具体实施方式

图1描绘了机器人工具更换装置，其由编号100一般地表示。机器人工具更换装置100包括适于连接到机器人臂(未显示)的主组件110和适于连接到机器人工具(未显示)的工具组件120。机器人工具更换装置100允许用户通过选择性地将主组件110和工具组件120耦合和解耦来选择性地将不同的工具附接到机器人臂。主组件110上的对准插脚111与工具组件120上的对准孔124配合，以确保主组件110和工具组件120耦合在一起时正确对准。

主组件110包括壳体112、以及从壳体112中伸出并延伸到壳体112表面平面之外的环形轴环113。工具组件120包括壳体122，其中形成有圆形腔室123。当主组件110和工具组件120接合在一起时，轴环113插入腔室123中。此外，轴环113和腔室123的锁定特征用于将主组件110和工具组件120锁定在一起。

工具更换装置100用于在机器人臂和机器人工具之间传递各种公共设施，例如电力、气动气体、流体、数据信号等。例如，图1描绘了附接到工具组件120的工具电信号模块130。主电信号模块140附接到主组件110。模块130、140包括由一个或多个插座20和相应的插脚50形成的连接器70。图1包括主电信号模块140上的一个或多个插座20、以及工具电信号模块130上的插脚50。这种布置可以是相反的，在工具电信号模块130上具有一个或多个插座20并且主电信号模块140上具有一个或多个插脚50。

工具电信号模块130包括一个或多个插脚50，插脚50内部连接到一个或多个连接器131。一个或多个插脚50向外延伸超出面125。主电信号模块140包括插座20，插座20适于并布置成与插脚50配合。插座20内部连接到一个或多个连接器141。一个或多个插座20位于面114中。在一个示例中，当主组件110和工具组件120耦合在一起时，电功率从机器人臂流入触点141和插座20，然后流到插脚50。电信号也可以在插座20与插脚50之间沿任意方向传递。

工具更换装置100还包括主气动模块150，该模块与工具气动模块160接合，以允许加压的气动流体从机器人臂进入机器人工具。

美国专利号8005570、8132816和8209840中公开了主组件110和工具组件120的特征和结构，在此通过引用将其整体并入本文。

连接器70用于在一个或多个插座20与插脚50之间提供物理接触，以将大电流从主组件110传递到工具组件120。连接器70可以包括各种数量的插座20和插脚50。图2示出了接合在一起的连接器70的插座20和插脚50的一部分或全部。插座20包括位于面114中的开口中的主体21。环形弹簧30围绕插座20延伸以围绕插脚50的周边接合。插脚50包括导电体52和远端的盖51。当插脚50插入插座20中时，环形弹簧30围绕导电体52周边延伸并与导电体56的周边接触。通过连接器141引入的电流沿着导线29移动并到达插座20。通过与环形弹簧30接触，电流传递到插脚50，然后通过导线59并通过连接器131流出至工具。

每个插座20配置为接收并接触插脚50中的一个。该接触提供使电流从主组件110传递到工具组件120的电通路。在一个示例中，通过一个或多个插座20并进入相应的一个或多个插脚50的电流是足以使工具(例如，焊接工具)工作的大电流。在一个示例中，使工具工作的大电流大约在1安培到5安培之间。在另一个示例中，该大电流约为200安培。在另一个示例中，该大电流大约在150-250安培之间。

图3和图4示出安装在主组件140的面114中的容器115内的插座20。插座20包括带有顶部法兰23的主体21、侧面24以及底部25。法兰23与面114对准，并且侧面24和底部25从面114向内凹陷。法兰23从侧面24向内延伸并形成开口22。开口22通向形成在法兰23、侧面24和底部25之间的内部空间26。内部空间26包括在法兰23下方沿着侧面24定位的悬垂部或凹部27。在一个示例中，底部25和法兰23分别位于彼此平行的平面中，并且侧面24垂直于这些平面。

环形弹簧30位于内部空间26中，并作为插脚50与插座20之间的触点发挥作用。环形弹簧30的大部分位于凹部27中，较小部分向外延伸至开口22中并超过法兰23。该定位暴露了环形弹簧30以与插脚50接触。在一个示例中，插座20中的开口22与环形弹簧30中的开口32同轴对准。

如图5所示，环形弹簧30包括螺旋状的电线31，其缠绕并形成中心开口32。电线31包括圆形截面形状。电线31以螺旋形状连续围绕中心开口32，形成一系列线圈35。每个线圈35包括开口32处的内缘33和远离开口32的外缘34。环形弹簧30包括环形形状，使得每个线圈35的内缘33比每个线圈35的外缘34更靠近在一起。在图5所示的一个示例中，线圈35的内缘33被分隔开。在另一示例中，内缘33接触在一起。

环形弹簧30可以包括各种形状和尺寸。在如图5所示的一个示例中，环形弹簧30具有带有圆形开口32的圆形形状。环形弹簧30和开口32可以包括其他形状，包括但不限于多边形和长方形。

如图5所示，环形弹簧30包括在内缘33和外缘34之间测量的宽度W。此宽度W大于法兰23的长度L。此尺寸使得内缘33向外延伸超过法兰23，并暴露在开口22中，外缘34与侧面24接触。进一步如图6所示，环形弹簧30中的开口32的直径D1小于主体21中的开口22的直径D2。这使得环形弹簧30能够围绕开口22的周边向外延伸。

在一个示例中，环形弹簧30的每个线圈35包括基本上圆形的截面形状。其他示例包括具有非圆形形状的线圈35。线圈35可以包括相同的形状，以围绕插脚50的周边提供均匀接触。在另一个示例中，线圈35包括不同的尺寸，其中有限数量的线圈35绕周边与插脚50接触。

如图4所示，环形弹簧30具有高度H。高度H小于在法兰23和底部25之间测量的内部空间26的高度。这使得插脚50的远端插入到环形弹簧30之外的内部空间26中。搁板28从侧面24向内延伸，以将环形弹簧30定位在内部空间26的上部。

环形弹簧30围绕插座20的开口22延伸。如图6所示，这使得环形弹簧30围绕插脚50的整个周边与插脚50的外缘51接触。这允许在主组件110与工具组件120之间传递大电流。在另一个示例中，环形弹簧30没有完全围绕开口22延伸。

在一个示例中，环形弹簧30由螺旋弹簧构成。螺旋弹簧成环形，端部连接在一起形成连续的环形弹簧30。

插脚50的尺寸适合安装在弹簧30的开口32中，并与环形弹簧30和周边接触。图7和图8示出了在远端53和近端54之间延伸的插脚50。在端部53、54之间测量的插脚50的长度可以变化。

插脚50包括远端53处的盖部51和从盖部51向内的接触部52。盖部51构造成便于插入弹簧30的开口32中。盖部51具有锥形形状，该锥形形状在远端53处较窄，在接触部52处较大。整个盖部51可以是锥形的，或者仅远端53处的有限部分可以是锥形的。盖部51由低摩擦材料制成，以便于在插入和移除期间沿着环形弹簧30滑动和移动。材料包括但不限于塑料。在一个例子中，盖部51是连接到接触部52的独立件。这可以包括将盖部51进行机加工并作为组件添加到接触部52。在另一个示例中，盖部51和接触部52被构造为单一的一体式主体，并且盖部51还包括涂覆在主体上的低摩擦涂层。在另一个示例中，盖部是模制(over-molded)或超声波焊接到主体上。在一个示例中，盖部51不是锥形的。

在一个示例中，盖部51是不导电的。这是因为如图2所示，当插脚50完全插入插座20时，盖部51不接触环形弹簧30。在另一个示例中，盖部51是导电的，但是当插脚50插入时，不提供电接触，因为它与环形弹簧30间隔开。

当插脚50完全插入插座20时，接触部52从盖部51向内定位，并与环形弹簧30接触。接触部52是导电的，以允许在连接期间电流通过。

接触部52沿其长度具有恒定宽度W，用于当插脚50以不同深度插入插座20时，与环形弹簧30均匀接触。恒定宽度W还使得环形弹簧30与接触部52的整个周边接触。接触部52可以延伸至近端54，或者在接触部52与近端54之间沿着插脚50定位有一个或多个附加部。

插脚50的结构便于插入，并且在插脚50完全插入插座20时，仍提供电接触。当插脚50在插入期间未与插座20完全对准(称为侧向加载(side-loading))的情况下，盖部51抵消了对插脚50和插座20的磨损。当插脚50完全插入插座20时，具有恒定宽度W的接触部52提供了电接触。

在一个示例中，插脚50包括圆形截面形状。

插脚50的接触部52、环形弹簧30以及插座21的主体21中的每一个都是导电的，以在连接器70接合时用于电流通过。导电材料包括但不限于铜、钢、铝。在一个示例中，这些部件中的每一个部件都是由相同的材质构成的。其他示例包括两个或更多个部件的构成存在差异。

图2和图6示出插入在插座20中的插脚50。在一个示例中，连接器70可以包括单个插脚50和插座20的组合。在其他示例中，连接器70包括多个插脚50和插座20的组合。插脚50可以具有有限量的间隙，以在面125中的开口内移动。在一个示例中，偏置构件将插脚50从支撑构件126向外偏置并穿过面125中的开口。

插脚50的尺寸设计成可穿过开口22并进入插座20的内部空间26。在图2所示的一个示例中，插脚50与底部25间隔开。由于该间隔，偏置构件57施加的力不会干扰将插脚50插入插座20所需的力。

插脚50的接触部52与环形弹簧30的内缘33接触。该接触围绕接触部52的周边延伸。环形弹簧30还与插座20的主体21接触，以提供电连接。因此，电流可以沿着电导线29经由插座20进入插脚50，并进入电导线59，以为相关工具供电。盖部51由于形状和/或低摩擦结构而有助于插入环形弹簧30。如图2所示，一旦插脚50完全插入，盖部51定位在环形弹簧30之外的内部空间26中，且不与环形弹簧30接触。

在连接期间，环形弹簧30在一个或多个点处与插座20的主体21接触。在图2所示的一个示例中，环形弹簧30与法兰23和侧面24中的每一个接触。在另一个示例中，环形弹簧30与主体21的一个部分接触。如图4所示，环形弹簧30也可以与搁板28接触。搁板28是导电的并且连接到侧面24以用于电流通过。

在接触期间，环形弹簧30由于插脚50施加的力而变形。在一个示例中，在插脚50插入之前，环形弹簧30的线圈35具有圆形截面形状。如图2所示，在插入之后，线圈35变形并具有非圆形截面形状。环形弹簧30的变形可促进环形弹簧30与主体21和插脚50二者接触。

插脚50可以包括各种形状，以促进与环形弹簧30接触。在图5和图6所示的一个示例中，插脚50是具有圆形截面形状的圆柱体。在一个示例中，接触部52的宽度W大于环形弹簧30的开口32的直径D1。这种尺寸使得在插脚50插入期间环形弹簧30变形并使开口32扩大。在另一个示例中，接触部52和开口22的直径基本相同。

插脚50可以包括其他形状和尺寸。图9包括插脚50，其盖部51比接触部52宽。插脚50的尺寸和配置使盖部51适合于插座20中的开口22并移动到内部空间26中。环形弹簧30在盖部51插入期间变形并反弹以与接触部52接触从而提供电连接，以将电流从电导线29传递到电导线59。在一个示例中，接触部52的直径大于开口32的直径，以保持接触部52与环形弹簧30接触。

插座20和环形弹簧30由导电材料构成。示例包括但不限于铝、铜、钢、铁及其组合。

在一个示例中，盖部51由低摩擦材料构成，并且接触部52由高摩擦材料构成。

图10示出一种接合连接器并将插脚50电连接到插座20以传递大电流的方法。插脚50和插座20对准在一起。插脚50的锥形盖部51位于插座20处。将插脚50以第一量插入插座20并插入插座50中的主体开口21中(框150)。这包括将远端盖部51插入主体开口21中。远端盖部51包括锥形形状并且有助于将插脚50与插座20对准。

该方法包括以另外的第二量将插脚50插入环形弹簧30的开口32中(框152)。环形弹簧30位于插座20中，并与主体开口22同轴。盖部51也由低摩擦材料构成，该材料可减少沿环形弹簧30将盖部51滑入插座20所需的力。这种低摩擦材料减少对环形弹簧30和插脚50的磨损。

将插脚50完全插入插座20中。该定位使插脚50的接触部52与环形弹簧30接触(框154)。接触部52由导电材料构成。该定位还将远端53处的盖部51定位在插座20的内部空间26中。盖部51由不导电材料构成，并且与环形弹簧30间隔开并且不与环形弹簧30接触。

当插脚50的接触部52与环形弹簧30接触时，来自插座20的大电流被传递到插脚50(框156)。

在一个示例中，在将插脚50插入环形弹簧30的开口32期间，插入力使环形弹簧30增大。这使得环形弹簧30围绕插脚50的整个周边施加恒定的接触。

插座20的结构能够承受内部空间26中可能积聚的污垢和碎屑。此外，环形弹簧30在主体21中是可触及的，并且可以通过开口22将其取下，并用另一个环形弹簧30替换。

图1包括具有连接器70的示例，该连接器70具有多个插座20，这些插座20与工具组件120中相应的插脚50配合。其他例子可以包括不同数量的插座20和插脚50，用于在主组件110和工具组件120之间传输大电流电力。一个特定示例包括单个插座20和单个插脚50。

图1还包括在主组件110上具有一个或多个插座20并且在工具组件120上具有相应的一个或多个插脚50的示例。这种布置可以是相反的，在工具组件120上具有一个或多个插座20并且在主组件110上具有一个或多个插脚50。在一个示例中，电流从插座20传递到插脚50。在另一个示例中，电流从插脚50传递到插座20。

连接器70还可用于传递在主组件110和工具组件120之间双向通信的各种数据的电信号。

关于量或测量值的术语“基本上”，意味着不需要精确地实现上述特征、参数或值。相反，偏差或变化，包括例如公差、测量误差、测量精度限制以及本领域技术人员已知的其他因素可能以不排除该特性旨在提供的效果的形式出现。

为了简单和说明的目的，主要通过参考本发明的示例性实施例描述了本发明。为了提供对本发明的透彻理解，阐述了许多具体细节。然而，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在不限于这些具体细节的情况下实施本发明。在本说明书中，未详细描述众所周知的方法和结构，以避免不必要地模糊本发明。

在不脱离本发明基本特征的情况下，可以通过本文具体阐述的方式以外的其他方式来实施本发明。本实施例将在所有方面被认为是说明性的而不是限制性的，并且在所附权利要求的含义和等同范围内的所有变化都将被包含在其中。