CN102248541B - 工业机器人抓手 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工业机器人抓手，包括分体设置的前臂和后臂，所述前臂的后端与后臂前端通过抓手铰接轴铰接，抓手铰接轴与所述前臂及后臂的中心轴相垂直。本发明通过在所述前臂与后臂之间设有限位结构和曲直臂驱动及锁定机构，使得工业机器人抓手既能自如地屈伸，又能分别在伸直和弯曲的状态下锁定不移位。

Description

工业机器人抓手
技术领域
本发明涉及一种工业机器人抓手，特别是涉及一种带有肘关节、能弯曲的工业机器人抓手。
背景技术
随着科学技术的发展，出现了越来越多的工业机器人。这些工业机器人广泛地在汽车制造、切割、去毛刺、模具喷雾、研磨抛光、物料搬运、包装及货盘堆垛等领域应用。特别是针对一些重复性动作的工作，机器人的使用大大地降低了工人的劳动强度，提高了工作效率和产品质量。目前的工业机器人通常包括底座、下机械臂和上机械臂和控制单元。底座上设有旋转台，下机械臂安装在旋转台上，下机械臂和上机械臂铰接。上机械臂的前端在控制单元控制下可以进行向内或向外移动，下机械臂和上机械臂在旋转台的带动下可以做三维运动。在具体应用时，工业机器人的上机械臂前端还会安装上机械抓手，用以抓取工件，如工业机器人抛光机。工业机器人抛光机的上机械臂前端上的机械抓手可以抓住工件绕自身的中心轴旋转，对工件的表面进行抛光。但是现有的机械抓手都只能绕一条轴线旋转，这样的话，对于一些需要多角度抛光的工件，工业机器人为了将其调整到合适的加工面时需要进行比较复杂的动作过程，导致控制复杂，工作效率下降。为了解决这个问题，其中一个很好的方案就是设计一种带有肘关节、能弯曲的工业机器人抓手，这样可以大大简化工业机器人调整到合适的加工面的动作过程，控制程序也大为简化，工作效率可以提高。但是长期以来一直没有具体应用的原因是没能设计出一种既能自如地屈伸，又能分别在伸直和弯曲的状态下锁定不移位。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种带有肘关节、能弯曲的工业机器人抓手。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种工业机器人抓手，所述机器人抓手包括分体设置的前臂和后臂，所述前臂的后端与后臂前端通过抓手铰接轴铰接，抓手铰接轴与所述前臂及后臂的中心轴相垂直，其特征在于：所述前臂与后臂之间设有限位结构使得前臂具有一个前臂中心轴与后臂中心轴相平行的第一位置和前臂中心轴与后臂中心轴相垂直的第二位置，所述工业机器人抓手还设有曲直臂驱动及锁定机构，所述曲直臂驱动及锁定机构包括一个可沿后臂中心轴平行方向直线运动的推拉杆及其驱动机构和平面二连杆机构，所述平面二连杆机构中的连杆铰链轴设置在前臂铰接部，所述连杆铰链轴与抓手铰接轴平行，所述平面二连杆机构中的第一连杆的端部与推拉杆定位铰接，所述平面二连杆机构中的第二连杆的端部可滑动地置于一段导向槽中，所述导向槽的方向与推拉杆运动方向一致，所述连杆铰链轴处于第一连杆与推拉杆的铰接点与抓手铰接轴中心之间连线的相对于前臂弯曲方向的另一侧，所述导向槽处于连杆铰链轴与抓手铰接轴中心连线相对于连杆铰链轴的外侧，所述平面二连杆机构设有复位件使所述第二连杆的端部具有一个滑向导向槽靠近抓手铰接轴一端的力，所述前臂处于第一位置时，所述第二连杆的中心线与推拉杆轴线垂直。
采用上述技术方案，由于工业机器人抓手的连杆铰链轴处于第一连杆与推拉杆的铰接点与抓手铰接轴中心之间连线的相对于前臂弯曲方向的另一侧，当驱动推拉杆前推时，由于连杆铰链轴与抓手铰接轴中心之间具有力臂，推拉杆前推通过第一连杆使前臂弯曲到位，当前臂弯曲到位后，如果有反向外力作用在前臂时，由于第一连杆是刚性的，在推拉杆没有后退的情况下，前臂将无法绕抓手铰接轴反向旋转而达到锁定目的；在前臂弯曲状态下，当推拉杆后拉时，通过第一连杆将带动前臂反向旋转而伸直，当反向旋转伸直到位后，如有外力作用在前臂上欲使其弯曲时，由于所述第二连杆的中心线与推拉杆轴线垂直并顶在导向槽端部使得前臂无法绕抓手铰接轴反向旋转而达到锁定目的，当前臂需要弯曲时，驱动推拉杆前推，使所述第二连杆端部滑向另一端，推拉杆前推通过第一连杆使前臂弯曲到位。所以本发明工业机器人抓手既能自如地屈伸，又能分别在伸直和弯曲的状态下锁定不移位。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明具体实施例伸直状态结构剖视图；
图2为本发明具体实施例弯曲状态结构剖视图；
图3为图1 A - A剖视图；
具体实施方式
工业机器人抓手包括分体设置的前臂2和后臂1，所述前臂2的后端与后臂1前端通过抓手铰接轴3铰接，抓手铰接轴3与所述前臂2及后臂1的中心轴相垂直。所述抓手铰接轴安装座设有一对垂直向前的后臂立板101，所述前臂2的后端上同样设有一对垂直向后的前臂立板201，前臂立板201和后臂立板101上设有轴孔，抓手铰接轴3穿过前臂立板201和后臂立板101上的轴孔使前臂2和后臂1铰接，所述后臂1的直缸体102中设有活塞105，外套体103和直缸体102壁上设有两条气道分别联通至直缸体102内腔的两端，所述活塞105的活塞杆104从前端伸出构成所述推拉杆及其驱动机构，所述抓手铰接轴安装座还在前臂2的旋转轨迹中设置挡块限制所述前臂2的旋转角度构成限位结构。如图1、2所示，本具体实施例中，前臂2和后臂1整体以圆柱状为宜，本具体实施例中后臂1包括筒状外套体103、圆柱形直缸体102、设置在直缸体102中的活塞杆104及固定在直缸体102前端上的抓手铰接轴安装座100，外套体103两端设有轴承，直缸体102固定在轴承上可旋转地设置在外套体103中的，抓手铰接轴安装座100的底部与直缸体102端部相配构成直缸体102的端盖，外套体103和直缸体102壁上设有气道分别联通至直缸体102内腔的两端，底部中心设有活塞杆104穿孔，活塞杆104从前端即活塞杆穿孔中穿出构成推拉杆及其驱动机构，所述抓手铰接轴安装座100底部表面对称设有一对垂直向前的后臂立板101，后臂立板101最好靠近圆周边缘设置，中间可以方便平面二连杆4的安装。为了完成对工件的夹紧动作，所述前臂2包括由一个夹头缸体202及夹头活塞203构成的夹头气动驱动装置和夹头装置，夹头缸体202侧壁上设有分别与内腔上下两端联通的气道，夹头缸体202的直径略小于直缸体102，基本等于两个后臂立板101之间的距离，所述前臂2的后端即夹头缸体202后端面上同样设有一对垂直向后的前臂立板201，前臂立板201和后臂立板101上对应位置设有轴孔，抓手铰接轴3穿过前臂立板201和后臂立板101上的轴孔使前臂2和后臂1铰接，抓手铰接轴3与前臂2及后臂1的中心轴相垂直，所述前臂2与后臂1之间设有限位结构使得前臂2具有一个前臂2中心轴与后臂1中心轴相平行的第一位置（伸直状态）和前臂2中心轴与后臂1中心轴相垂直的第二位置（弯曲状态），所述前臂2与后臂1的设置在第一位置（伸直状态）时，其中心轴线最好为重合。为了驱动抓手和提高抓手的可靠性，所述工业机器人抓手还设有曲直臂驱动及锁定机构，所述曲直臂驱动及锁定机构包括一个可沿后臂1中心轴平行方向直线运动的推拉杆及其驱动机构和平面二连杆4机构，如图1-3所示，本具体实施例中，推拉杆由从直缸体102前端伸出的活塞杆104构成，所述平面二连杆4机构由一段弧形的第一连杆401和第二连杆402的一端通过连杆铰链轴403铰接构成，第一连杆401的弧度与连杆铰链轴403直径相配，第二连杆402可以是直的，第一连杆401采用弧形有利于前臂2获得较大的弯曲角度，所述平面二连杆4机构中的连杆铰链轴403设置在前臂2铰接部即临近抓手铰接轴3，本具体实施例中连杆铰链轴403固定在前臂立板201上，所述连杆铰链轴403与抓手铰接轴3平行，所述平面二连杆机构4中的第一连杆401的端部与推拉杆即活塞杆104定位铰接，第一连杆401的内凹侧朝向抓手铰接轴3，所述第二连杆402的端部可滑动地置于一段导向槽5中，所述导向槽5的方向与推拉杆运动方向一致，所述连杆铰链轴403处于第一连杆401与推拉杆的铰接点与抓手铰接轴3中心之间连线的相对于前臂2弯曲方向的另一侧，当前臂2处于第一位置（伸直状态）时，所述连杆铰链轴403位置在推拉杆的铰接点与抓手铰接轴3中心之间，所述导向槽5处于连杆铰链轴403与抓手铰接轴3中心连线相对于连杆铰链轴403的外侧，所述平面二连杆4机构设有复位件404使所述第二连杆402的端部具有一个滑向导向槽5靠近抓手铰接轴3一端的力，所述导向槽5的位置要满足当前臂2处于第一位置（伸直状态）时，所述第二连杆402的中心线与推拉杆即活塞杆104轴线垂直。所述复位件404由扭簧构成，套设在连杆铰链轴403上。如图2所示，为了使前臂2可靠地定位，在前臂2与后臂1之间设有限位结构使得前臂2具有一个前臂2中心轴与后臂1中心轴相平行的第一位置和前臂2中心轴与后臂1中心轴相垂直的第二位置的旋转角度限位结构，本具体实施例中，在两个后臂立板101之间的两端分别垂直设置两个高度不同的大挡块6和小挡块7构成限位结构，大挡块6和小挡块7在前臂2的旋转轨迹中，大挡块6高度满足当前臂2处于第一位置（伸直状态）时正好抵在前臂2端面上，小挡块7高度满足当前臂2处于第二位置（弯曲90°状态）时正好抵在前臂2侧壁上。本具体实施例的导向槽5设置在大挡块6上，导向槽5与活塞杆轴线平行。
夹头装置可根据具体工件的结构进行设置，本具体实施例是以对水龙头进行抛光作业的工业机器人抓手为例，夹头装置包括撑杆205和撑杆容置件206，所述撑杆容置件206呈中空管状，撑杆容置件206前段直径与水龙头阀芯容腔直径间隙配合，侧壁沿轴向部分敞开，底部设有法兰结构与夹头缸体202端盖固定连接，所述撑杆205前端向弯折敞开侧弯折，所述撑杆205弯折部设有销轴207将所述撑杆205设置在撑杆容置件206中，所述撑杆205末端设有与撑杆205轴线相交的斜槽208，所述夹头的活塞活塞杆204端部设有圆销209与斜槽208活动配合构成联动，并形成一个以所述销轴207为支点的杠杆机构。

Claims (3)

1.一种工业机器人抓手，所述机器人抓手包括分体设置的前臂和后臂，所述前臂的后端与后臂前端通过抓手铰接轴铰接，抓手铰接轴与所述前臂及后臂的中心轴相垂直，其特征在于：所述前臂与后臂之间设有限位结构使得前臂具有一个前臂中心轴与后臂中心轴相平行的第一位置和前臂中心轴与后臂中心轴相垂直的第二位置，所述工业机器人抓手还设有曲直臂驱动及锁定机构，所述曲直臂驱动及锁定机构包括一个可沿后臂中心轴平行方向直线运动的推拉杆及其驱动机构和平面二连杆机构，所述平面二连杆机构中的连杆铰链轴设置在前臂铰接部，所述连杆铰链轴与抓手铰接轴平行，所述平面二连杆机构中的第一连杆的端部与推拉杆定位铰接，所述平面二连杆机构中的第二连杆的端部可滑动地置于一段导向槽中，所述导向槽的方向与推拉杆运动方向一致，所述连杆铰链轴处于第一连杆与推拉杆的铰接点与抓手铰接轴中心之间连线的相对于前臂弯曲方向的另一侧，所述导向槽处于连杆铰链轴与抓手铰接轴中心连线相对于连杆铰链轴的外侧，所述平面二连杆机构设有复位件使所述第二连杆的端部具有一个滑向导向槽靠近抓手铰接轴一端的力，所述前臂处于第一位置时，所述第二连杆的中心线与推拉杆轴线垂直。
2.根据权利要求1所述的工业机器人抓手，其特征在于：所述后臂包括筒状外套体、可旋转地设置在外套体中的圆柱形直缸体、设置在直缸体中的活塞杆及固定在直缸体前端上的抓手铰接轴安装座，所述抓手铰接轴安装座设有一对垂直向前的后臂立板，所述前臂的后端上同样设有一对垂直向后的前臂立板，前臂立板和后臂立板上设有轴孔，抓手铰接轴穿过前臂立板和后臂立板上的轴孔使前臂和后臂铰接，所述后臂的直缸体中设有活塞，外套体和直缸体壁上设有两条气道分别联通至直缸体内腔的两端，所述活塞的活塞杆从前端伸出构成所述推拉杆及其驱动机构，所述抓手铰接轴安装座还在前臂的旋转轨迹中设置挡块限制所述前臂的旋转角度构成限位结构。
3.根据权利要求2所述的工业机器人抓手，其特征在于：所述前臂包括由一个夹头缸体及夹头活塞构成的夹头气动驱动装置和夹头装置，所述夹头装置包括撑杆和撑杆容置件，所述撑杆容置件呈中空管状，侧壁沿轴向部分敞开，底部与夹头缸体固定连接，所述撑杆前端向弯折敞开侧弯折，所述撑杆弯折部设有销轴将所述撑杆设置在撑杆容置件中，所述撑杆末端设有与撑杆轴线相交的斜槽，所述夹头活塞的活塞杆端部设有圆销与斜槽活动配合构成联动，并形成一个以所述销轴为支点的杠杆机构。
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