本发明涉及机器人应用，更具体地说，本发明涉及一种机械臂端快速更换末端工具系统。
背景技术：
1、机器人作为智能制造、柔性制造等高端制造业中的重要工具和载体，在工业生产中机器人应用也越来越广泛。移动协作机器人工作空间大，不受固定部署的约束，其所面对的工作环境和工作任务具有多变性和复杂性，对移动协作机器人末端工具的多功能性和末端快换装置的智能化提出了新的要求，使机器人具备复合型功能，能够应对复杂多样的工作场景。
2、目前末端快换装置包括手动型和半自动型，也就是仍需要人工进行连接销轴、接通油路以及设置电路等操作，在快换装置的切换与锁紧过程中都需要气压控制，对气源有较强的依赖性，面对移动协作机器人的工作场景，对气源的依赖将增加系统的复杂性，降低系统的可靠性，且现有快换装置的供电和精度都无法保证，并且在出现意外情况的时候无法保证切换到手动控制模式，无法满足移动协作机器人的工作需求。
3、因此我们也对全自动机械臂端快速更换末端工具进行研究，如：
4、中国专利申请号2018111502438，提供了一种机械臂端快换装置，通过公接头组件和母接头组件相互对接配合实现了电、水、气三个设备的快速连接并保持其工作的独立性，弱电转换通道设置了反馈线，能够实时进行反馈，接收反应现场设备的连接情况。但是反馈信号是数字信号，只能在明显出现连接问题的时候才发出信号，导致对接区域出现磨损，影响快换装置的寿命。
5、中国专利申请号：2022116252952，提供了一种机械臂端快换接口，通过自动弹出装置，使得公头和母头分离时可以自动弹出，彻底分离，而且在公头处设置了传感器，传感器与控制装置连接，传感器识别对接杆插入对接槽的插入深度，从而判断电机的启停，由于对接杆每次运动会产生误差，随着切换次数的增加，累计误差会增大，导致快换装置的损坏。
6、中国专利申请号：2022108782016，提供了一种机械臂端末端工具快速转换装置，工具架设有对自锁组件自动解锁的解锁组件，转接结构置于工具架后旋转对接结构，解锁组件对自锁组件自动解锁，虽然能解决机械臂端末端快速切换工具的问题，但是结构比较复杂，且需要手动控制，有明显的缺陷。
7、中国申请号：2014108505019，提供了一种可在轨更换的机械臂端关节快换接口，装置功能比较完善，但是多处需要动力机构，需要更多的电源和信号控制，由于机械臂端口供电和信号线有限，所以需要额外增加电源和信号线控制，使系统比较繁琐。
8、鉴于此，本发明提供一种机械臂端快速更换末端工具系统，以解决上述问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中的问题，本发明提出一种机械臂端快速更换末端工具系统。
2、本发明提供一种机械臂端快速更换末端工具系统，包括识别定位系统、快换电路系统和快换机械结构；
3、识别定位系统，是基于工控机来检测工具位置和障碍物位置，并控制机械臂末端绕过障碍物移动到工具所在位置上方；
4、快换电路系统，是基于stm32主控面板控制快换装置的开关，通过电机驱动模块控制无刷电机，使用磁编码器和电流采样模块检测电机状态；
5、快换机械结构，采用模块化设计，在快换机械结构两端分别连接快换连接机械臂端和快换连接工具端，实现快换连接。
6、作为本发明提供一种优选技术方案，识别定位系统通过串口通信模块和rs485通信模块分别控制快换电路系统的两种控制信号，串口通信模块用于传输控制快换三个卡爪的内缩或外伸的信号，rs485通信模块用于传输夹爪的张开和闭合或钻头的转动和停止的信号。
7、作为本发明提供一种优选技术方案，识别定位系统包括工控机，工控机连接深度相机、力传感器和二维码识别模块；
8、深度相机，用于检测工具端所在的位置以及障碍物；
9、力传感器，用于检测卡盘阳端和卡盘阴端是否完全贴合；
10、二维码识别模块，是用来扫描贴在工具端的二维码来识别工具的种类；
11、工控机通过以太网通信模块连接机械臂端，将接收传感器的信号给快换电路系统发送信号，用于控制机械臂端末端到工具所在的位置。
12、作为本发明提供一种优选技术方案，第一电源模块连接机械臂端，用于给机械臂端供电，机械臂端引出的标准电压第二电源模块连接工控机，用于给工控机供电。
13、作为本发明提供一种优选技术方案，快换电路系统包括stm32主控面板，用于控制快换装置的开关和处理传感器的数据，stm32主控面板连接第三电源模块和降压模块，用于输出主控和传感器的所需要的电压；
14、stm32主控面板通过电机驱动模块连接无刷电机，提供足够的电流来驱动无刷电机的运动，无刷电机连接电流采样模块磁编码器，其中磁编码器用于检测电机转动的角度和位置，
15、电流采样模块用于检测电机因为堵住而产生的大电流，从而精确的控制电机转动的角度，
16、电流采样模块磁编码器连接stm32主控面板，用于把两个传感器采集的数据传输到stm32主控面板，从而让主控做出判断；
17、stm32主控面板通过wifi模块连接web服务器，用于上位机访问web服务器来控制快换装置和工具。
18、作为本发明提供一种优选技术方案，所述快换机械结构包括机械臂端连接板、电机模块、谐波减速器模块、卡盘阳端、工具端连接板和卡盘阴端，工具端连接板与卡盘阴端组合成快换连接工具端；卡盘阳端与谐波减速器模块、电机模块和机械臂端连接板组成快换连接机械臂端。
19、作为本发明提供一种优选技术方案，电机模块包括电机壳体，所述电机壳体将无刷直流电机固定安装在底座中，所述无刷直流电机顶部通过电机转接板连接轴承，所述轴承通过电机前盖和电机转接板固定在电机壳体上。
20、作为本发明提供一种优选技术方案，所述卡盘阳端包括卡爪固定板，所述卡爪固定板一端设置有卡爪，所述卡爪自由端通过前盖固定连接所述卡爪固定板，所述卡爪固定板另一端连接转盘，并通过后盖固定连接所述卡爪固定板。
21、作为本发明提供一种优选技术方案，在卡盘阴端和卡盘阳端上使用弹簧顶针与弹簧铜柱模块将两端的电气连接起来，且机械臂端和工具端的连接点设计于快换装置卡盘阳端的中心。
22、作为本发明提供一种优选技术方案，电机模块和谐波减速器模块都为中空型，用于连接电气连接线路。
23、本发明的具体优势如下：
24、本发明各个功能部件模块化，根据实际工作需求进行模块化组装，提升移动协作机器人的工作效率和能力；采用磁编码器检测电机转动角度，并通过电流堵转反馈消除累计误差，提高准确性并减少电机损坏；给每个工具配一个二维码，通过二维码模块识别工具种类，成本低且准确性高；
25、快换装置供电和信号控制满足机械臂端标准扩展插头，适用于大部分机械臂端；末端加有力传感器，实时检测卡盘阳端对应的卡盘阳端和卡盘阴端接触力，减少因机械碰撞带来的损坏；可以通过识别定位系统控制进行全自动切换，也可以通过上位机访问web服务器控制快换装置和工具，提高系统可靠性。
1.一种机械臂端快速更换末端工具系统，其特征在于，包括识别定位系统(1)、快换电路系统(2)和快换机械结构(3)；
2.根据权利要求1所述的一种机械臂端快速更换末端工具系统，其特征在于，识别定位系统(1)通过串口通信模块和rs485通信模块分别控制快换电路系统(2)的两种控制信号，串口通信模块用于传输控制快换三个卡爪的内缩或外伸的信号，rs485通信模块用于传输夹爪的张开和闭合或钻头的转动和停止的信号。
3.根据权利要求1所述的一种机械臂端快速更换末端工具系统，其特征在于，识别定位系统(1)包括工控机，工控机连接深度相机、力传感器和二维码识别模块；
4.根据权利要求1所述的一种机械臂端快速更换末端工具系统，其特征在于，第一电源模块连接机械臂端，用于给机械臂端供电，机械臂端引出的标准电压第二电源模块连接工控机，用于给工控机供电。
5.根据权利要求1所述的一种机械臂端快速更换末端工具系统，其特征在于，快换电路系统(2)包括stm32主控面板，用于控制快换装置的开关和处理传感器的数据，stm32主控面板连接第三电源模块和降压模块，用于输出主控和传感器的所需要的电压；
6.根据权利要求1所述的一种机械臂端快速更换末端工具系统，其特征在于，所述快换机械结构(3)包括机械臂端连接板(31)、电机模块(32)、谐波减速器模块(33)、卡盘阳端(34)、工具端连接板(35)和卡盘阴端(36)，工具端连接板(35)与卡盘阴端(36)组合成快换连接工具端；卡盘阳端(34)与谐波减速器模块(33)、电机模块(32)和机械臂端连接板(31)组成快换连接机械臂端。
7.根据权利要求6所述的一种机械臂端快速更换末端工具系统，其特征在于，电机模块(32)包括电机壳体(321)，所述电机壳体(321)将无刷直流电机(322)固定安装在底座(323)中，所述无刷直流电机(322)顶部通过电机转接板(324)连接轴承(325)，所述轴承(325)通过电机前盖(326)和电机转接板(324)固定在电机壳体(321)上。
8.根据权利要求6所述的一种机械臂端快速更换末端工具系统，其特征在于，所述卡盘阳端(34)包括卡爪固定板(343)，所述卡爪固定板(343)一端设置有卡爪(342)，所述卡爪(342)自由端通过前盖(341)固定连接所述卡爪固定板(343)，所述卡爪固定板(343)另一端连接转盘(345)，并通过后盖(346)固定连接所述卡爪固定板(343)。
9.根据权利要求8所述的一种机械臂端快速更换末端工具系统，其特征在于，在卡盘阴端(36)和卡盘阳端(34)上使用弹簧顶针与弹簧铜柱模块将两端的电气连接起来，且机械臂端和工具端的连接点设计于卡盘阳端(34)的中心。
10.根据权利要求8所述的一种机械臂端快速更换末端工具系统，其特征在于，电机模块(32)和谐波减速器模块(33)都为中空型，用于连接电气连接线路。
