧；8-工业接口公头；9-电磁继电器；10-盖板；11-定位销孔；12-母头；13-视觉传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于维护作业的自动快速更换工具，其特征在于：包括连接机器人的公头和连接维护工具的母头，电磁继电器，压片弹簧，视觉传感器，法拉第笼；/n所述公头正面有标准法兰，侧面有工业四芯插口以及供电接口，另一侧有视觉传感器接口和工业接口母头；所述公头下沿安装有视觉传感器；所述视觉传感器外侧安装有法拉第笼；所述母头上沿有一个视觉传感器检测孔，孔内部有一列可透光的光孔；所述公头下沿位置有一个定位销，定位销与视觉传感器相对；所述母头上沿位置有一个定位销孔，定位销孔与视觉传感器检测孔相对；所述公头曲面侧开设有两个位置相对的异型凹槽；所述公头底面开有长方体形凹槽，所述两个长方体形凹槽之间不连通，每个长方体形凹槽与一个异形凹槽侧面相通；所述母头内侧曲面开有环形凹槽，环形凹槽在公头及母头连接状态下与所述长方体形凹槽与异形凹槽相通位置相平；所述公头顶部及底部开有用于传输介质的孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于维护作业的自动快速更换工具，其特征在于：包括连接机器人的公头和连接维护工具的母头，电磁继电器，压片弹簧，视觉传感器，法拉第笼；
所述公头正面有标准法兰，侧面有工业四芯插口以及供电接口，另一侧有视觉传感器接口和工业接口母头；所述公头下沿安装有视觉传感器；所述视觉传感器外侧安装有法拉第笼；所述母头上沿有一个视觉传感器检测孔，孔内部有一列可透光的光孔；所述公头下沿位置有一个定位销，定位销与视觉传感器相对；所述母头上沿位置有一个定位销孔，定位销孔与视觉传感器检测孔相对；所述公头曲面侧开设有两个位置相对的异型凹槽；所述公头底面开有长方体形凹槽，所述两个长方体形凹槽之间不连通，每个长方体形凹槽与一个异形凹槽侧面相通；所述母头内侧曲面开有环形凹槽，环形凹槽在公头及母头连接状态下与所述长方体形凹槽与异形凹槽相通位置相平；所述公头顶部及底部开有用于传输介质的孔。


2.根据权利要求1所述的一种用于维护作业的自动快速更换工具，其特征在于：
所述压片弹簧下部为半球形，所述母头环形凹槽截面为半圆形；所述压片弹簧通过螺栓连接于公头曲面的异型凹槽中，所述电磁继电器通过螺栓连接于所述公头底部长方体凹槽，所述盖板通过螺栓连接于所述公头底部。


3.根据权利要求2所述的一种用于维护作业的自动快速更换工具，其特征在于：
所述压片弹簧下部与所述母头环形凹槽相啮合时，所述快换工具为锁紧状态；所述压片弹簧下部与所述母头环形凹槽相分离时，所述快换工具为解锁状态。

【专利技术属性】
技术研发人员：李东怿，赵文龙，程勇，杨松竹，张宇，潘洪涛，陈思，程羊，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，合肥中科艾帝尔机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34