一种机器人末端快换装置设计
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参考文献：
［１］ 马培荪，徐建平．一种新型装配机器人工具自动更 换装 置 ［Ｊ］机械设计与研究，１９９７（２）：３３－３４．
［２］ 李娜．机器人末端工具快换装置的设计与优化［Ｄ］．山东：山 东大学机械工程学院，２０１７：９－２７．
［３］ 候源君．夹具定 位 方 案 的 自 动 化 设 计 算 法 与 应 用 研 究 ［Ｄ］． 江西：南昌航空大学，２０１５：１６－２８．
［７］ 颜玮．工业机器 人 快 换 装 置 的 安 装 与 调 试 ［Ｊ］．山 东 工 业 技 术，２０１６（１９）：９－１０．
ＤｅｓｉｇｎｏｆａＦａｓｔＣｈａｎｇｅＤｅｖｉｃｅｆｏｒｔｈｅＴｅｒｍｉｎａｌｏｆａＲｏｂｏｔ
ＲＯＮＧＬｉ， ＬＩＳｈａｏ－ｈａｉ， ＦＵＬｉ－ｘｉａｎｇ， ＧＯＮＧＤｏｎｇ－ｍｅｉ
［４］ 孔凡凯，刁颜飞，杨恩霞，等．机器人末Hale Waihona Puke Baidu操作器自动更换技 术研究［Ｊ］．机械工程师，２００４（５）：１８－２０．
［５］ 谭定中，王启明，薛开，等．机器人末端操作器自动更换技术 研究［Ｊ］．机械与电子，２００４（３）：５６－５８．
［６］ 高晓辉，蔡鹤泉．机 器人快 换手 的 研 究 ［Ｊ］．机 械 工 程 师， １９９６（３）：５－６．
０ 引 言
机器人快换装置可实现机器人末端执行器的 快速更换［１］，是 提 高 工 业 机 器 人 柔 性 化 生 产 能 力 的关键，在工业生产中应用广泛。但机器人快换装 置也存在 着 结 构 复 杂［２４］，承 载 能 力 不 足［５７］的 缺 点。分析了末端执行器的换装运动过程，利用气压 传动控制和杠杆增力的原理设计了一种机器人末端 快换装置，提高机器人快换装置的承载能力。
第 ２期
荣 莉，等：一种机器人末端快换装置设计
２５５
末端快换装置由上连接活塞、上接头缸体、端盖、末 端执 行 器 连 接 体、锁 紧 勾 爪、弹 性 绳、弹 性 缓 冲 垫 圈、气动接口组成。其中，上连接活塞上端设有机 器人连接法兰，其中部设有活塞，下端设有弹性绳 连接口，用于连接弹性绳；上连接缸体右侧上端设 有上进气孔，右侧下端设有下进气孔，其左侧下端 设有上电缆插头，中部下端设有两对锁紧勾爪连接 耳座；末端 执 行 器 连 接 体 右 侧 上 端 设 有 下 电 缆 插 孔，其下端设有末端执行器连接法兰；锁紧勾爪与 上连接缸体通过连接耳座销连接，其内侧设有弹性 绳连接口，用于连接弹性绳，利用杠杆原理通过锁紧 勾爪来实现锁紧模块的锁紧；弹性绳两端分别于锁 紧勾爪内侧和活塞轴下端通过弹性绳连接口固连。
一种机器人末端快换装置设计①
荣 莉， 黎少海， 付理想， 龚冬梅
（皖西学院机械与车辆工程学院，安徽 六安 ２３７０１２）
摘 要： 针对工业生产中机器人快速更换末端执行器的问题，对末端执行器的更换过程进行分 析，设计了一种机器人末端快换装置，包括上连接活塞、上接头缸体、端盖、末端执行器连接体、锁 紧勾爪、弹性绳、弹性缓冲垫圈、气动接口，提高了机器人末端执行器的换装效率以及换装可靠 性。 关键词： 机器人；末端执行器；快速更换 中图分类号： ＴＨ６９ 文献标识码： Ａ
第 ３７卷 第 ２期 佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ０３月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｍｕｓｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
文章编号：１００８－１４０２（２０１９）０２－０２５４－０２
Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．２ Ｍａｒ． ２０１９
１ 末端执行器更换过程
机器人末端执行器的更换过程分为以下几个 部分：首先快换装置与末端执行器处于连接状态， 此时锁紧模块松开，机器人手臂提起机器人快换装 置，机器人手臂移动快换装置使其定位至下一个末 端执行器，机器人手臂控制快换装置与末端执行器 精准连接，快换装置锁紧模块锁紧，完成末端执行器 的更换动作，末端执行器更换过程图如图 １所示。
图 ２ 快换装置结构示意图
１．机器人手臂；２．末端执行器托架 图 １ 末端执行器更换过程图
２ 快换装置的设计
机器人快换装置的结构如图 ２所示。机器人
① 收稿日期：２０１９－０１－２３ 基金项目：２０１８年大学生创新创业训练项目；安徽省重点研究开发项目（１８０４ｂ０６０２０３６９）。 作者简介：荣莉（１９９１－），女，安徽六安人，助教，硕士，研究方向：机电创新设计。
当需要换装其它末端执行器时，改由下进气孔 通入高压空气，在活塞及活塞轴带动下锁紧勾爪松
开，上接头缸体与末端执行器连接体分离，完成分 离动作。
根据上述方法，控制系统控制定位，再完成锁 紧动作，换装完成。
４ 结 语
设计的机器人末端快换装置利用杠杆增力的 原理实现快换装置的重载荷使用，实现了工作时连 接体之间较好的锁紧效果，弹性软绳的设计，很好 的实现锁紧勾爪的锁紧和松开动作，使得机器人末 端快换装置实现换装功能，提高了工作效率，且该 装置结构简单，成本较低。
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｅｓｔＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｕ＇ａｎＡｎｈｕｉ２３７０１２，Ｃｈｉｎａ）
１．上接头活塞；１１．机器人连接法兰； １２．活塞轴；１３．活塞；１４．弹性绳连接口；
２．上接头缸体；２１．上进气孔； ２２．下进气孔；２３．上电缆插头； ２４．连接耳座；３．端盖；４．末端执行器连接体； ４１．下电缆插孔；４２．机器人连接法兰； ５．锁紧勾爪；５１．弹性绳连接口；６．弹性绳； ７．弹性活塞垫圈；８．气动接口； ８１．上气动接口；８２．下气动接口。
３ 快换装置的使用
使用时，将 机 器 人 连 接 法 兰 与 机 器 人 手 臂 连 接，将末端执行器连接体与末端执行器连接，置于 托架上，此时，控制系统控制机器人手臂移动使快 换装置上端部分与位于托架上的末端执行器连接 体对齐并连接，控制系统控制外部气源向上进气孔 通入高压空气，推动活塞及活塞轴向下运动至极限 位置，在弹性绳的牵引作用下，锁紧勾爪绕连接耳 座中心旋转，锁紧勾爪旋转至外侧上端与末端连接 体上端压紧，活塞轴下端与锁紧勾爪内侧上端压紧， 完成锁紧动作，快换装置上端与末端执行器锁死。
［１］ 马培荪，徐建平．一种新型装配机器人工具自动更 换装 置 ［Ｊ］机械设计与研究，１９９７（２）：３３－３４．
［２］ 李娜．机器人末端工具快换装置的设计与优化［Ｄ］．山东：山 东大学机械工程学院，２０１７：９－２７．
［３］ 候源君．夹具定 位 方 案 的 自 动 化 设 计 算 法 与 应 用 研 究 ［Ｄ］． 江西：南昌航空大学，２０１５：１６－２８．
［７］ 颜玮．工业机器 人 快 换 装 置 的 安 装 与 调 试 ［Ｊ］．山 东 工 业 技 术，２０１６（１９）：９－１０．
ＤｅｓｉｇｎｏｆａＦａｓｔＣｈａｎｇｅＤｅｖｉｃｅｆｏｒｔｈｅＴｅｒｍｉｎａｌｏｆａＲｏｂｏｔ
ＲＯＮＧＬｉ， ＬＩＳｈａｏ－ｈａｉ， ＦＵＬｉ－ｘｉａｎｇ， ＧＯＮＧＤｏｎｇ－ｍｅｉ
［４］ 孔凡凯，刁颜飞，杨恩霞，等．机器人末Hale Waihona Puke Baidu操作器自动更换技 术研究［Ｊ］．机械工程师，２００４（５）：１８－２０．
［５］ 谭定中，王启明，薛开，等．机器人末端操作器自动更换技术 研究［Ｊ］．机械与电子，２００４（３）：５６－５８．
［６］ 高晓辉，蔡鹤泉．机 器人快 换手 的 研 究 ［Ｊ］．机 械 工 程 师， １９９６（３）：５－６．
０ 引 言
机器人快换装置可实现机器人末端执行器的 快速更换［１］，是 提 高 工 业 机 器 人 柔 性 化 生 产 能 力 的关键，在工业生产中应用广泛。但机器人快换装 置也存在 着 结 构 复 杂［２４］，承 载 能 力 不 足［５７］的 缺 点。分析了末端执行器的换装运动过程，利用气压 传动控制和杠杆增力的原理设计了一种机器人末端 快换装置，提高机器人快换装置的承载能力。
第 ２期
荣 莉，等：一种机器人末端快换装置设计
２５５
末端快换装置由上连接活塞、上接头缸体、端盖、末 端执 行 器 连 接 体、锁 紧 勾 爪、弹 性 绳、弹 性 缓 冲 垫 圈、气动接口组成。其中，上连接活塞上端设有机 器人连接法兰，其中部设有活塞，下端设有弹性绳 连接口，用于连接弹性绳；上连接缸体右侧上端设 有上进气孔，右侧下端设有下进气孔，其左侧下端 设有上电缆插头，中部下端设有两对锁紧勾爪连接 耳座；末端 执 行 器 连 接 体 右 侧 上 端 设 有 下 电 缆 插 孔，其下端设有末端执行器连接法兰；锁紧勾爪与 上连接缸体通过连接耳座销连接，其内侧设有弹性 绳连接口，用于连接弹性绳，利用杠杆原理通过锁紧 勾爪来实现锁紧模块的锁紧；弹性绳两端分别于锁 紧勾爪内侧和活塞轴下端通过弹性绳连接口固连。
一种机器人末端快换装置设计①
荣 莉， 黎少海， 付理想， 龚冬梅
（皖西学院机械与车辆工程学院，安徽 六安 ２３７０１２）
摘 要： 针对工业生产中机器人快速更换末端执行器的问题，对末端执行器的更换过程进行分 析，设计了一种机器人末端快换装置，包括上连接活塞、上接头缸体、端盖、末端执行器连接体、锁 紧勾爪、弹性绳、弹性缓冲垫圈、气动接口，提高了机器人末端执行器的换装效率以及换装可靠 性。 关键词： 机器人；末端执行器；快速更换 中图分类号： ＴＨ６９ 文献标识码： Ａ
第 ３７卷 第 ２期 佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ０３月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｍｕｓｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
文章编号：１００８－１４０２（２０１９）０２－０２５４－０２
Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．２ Ｍａｒ． ２０１９
１ 末端执行器更换过程
机器人末端执行器的更换过程分为以下几个 部分：首先快换装置与末端执行器处于连接状态， 此时锁紧模块松开，机器人手臂提起机器人快换装 置，机器人手臂移动快换装置使其定位至下一个末 端执行器，机器人手臂控制快换装置与末端执行器 精准连接，快换装置锁紧模块锁紧，完成末端执行器 的更换动作，末端执行器更换过程图如图 １所示。
图 ２ 快换装置结构示意图
１．机器人手臂；２．末端执行器托架 图 １ 末端执行器更换过程图
２ 快换装置的设计
机器人快换装置的结构如图 ２所示。机器人
① 收稿日期：２０１９－０１－２３ 基金项目：２０１８年大学生创新创业训练项目；安徽省重点研究开发项目（１８０４ｂ０６０２０３６９）。 作者简介：荣莉（１９９１－），女，安徽六安人，助教，硕士，研究方向：机电创新设计。
当需要换装其它末端执行器时，改由下进气孔 通入高压空气，在活塞及活塞轴带动下锁紧勾爪松
开，上接头缸体与末端执行器连接体分离，完成分 离动作。
根据上述方法，控制系统控制定位，再完成锁 紧动作，换装完成。
４ 结 语
设计的机器人末端快换装置利用杠杆增力的 原理实现快换装置的重载荷使用，实现了工作时连 接体之间较好的锁紧效果，弹性软绳的设计，很好 的实现锁紧勾爪的锁紧和松开动作，使得机器人末 端快换装置实现换装功能，提高了工作效率，且该 装置结构简单，成本较低。
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｅｓｔＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｕ＇ａｎＡｎｈｕｉ２３７０１２，Ｃｈｉｎａ）
１．上接头活塞；１１．机器人连接法兰； １２．活塞轴；１３．活塞；１４．弹性绳连接口；
２．上接头缸体；２１．上进气孔； ２２．下进气孔；２３．上电缆插头； ２４．连接耳座；３．端盖；４．末端执行器连接体； ４１．下电缆插孔；４２．机器人连接法兰； ５．锁紧勾爪；５１．弹性绳连接口；６．弹性绳； ７．弹性活塞垫圈；８．气动接口； ８１．上气动接口；８２．下气动接口。
３ 快换装置的使用
使用时，将 机 器 人 连 接 法 兰 与 机 器 人 手 臂 连 接，将末端执行器连接体与末端执行器连接，置于 托架上，此时，控制系统控制机器人手臂移动使快 换装置上端部分与位于托架上的末端执行器连接 体对齐并连接，控制系统控制外部气源向上进气孔 通入高压空气，推动活塞及活塞轴向下运动至极限 位置，在弹性绳的牵引作用下，锁紧勾爪绕连接耳 座中心旋转，锁紧勾爪旋转至外侧上端与末端连接 体上端压紧，活塞轴下端与锁紧勾爪内侧上端压紧， 完成锁紧动作，快换装置上端与末端执行器锁死。