CN104015189A - 液压摆动缸驱动式夹持手抓 - Google Patents

Abstract

本发明公开了液压摆动缸驱动式夹持手抓，它包括液压摆动缸和手部，手部包括一端与液压摆动缸的孔输出齿轮连接的齿轮轴，在齿轮轴的另一端上连接有主齿轮，在主齿轮的外圆周上均布有与主齿轮啮合配合的至少三个小齿轮，在每一个小齿轮上连接有一个与该小齿轮同轴设置的连接体，小齿轮转动连接在同一个手指底座上,齿轮轴穿过手指底座上的滚动球轴承并且两者过盈配合，每一个连接体均与指节的一端固定相连，在指节的另一端安装有一个半圆柱体形夹持部分，每一个指节的另一端与对应设置的夹持部分的半圆柱外表面相切设置,所有的夹持部分与相应设置的指节的相切处的连线均设置在同一圆上。采用本手抓夹持可靠。

Description

液压摆动缸驱动式夹持手抓

技术领域

本发明涉及一种液压—机械夹持装置，主要用于辅助机械手夹持、搬运带内孔的工件。

背景技术

在工业自动化生产中，无论是单机还是组合机床，以及自动生产流水线，都要用到机械手来完成工件的取放。机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。工业机械手较人力有更明显的工作效率和抗疲劳的能力，机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

采用液压驱动系统的机械手，具有很大的抓举能力(高达几百千克以上)，结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐震动、防爆性好。

中国专利“201010260527.X”公开了一种用于抓取样品安瓶的机械手，该机械手包括：机械主手、机械副手、定位螺盖、缓冲弹簧和编码器；采用类似人手的结构实现样品安瓶的抓取、锁紧、松开的一系列动作。该机械手存在测量电路用于测量与反馈被测物的尺寸以及形状信息，附带有定位锁紧装置，保证抓取可靠；但是因为采取仿人手的机械结构，所以结构较为复杂，控制操作起来有一定难度。

中国专利“201210397985.7”公开了一种可调式夹持移动机械手，该夹持机械手包括工作台、上机械手、下机械手，上下机械手滑块通过开合气缸组成的开合驱动机构驱动可在定位槽内相对张开或收拢，从而实现物体的夹持和释放，上下机械手滑块具有定位块；可以通过更换定位块的大小从而达到调节机械手闭合的行程，以达到夹持不同尺寸产品的目的，更换时间短，但是该装置较为庞大笨重，而且只能实现水平方向的夹持移动，运动单一。

机床与液压·第38卷第18期·2010年9月公开了“用于方形物件装卸液压机械手的设计”一文，该装置中的液压驱动机械手抓采用移动手抓和固定橡皮垫的两平行平面作为夹持表面，利用液压油缸推动手抓在支撑架两端滑道滑动，实现手抓与橡皮垫的相对距离变化来完成不同工件的夹持，夹持接触点较少，夹持不可靠。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种结构简单、夹持可靠的液压摆动缸驱动式夹持手抓。

本发明的液压摆动缸驱动式夹持手抓，它包括为夹持手抓提供动力的液压摆动缸和用于抓取和握紧工件的手部，所述液压摆动缸为一孔输出齿轮齿条摆动油缸，所述手部包括一端与液压摆动缸的孔输出齿轮通过键连接的齿轮轴，在所述的齿轮轴的另一端上通过键连接有主齿轮，在所述的主齿轮的外圆周上均布有与主齿轮啮合配合的至少三个小齿轮，在每一个小齿轮上连接有一个与该小齿轮同轴设置的连接体，通过穿过每一连接体和小齿轮上的转动连接装置将至少三个小齿轮分别转动连接在同一个手指底座上,所述的手指底座与主齿轮同轴线设置，在所述的手指底座的中间开有中心通孔，在所述的中心通孔内间隙配合的安装有滚动球轴承，所述的齿轮轴穿过手指底座上的滚动球轴承并且两者过盈配合，每一个连接体均与指节的一端固定相连，在指节伸出对应设置的连接体的另一端安装有一个用于夹持工件用的半圆柱体形夹持部分，每一个指节的另一端与对应设置的夹持部分的半圆柱外表面相切设置,所有的夹持部分与相应设置的指节的相切处的连线均设置在同一圆上，小齿轮和主齿轮齿数关系分别为a＝mx，b＝nx,其中x为指节个数，m<n,且都为正整数，在每一个夹持部分的夹持面上安装有力传感器。

本发明的优点：

本机构通过一个大齿轮和至少三个小齿轮组成的齿轮传动机构实现夹持部分的开合，从而完成对带内孔工件的夹持、搬运，结构简单，机械手抓自由度只有一个，便于控制；夹持时夹持部分多个圆柱面与工件接触，实现多点接触，保证了夹持的可靠性和平稳性。

本发明设计了至少三个夹持手指，只要保证至少有三个夹持部分与工件内孔接触即可完成对工件的夹持(实际上只需要三个夹持部分圆柱面(即与工件内孔接触的三个点)就可以确定工件内孔的内切圆)，因此该机器人夹持手抓可以夹持、搬运的带内孔工件类型较多，用途广。

本发明采用齿轮传动机构进行工件夹持，传动效率高，传动比可靠，工作可靠，使用寿命长；各个夹持手指借助大小齿轮的相对运动，可以实现不同程度的开合，从而实现一定范围不同内径的工件的夹持，适用范围广，适应性强。

附图说明

图1为本发明的液压摆动缸驱动式夹持手抓的主视图；

图2为图1所示的装置中的手部的结构示意图；

图3为图2所示的手部中的主齿轮的结构示意图；

图4-1为图2所示的手部中的齿轮夹持手指结构示意图；

图4-2为图4-1所示的手部中的齿轮夹持手指结构俯视图；

图4-3为图4-1所示的手部中的齿轮夹持手指结构的左视图；

图5-1为图2所示的手部中的手指底座的结构示意图；

图5-2为图5-1所示的手部中的手指底座的结构俯视图；

图6-1为图2所示的手部中的齿轮轴的右视图；

图6-2为图2所示的手部中的齿轮轴的主视图；

图6-3为图6-2所示的手部中的齿轮轴的左视图；

图7-1为图1所示的装置的运动最大极限位置示意图；

图7-2为图1所示的装置的运动最小极限位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。

如附图所示本发明的液压摆动缸驱动式夹持手抓，它包括为夹持手抓提供动力的液压摆动缸和用于抓取和握紧工件的手部，所述液压摆动缸为一孔输出齿轮齿条摆动油缸，所述手部包括一端与液压摆动缸的孔输出齿轮通过键连接的齿轮轴，在所述的齿轮轴的另一端上通过键连接有主齿轮1，在所述的主齿轮的外圆周上均布有与主齿轮啮合配合的至少三个小齿轮6，在每一个小齿轮6上连接有一个与该小齿轮同轴设置的连接体5，所述的连接体优选的为圆柱体。通过穿过每一连接体5和小齿轮上的转动连接装置将至少三个小齿轮6分别转动连接在同一个手指底座3上。作为本发明的一种实施方式，所述的转动连接装置的结构为：在所述的手指底座3上沿同一圆周方向上与小齿轮6对应数量的均匀设置有至少3个开孔，在每一个开孔内均间隙配合的安装有轴承，在每一个连接体5和小齿轮的中间固定有圆柱销轴，所述的圆柱销轴的底部过盈配合的插在手指底座3上的开孔内。所述的手指底座3与主齿轮同轴线设置，在所述的手指底座3的中间开有中心通孔，在所述的中心通孔内间隙配合的安装有滚动球轴承，优选的手指底座3为圆柱形。所述的齿轮轴穿过手指底座3上的滚动球轴承并且两者过盈配合。每一个连接体5均与指节7的一端固定相连，在指节伸出对应设置的连接体的另一端安装有一个用于夹持工件用的半圆柱体形夹持部分，每一个指节的另一端与对应设置的夹持部分8的半圆柱外表面相切设置。所有的夹持部分与相应设置的指节7的相切处的连线均设置在同一圆上，这样才能保证这些小齿轮和主齿轮能够时刻处于啮合状态，而不出现某个啮合部分出现打齿现象。小齿轮和主齿轮齿数关系分别为a＝mx，b＝nx,其中x为指节个数，m<n,且都为正整数，具体的齿数可以经过齿轮啮合传动的强度校核以及验证；在每一个夹持部分8的夹持面上安装有力传感器，以避免夹持力过大将工件损坏。

下面再结合每一幅图对本发明加以详细说明。

图1所示本发明的液压摆动缸驱动式夹持手抓，它包括为夹持手抓提供动力的液压摆动缸15和用于抓取和握紧工件的手部12；所述液压摆动缸15为一孔输出齿轮齿条摆动油缸，该液压摆动缸15市场有售，该液压缸的工作原理为：通过齿条活塞的往复运动带动孔输出齿轮，转化成孔输出齿轮的正反向摆动旋转，同时将往复缸的推力转化成孔输出齿轮的输出扭矩；两侧各有一个接油口13、14；本装置在安装使用时，所述接油口13、14与已有的机械手液压控制系统相连，控制着齿条活塞的运动方向。

如图2和图6-1、6-2、6-3所示，手部包括用于固定齿轮传动机构的齿轮轴4和齿轮传动机构，作为本发明的一种实施方式，齿轮轴一端固定在液压摆动缸的孔输出齿轮上，齿轮轴的另一端固定有主齿轮，结构可以为：所述齿轮轴4有一大端轴段10和小端轴段11，大端轴段10和小端轴段11各有一个键槽；所述小端轴段11有一个定位轴肩，用于液压摆动缸的孔输出齿轮的一端面固定，另外所述小端轴段11端面开有螺纹孔，通过轴向固定元件将液压摆动缸15的孔输出齿轮的另一端面固定，通过键连接为齿轮传动机构提供转矩；所述大端轴段10也有一个定位轴肩，用于轴向固定主齿轮1的一侧端面，另外所述大端轴段10端面开有螺纹孔用于通过垫片等固定主齿轮1的另一侧端面。

如图3、4-1、4-2、4-3和5-1和5-2所示的齿轮传动机构，所示的齿轮传动机构包括主齿轮1、七个齿轮夹持手指2和手指底座3；所述七个夹持手指2形状和尺寸完全一样，由传动部分9、夹持部分8以及指节7组成；所述传动部分9采用小齿轮6及与之相连的圆柱体5，小齿轮的齿数的确定方法为：设定指节个数为x，则小齿轮和主齿轮齿数应该分别为a＝mx，b＝nx,其中m<n,且都为正整数。所述小齿轮6和圆柱体5有一中心内孔和两对对称布置的通孔，两对对称布置的通孔用于减轻重量；所述夹持部分8为一个半圆柱体。所述指节7用于连接传动部分9和夹持部分8，为一个筋结构，所述筋结构与传动部分圆柱体5上端面相连，并与夹持部分8圆柱外表面相切。所述主齿轮1为一个和传动部分9的小齿轮6相啮合的大齿轮。所述手指底座3是一个中心带通孔的圆柱体，中心通孔用于安装一滚动球轴承，两者为间隙配合，齿轮轴穿过滚动球轴承设置并且两者之间为过盈配合，以实现齿轮轴4和手指底座3的运动分离，保证齿轮轴带动主齿轮转动的同时，手指底座保持静止。圆柱体围绕该中心孔均布有七个通孔，用于安装齿轮夹持手指2，七个通孔用于安装小型滚动球轴承，两者为间隙配合。所述七个齿轮夹持手指2套装于一侧带定位端面的圆柱销轴上，圆柱销轴穿过安装于七个通孔内的滚动球轴承并且两者为过盈配合。

图7-1为图1所示的装置的运动最大极限位置dmax示意图,图7-2为图1所示的装置的运动最小极限位置dmin示意图。

采用本装置的工作过程：

本装置在使用时，所述液压摆动缸15通过连接板安装于已有的机械手手臂的升降油缸上端，将本装置中的力传感器以及液压摆动缸15与已有的机械手的控制系统相连。

首先，夹持前调整液压摆动缸驱动式夹持手抓的夹持半径为最小，在机械手手臂的带动下使本发明的液压摆动缸驱动式夹持手抓以一定的精度达到设定位置；然后，机械手手臂将夹持手抓缓慢的伸入夹持工件的内孔中，待夹持手抓夹持部分8刚好完全放入内孔中，手臂停止伸缩和升降运动；此时，机械手控制系统发出控制脉冲信号给本发明的液压摆动缸驱动式夹持手抓的液压摆动缸15，通过控制液压摆动缸15的手抓电磁阀通电换向，液压摆动缸15的接油口13进油，在液压油的推动下，齿条活塞沿缸体内壁平动，与齿条活塞啮合的摆动缸孔输出齿轮绕转动中心作逆时针转动，带动齿轮轴4绕转动中心旋转，在动力的推动下，主齿轮1开始绕齿轮轴4的中心逆时针旋转，在主齿轮1的带动下，与主齿轮1啮合的七个齿轮夹持手指2的小齿轮6也开始绕连接件的旋转轴旋转；伴随着七个齿轮夹持手指小齿轮6的旋转运动，夹持手指2的指节7开始相对运动，从而引起七个夹持手指2往外张开；待七个手指夹持部分8半圆柱面接触到工件内壁后(手抓往外撑，半圆弧面接触到孔工件的内表面，完成夹持工作)，利用安装在夹持部分8的力传感器检测手抓与工件内壁的接触力大小，待该力达到机械手设定的抓取要求时，机械手液压摆动缸15的手抓电磁阀断电，接油口13停止进油；另外，机械手液压摆动缸15液压驱动回路上的双向液压锁能够保证手抓保持既定开合角度，而不受外力的影响；最后在手臂的牵引下，液压摆动缸驱动式夹持手抓将工件搬至目标位置；随即机械手控制系统发出脉冲信号，手抓电磁阀反向通电让液压摆动缸15的接油口14进油，在液压油的推动下，齿条活塞沿缸体内壁反向平动，与齿条活塞啮合的摆动缸孔输出齿轮绕转动中心作顺时针转动，通过键连接带动齿轮轴4绕转动中心旋转；主齿轮1绕齿轮轴4的中心顺时针转动，使夹持手抓各夹持手指2往中间收拢，释放工件；同时手臂根据接收到的伸缩和横向运动控制信号带动机械手远离工件返回夹持初始位置。

Claims (4)

1.液压摆动缸驱动式夹持手抓，其特征在于:它包括为夹持手抓提供动力的液压摆动缸和用于抓取和握紧工件的手部，所述液压摆动缸为一孔输出齿轮齿条摆动油缸，所述手部包括一端与液压摆动缸的孔输出齿轮通过键连接的齿轮轴，在所述的齿轮轴的另一端上通过键连接有主齿轮，在所述的主齿轮的外圆周上均布有与主齿轮啮合配合的至少三个小齿轮，在每一个小齿轮上连接有一个与该小齿轮同轴设置的连接体，通过穿过每一连接体和小齿轮上的转动连接装置将至少三个小齿轮分别转动连接在同一个手指底座上,所述的手指底座与主齿轮同轴线设置，在所述的手指底座的中间开有中心通孔，在所述的中心通孔内间隙配合的安装有滚动球轴承，所述的齿轮轴穿过手指底座上的滚动球轴承并且两者过盈配合，每一个连接体均与指节的一端固定相连，在指节伸出对应设置的连接体的另一端安装有一个用于夹持工件用的半圆柱体形夹持部分，每一个指节的另一端与对应设置的夹持部分的半圆柱外表面相切设置,所有的夹持部分与相应设置的指节的相切处的连线均设置在同一圆上，小齿轮和主齿轮齿数关系分别为a＝mx，b＝nx,其中x为指节个数，m<n,且都为正整数，在每一个夹持部分的夹持面上安装有力传感器。

2.根据权利要求1所述的液压摆动缸驱动式夹持手抓，其特征在于：所述的转动连接装置的结构为：在所述的手指底座上沿同一圆周方向上与小齿轮对应数量的均匀设置有至少3个开孔，在每一个开孔内均间隙配合的安装有轴承，在每一个连接体和小齿轮的中间固定有圆柱销轴，所述的圆柱销轴的底部过盈配合的插在手指底座上的开孔内。

3.根据权利要求1或2所述的液压摆动缸驱动式夹持手抓，其特征在于：在所述小齿轮和连接体上有两对对称布置的通孔。

4.根据权利要求3所述的液压摆动缸驱动式夹持手抓，其特征在于：所述的连接体为圆柱体。