本發(fā)明涉及一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的快換接頭，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

快換接頭在機(jī)器人設(shè)計(jì)中具有十分重要的作用，現(xiàn)在的機(jī)器人大多具備不同的關(guān)節(jié)，而不同的關(guān)節(jié)之間由于固定連接，構(gòu)型固定，工作時(shí)能夠完成的任務(wù)十分單一，由于快換接頭的產(chǎn)生便可以使構(gòu)型相互轉(zhuǎn)換，從而按照任務(wù)不停地變換自己的構(gòu)型。由于超冗余機(jī)械臂具備冗余的自由度，可以滿足很多工況下的任務(wù)執(zhí)行，當(dāng)和快換接頭連接時(shí)，其工作空間可以大幅提高，因此連接結(jié)構(gòu)對(duì)于整個(gè)機(jī)器人的任務(wù)實(shí)現(xiàn)具備十分重要的作用。

從現(xiàn)有的對(duì)接機(jī)構(gòu)來(lái)看，連接分離機(jī)構(gòu)大致可以分為電磁式結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)，而機(jī)械結(jié)構(gòu)又可以分為銷釘結(jié)構(gòu)和卡爪結(jié)構(gòu)。電磁式結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是鏈接過(guò)程中切向的連接強(qiáng)度較低，同時(shí)如果采用電磁鐵連接，在模塊中間存在散熱問(wèn)題需要解決；而機(jī)械結(jié)構(gòu)不存在散熱問(wèn)題，其中銷釘式結(jié)構(gòu)在分離過(guò)程中需要兩個(gè)模塊分開一定的距離才能夠徹底分離，因此當(dāng)機(jī)器人長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，在狹窄空間會(huì)受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于為機(jī)械臂的構(gòu)型轉(zhuǎn)換提供一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的快換接頭，從而完成自重構(gòu)過(guò)程。

本發(fā)明在連接分離機(jī)構(gòu)上采用卡爪形式，同時(shí)綜合考慮運(yùn)動(dòng)靈活性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，因此，本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種自重構(gòu)的連接機(jī)構(gòu)，具備機(jī)械式和電磁式的優(yōu)點(diǎn)，保證構(gòu)型轉(zhuǎn)換穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的快換接頭，包括：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、形狀記憶合金雙程驅(qū)動(dòng)器、電氣接口及傳感系統(tǒng)；所述的形狀記憶合金雙程驅(qū)動(dòng)器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動(dòng)連接板連接，所述的電氣接口與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動(dòng)連接板和被動(dòng)接口板連接，所述的傳感系統(tǒng)也與主動(dòng)連接板和被動(dòng)接口板連接。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：本發(fā)明中，利用形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，利用凸輪擺動(dòng)從動(dòng)件作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)結(jié)合穩(wěn)定的電氣接口和傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種快換接頭，快換接頭利用形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)機(jī)械卡爪結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。正常工作情況下，主被動(dòng)連接接口進(jìn)行對(duì)接，完成機(jī)器人構(gòu)型的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明具有體積小，連接穩(wěn)定可靠，具備較大的連接剛度，同時(shí)響應(yīng)時(shí)間短等突出優(yōu)點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)上面優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了對(duì)接過(guò)程的從容差設(shè)計(jì)。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，整個(gè)連接機(jī)構(gòu)具備軸向2mm，周向18°的對(duì)接容差。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的快換接頭整體結(jié)構(gòu)的等軸測(cè)圖；

圖2是本發(fā)明的基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的快換接頭的主剖視圖；

圖3是凸輪的等軸測(cè)圖；

圖4是主動(dòng)連接板的等軸測(cè)圖；

圖5是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主剖面圖；

圖6是圖5的俯視圖；

圖7是形狀記憶合金雙程驅(qū)動(dòng)器的主剖視圖；

圖8是圖7的俯視圖；

圖9是電氣接口的主視圖；

圖10是圖9的c處放大圖；

圖11是圖9的l-l剖視圖；

圖12是傳感系統(tǒng)的軸側(cè)拆分圖。

圖中：上殼體1、下殼體2、主動(dòng)連接板4、安裝座4-1、限位塊二4-2、凸輪6、限位塊一6-1、正方形板6-2、圓角6-3、正方形臺(tái)肩6-4、圓弧形頂角6-5、輪軸6-6、鉤爪7、深溝球軸承8、墊片9、螺釘一10、階梯軸12、塑料軸承套13、鋁套14、鉤爪連接銷軸15、形狀記憶合金絲一16、形狀記憶合金絲二17、銅觸點(diǎn)電路板19、主動(dòng)銅觸點(diǎn)20、合金絲固定下板24、合金絲固定上板25、螺釘二26、合金絲固定板一27-1、合金絲固定板二27-2、塑料滑動(dòng)軸承28、攝像頭29、紅外接口電路板31、紅外發(fā)射管32、螺母34、定位銷軸36、被動(dòng)接口板41、圓臺(tái)形通孔41-1、合金絲固定板三42、合金絲固定板四43、電器接口固定件44、蝶簧45、螺釘四46、彈簧觸點(diǎn)電路板47、彈簧觸針48、螺釘三49、紅外接收管50、彈簧卡圈51。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：如圖2所示，本實(shí)施方式披露了一種基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的快換接頭，包括：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、形狀記憶合金雙程驅(qū)動(dòng)器、電氣接口及傳感系統(tǒng)；所述的形狀記憶合金雙程驅(qū)動(dòng)器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動(dòng)連接板4連接，所述的電氣接口與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動(dòng)連接板4和被動(dòng)接口板41連接，所述的傳感系統(tǒng)也與主動(dòng)連接板4和被動(dòng)接口板41連接。

如圖1及圖2所示，本實(shí)施方式中的基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的快換接頭還包括兩個(gè)殼體，所述的兩個(gè)殼體分別是上殼體1和下殼體2，所述的上殼體1和下殼體2上下正對(duì)設(shè)置，上殼體1下端中心處和下殼體2上端中心處分別設(shè)有接口，執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置在上殼體1和下殼體2內(nèi)，且主動(dòng)連接板4設(shè)置在上殼體1的接口內(nèi)，被動(dòng)接口板41固定在下殼體2的上端面，形狀記憶合金雙程驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在上殼體1內(nèi)，電氣接口設(shè)置在下殼體2內(nèi)，傳感系統(tǒng)設(shè)置在上殼體1內(nèi)。

具體實(shí)施方式二：如圖2-圖6所示，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一作出的進(jìn)一步限定，所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：主動(dòng)連接板4、凸輪6、墊片9、螺釘一10、合金絲固定下板24、合金絲固定上板25、螺釘二26、定位銷軸36、被動(dòng)接口板41、四個(gè)鉤爪7、兩個(gè)深溝球軸承8及四個(gè)鉤爪連接銷軸15；

所述的凸輪6的輪軸6-6豎直朝下設(shè)置，凸輪6的上端設(shè)有正方形板6-2，所述的正方形板6-2的四個(gè)棱角均為圓角6-3，凸輪6上設(shè)有一正方形臺(tái)肩6-4，所述的正方形臺(tái)肩6-4的四個(gè)頂角均為沿各自對(duì)角線方向延伸的圓弧形頂角6-5(每相鄰兩個(gè)圓弧形頂角6-5之間通過(guò)圓弧過(guò)渡面相連)，所述的主動(dòng)連接板4中部設(shè)有安裝座4-1，所述的安裝座4-1設(shè)有中心臺(tái)肩通孔，主動(dòng)連接板4與被動(dòng)接口板41上下平行設(shè)置，所述的被動(dòng)接口板41中心處設(shè)有倒置的與所述的中心臺(tái)肩通孔同軸的圓臺(tái)形通孔41-1，主動(dòng)連接板4中部的安裝座匹配設(shè)置在被動(dòng)接口板41所述的圓臺(tái)形通孔41-1內(nèi)，主動(dòng)連接板9和被動(dòng)接口板41通過(guò)定位銷軸36定位，凸輪6的輪軸6-6上設(shè)有限位塊一6-1，主動(dòng)連接板4的安裝座4-1的中心臺(tái)肩通孔內(nèi)設(shè)有用于與凸輪6的輪軸6-6上的限位塊一6-1機(jī)械限位的限位塊二4-2；主動(dòng)連接板4和被動(dòng)接口板41對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)有四個(gè)長(zhǎng)方形槽，四個(gè)所述的長(zhǎng)方形槽沿主動(dòng)連接板4的十字中心線設(shè)置，被動(dòng)接口板41上的四個(gè)長(zhǎng)方形槽相對(duì)于被動(dòng)接口板41十字中心線對(duì)稱設(shè)置，每個(gè)鉤爪7的鉤端分別對(duì)應(yīng)穿出主動(dòng)連接板4和被動(dòng)連接板41的長(zhǎng)方形槽，四個(gè)鉤爪7相對(duì)于凸輪6的中心軸線對(duì)稱設(shè)置，所述的四個(gè)鉤爪7分別通過(guò)鉤爪連接銷軸15與主動(dòng)連接板4鉸接，四個(gè)鉤爪7的鉤端均朝向凸輪6一側(cè)設(shè)置，凸輪6的輪軸6-6設(shè)置在主動(dòng)連接板4的中心臺(tái)肩通孔內(nèi)，凸輪6的輪軸6-6上安裝有兩個(gè)深溝球軸承8，所述的兩個(gè)深溝球軸承8設(shè)置在主動(dòng)連接板4的中心臺(tái)肩通孔內(nèi)，凸輪6的輪軸6-6外端設(shè)有墊片9，所述的凸輪6的輪軸6-6中心處設(shè)有螺紋孔，所述的螺釘一10穿過(guò)墊片9與凸輪6的輪軸6-6的螺紋孔旋接，凸輪6的正方形板6-2上端固定有合金絲固定下板24，合金絲固定上板25設(shè)置在合金絲固定下板24上方，合金絲固定下板24與合金絲固定上板25之間通過(guò)螺釘二26連接。

本實(shí)施方式的效果是：利用結(jié)構(gòu)上的定位，鉤爪7的抓取，以及限位塊的作用，可以保證主被動(dòng)連接接口(即主動(dòng)連接板4和被動(dòng)接口板41)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的連接。

本實(shí)施方式將凸輪6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為鉤爪7的間歇旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的工作過(guò)程是：如圖3所示，運(yùn)動(dòng)時(shí)凸輪6進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制鉤爪7運(yùn)動(dòng)，利用凸輪6輪廓和鉤爪7輪廓的摩擦使得凸輪6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為鉤爪7沿著鉤爪連接銷軸15旋轉(zhuǎn)，凸輪6行程為45°，每隔45°凸輪6帶動(dòng)四個(gè)鉤爪7進(jìn)行主被動(dòng)連接接口(即主動(dòng)連接板4和被動(dòng)接口板41)進(jìn)行連接和分離動(dòng)作，圖4所示為抓緊狀態(tài)。凸輪6通過(guò)兩個(gè)深溝球軸承8背對(duì)背固定在主動(dòng)連接板4上面,通過(guò)墊片9和螺釘一10進(jìn)行凸輪6的軸向支撐。凸輪6和主動(dòng)連接板4上均設(shè)計(jì)有限位塊，在主動(dòng)連接板4和被動(dòng)接口板41的對(duì)接面上面分別有定位銷軸36和定位錐(即定位銷軸36下端側(cè)壁的圓錐面以及圓臺(tái)形通孔41-1的圓錐面)形成的定位錐面a和定位錐面b進(jìn)行配合，利用兩面一銷進(jìn)行定位。

具體實(shí)施方式三：如圖7及圖8所示，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式二作出的進(jìn)一步限定，所述的形狀記憶合金雙程驅(qū)動(dòng)器包括：合金絲固定板一27-1、合金絲固定板二27-2、合金絲固定板三42、合金絲固定板四43、四個(gè)階梯軸12、兩根形狀記憶合金絲、多個(gè)塑料軸承套13、多個(gè)鋁套14、四個(gè)塑料滑動(dòng)軸承28及四個(gè)螺母34；所述的兩根形狀記憶合金絲分別是形狀記憶合金絲一16和形狀記憶合金絲二17；

所述的主動(dòng)連接板4上設(shè)有四個(gè)螺紋孔，主動(dòng)連接板4上的四個(gè)螺紋孔相對(duì)于主動(dòng)連接板4中心線對(duì)稱設(shè)置，所述的四個(gè)階梯軸12外圓周面下端軸均具有外螺紋，四個(gè)階梯軸12下端均與主動(dòng)連接板4上對(duì)應(yīng)的螺紋孔旋接，每個(gè)階梯軸12上均滑動(dòng)套裝有多個(gè)塑料軸承套13，每個(gè)塑料軸承套13的外部緊密套裝有鋁套14，所述的形狀記憶合金絲一16和形狀記憶合金絲二17交叉纏繞在所述的多個(gè)鋁套14的外圍，形狀記憶合金絲一16頭端固定在合金絲固定板一27-1及合金絲固定板二27-2之間，形狀記憶合金絲一16尾端固定在合金絲固定下板24和合金絲固定上板25之間，所述的合金絲固定下板24和合金絲固定上板25通過(guò)螺釘五連接，形狀記憶合金絲二17頭端固定在合金絲固定下板24及合金絲固定上板25之間，形狀記憶合金絲二17尾端固定在合金絲固定板三42與合金絲固定板四43之間，所述的合金絲固定板三42與合金絲固定板四43通過(guò)螺釘六連接，每個(gè)階梯軸12上端依次穿出對(duì)應(yīng)的合金絲固定板二27-2及合金絲固定板一27-1的光孔，每個(gè)階梯軸12上套裝有一個(gè)塑料滑動(dòng)軸承28，所述的塑料滑動(dòng)軸承28均設(shè)置在相應(yīng)的階梯軸12的上臺(tái)階端面上，且四個(gè)塑料滑動(dòng)軸承28均設(shè)置在合金絲固定板二27-2及合金絲固定板一27-1對(duì)應(yīng)的光孔內(nèi)，每個(gè)階梯軸12上端均與螺母34旋接。

本實(shí)施方式的效果是：通過(guò)三個(gè)固定點(diǎn)對(duì)兩根形狀記憶合金絲進(jìn)行固定，分別通電加熱，可以實(shí)現(xiàn)凸輪6的45°的轉(zhuǎn)動(dòng)行程，達(dá)到雙程驅(qū)動(dòng)器的效果，這種驅(qū)動(dòng)器體積小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且控制容易。

下面結(jié)合附圖5說(shuō)明形狀記憶合金的動(dòng)作過(guò)程。工作前，將形狀記憶合金絲一16和形狀記憶合金絲二17纏繞在多個(gè)鋁套14外圍，多個(gè)鋁套14通過(guò)多個(gè)塑料軸承套13滑動(dòng)套裝在階梯軸12上面，從而保證形狀記憶合金絲一16和形狀記憶合金絲二17之間的相互絕緣，對(duì)形狀記憶合金絲一16和形狀記憶合金絲二17進(jìn)行預(yù)拉伸使其產(chǎn)生預(yù)應(yīng)變，通過(guò)合金絲固定下板24和合金絲固定上板25進(jìn)行調(diào)整。在主被動(dòng)連接接口靠近時(shí)，給形狀記憶合金絲一16通電加熱，形狀記憶合金絲一16由于形狀記憶效應(yīng)縮短，從而使形狀記憶合金絲二17伸長(zhǎng)，從而帶動(dòng)合金絲固定上板25和合金絲固定下板24進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)凸輪6進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)連接板4和被動(dòng)接口板41脫離。當(dāng)主被動(dòng)連接接口進(jìn)行抓緊時(shí)，對(duì)形狀記憶合金絲二17進(jìn)行通電，從而形狀記憶合金絲二17縮短，形狀記憶合金絲一16伸長(zhǎng)，進(jìn)而帶動(dòng)凸輪6反向旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)鉤爪7進(jìn)行抓緊。當(dāng)鉤爪7達(dá)到指定位置時(shí)，凸輪6壓力角為0°，鉤爪7將穩(wěn)定在指定位置，保證整個(gè)對(duì)接過(guò)程的穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施方式四：如圖2、圖9-圖11所示，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式二作出的進(jìn)一步限定，所述的電氣接口包括：銅觸點(diǎn)電路板19、蝶簧45、彈簧觸點(diǎn)電路板47、彈簧卡圈51、九個(gè)主動(dòng)銅觸點(diǎn)20及九個(gè)彈簧觸針48；

所述的銅觸點(diǎn)電路板19固定在主動(dòng)連接板4上表面，所述的彈簧觸點(diǎn)電路板47固定在被動(dòng)接口板41上，主動(dòng)連接板4上設(shè)置有九個(gè)安裝孔，所述的九個(gè)安裝孔均布設(shè)置在同一圓周上，每個(gè)安裝孔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)主動(dòng)銅觸點(diǎn)20，所述的九個(gè)主動(dòng)銅觸點(diǎn)20均與銅觸點(diǎn)電路板19焊接，彈簧觸點(diǎn)電路板47上焊接有九個(gè)彈簧觸點(diǎn)48，所述的九個(gè)彈簧觸點(diǎn)48與九個(gè)銅觸點(diǎn)20一一對(duì)應(yīng)并相接觸，所述的蝶簧45設(shè)置在彈簧觸點(diǎn)電路板47與電器接口固定件44之間，所述的蝶簧45外側(cè)面安裝有彈簧卡圈51。

本實(shí)施方式的效果是：通過(guò)九個(gè)主動(dòng)銅觸點(diǎn)20和九個(gè)彈簧觸針48的接觸，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)電氣和通訊的連接，而且彈簧觸針48的恢復(fù)力可以促使主被動(dòng)連接接口的分離。

本實(shí)施方式為主動(dòng)連接板4與被動(dòng)接口板41對(duì)接時(shí)的電器接口的實(shí)現(xiàn)。彈簧觸點(diǎn)電路板47與電器接口固定件44之間由蝶簧45提供一定的對(duì)接容差設(shè)計(jì)。

具體實(shí)施方式五：如圖2、圖12所示，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式二作出的進(jìn)一步限定，所述的傳感系統(tǒng)包括：兩個(gè)攝像頭29、紅外接口電路板31、六個(gè)紅外發(fā)射管32、電器接口固定件44、螺釘三49及六個(gè)紅外接收管50；所述的紅外接口電路板31、主動(dòng)連接板4、被動(dòng)接口板41及電器接口固定件44依次固接，所述的電器接口固定件44設(shè)置在彈簧觸點(diǎn)電路板47下方，且電器接口固定件44與被動(dòng)接口板41連接，六個(gè)紅外發(fā)射管32和六個(gè)紅外接收管50依次交替固定在紅外接口電路板31和電氣接口固定件44上面，所述的紅外發(fā)射管32、紅外接收管50及兩個(gè)攝像頭29均對(duì)應(yīng)設(shè)置在主動(dòng)連接板4上設(shè)有的通孔內(nèi)。

本實(shí)施方式的效果是：通過(guò)六個(gè)紅外發(fā)射管32和六個(gè)紅外接收管50，紅外發(fā)射管依次發(fā)射一定光強(qiáng)，紅外接收管接收到的光強(qiáng)和距離成正比，通過(guò)算法可以計(jì)算出來(lái)主被動(dòng)連接接口的位姿信息，從而為對(duì)接做好準(zhǔn)備。

本實(shí)施方式主要是利用傳感系統(tǒng)給予主被動(dòng)連接接口對(duì)接過(guò)程提供對(duì)接信息，主要是包括位置信息和姿態(tài)信息，分別通過(guò)兩個(gè)攝像頭29和六個(gè)紅外接收管50和六個(gè)紅外發(fā)射管32構(gòu)成，兩個(gè)攝像頭提供遠(yuǎn)距離支持，六個(gè)紅外發(fā)射管32和六個(gè)紅外接收管50共同組成了六對(duì)紅外位姿測(cè)量系統(tǒng)。當(dāng)快換接頭的主被動(dòng)連接接口距離較遠(yuǎn)時(shí)，由兩個(gè)攝像頭29提供位姿信息，當(dāng)靠近時(shí)，由六對(duì)紅外發(fā)射和接收管提供位姿信息。

雖然在本文中參照了特定的實(shí)施方式來(lái)描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅是本發(fā)明的原理和應(yīng)用的示例。因此應(yīng)該理解的是，可以對(duì)示例性的實(shí)施例進(jìn)行許多修改，并且可以設(shè)計(jì)出其他的布置，只要不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)該理解的是，可以通過(guò)不同于原始權(quán)利要求所描述的方式來(lái)結(jié)合不同的從屬權(quán)利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結(jié)合單獨(dú)實(shí)施例所描述的特征可以使用在其他所述實(shí)施例中。