CN106132186A - 夹取装置和机器人异型插件机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种夹取装置和机器人异型插件机，所述夹取装置安装于机器人Z轴端部，包括：第一分选机构、第二分选机构、多个夹爪安装轴组件和支撑盘；当所述分选控制件与所述第一分选机构结合时，所述夹爪装置可与所述机器人Z轴一起轴向移动；当所述分选控制件与所述第二分选机构结合时，所述第二分选机构、所述夹爪安装轴组件和所述支撑盘可跟随所述机器人Z轴一起轴向移动。本发明提供的夹取装置，通过夹爪安装轴组件上设有分选控制件根据作业指令选择与第一分选机构结合或与第二分选机构结合，实现夹爪的轴向移动，相比现有通过气缸控制夹爪作业，节省空间、气管及信号线走线布局简单、负重小、易维护、提高了夹取反应速度快和机器人使用寿命。

Description

夹取装置和机器人异型插件机

技术领域

本发明属于插件机领域，特别涉及一种夹取装置和机器人异型插件机。

背景技术

机器人异型插件机是将电子元器件插装到PCB电路板上指定位置的机器设备，机器人异型插件机通常包括：机器外壳、设备基座、PCB板传送定位装置和机器人。机器人的Z轴上设置夹取装置，夹取装置上通常安装多个夹爪或吸盘用于夹取和插装电子元器件；PCB板传送定位装置将PCB板传送到预定位置，机器人夹取装置按指令将相应的电子元件插接到PCB板上指定的位置。目前，机器人夹取装置通常采用标准气动元件(如气缸)、电磁阀和特别设计的夹爪或吸嘴配合安装使用，夹爪或吸嘴通过气缸控制夹取以及插件作业，机器人夹取装置的动作由电磁阀控制。由于夹爪和吸嘴采用气缸控制，每个气缸均需要插气管，使得机器人夹取装置较为累赘，气管及信号线走线复杂，负重较大，对机器人的动作速度和使用寿命有较大影响。

发明内容

本发明提供一种夹取装置和机器人异型插件机，以减轻负重、简化气管及信号线走线，和提高夹取、插件反应速度和使用寿命。

一方面，提供一种夹取装置，安装于机器人Z轴端部，包括：第一分选机构、第二分选机构、多个夹爪安装轴组件和支撑盘；所述机器人Z轴分别穿过所述第一分选机构、所述第二分选机构和所述支撑盘的中心，所述多个夹爪安装轴组件围绕所述机器人Z分布；所述第一分选机构与机器人主体固定连接；所述第二分选机构和所述支撑盘与所述机器人Z轴固定连接，所述第二分选机构位于所述第一分选机构和所述支撑盘之间；所述多个夹爪安装轴组件均匀分布在所述支撑盘上且与所述支撑盘滑动连接；所述夹爪安装轴组件上设有分选控制件，当所述分选控制件与所述第一分选机构结合时，所述夹爪装置可与所述机器人Z轴一起轴向移动；当所述分选控制件与所述第二分选机构结合时，所述第二分选机构、所述夹爪安装轴组件和所述支撑盘可跟随所述机器人Z轴一起轴向移动。

所述第一分选机构主体内侧壁上设有第一圆环键槽，所述第一圆环键槽为所述主体内壁向外部凹陷形成的圆环结构；所述第一分选机构的顶端面上设有供所述机器人Z轴穿过的轴孔。

所述第二分选机构包括主体，所述主体的外壁上设有第二圆环键槽，所述第二圆环键槽为主体的外壁向内凹陷形成；所述主体的轴中心上还设有供所述机器人Z轴穿过的轴孔。

所述在第二分选机构的上端还套接有缓冲件，所述缓冲件一端与所述第二分选机构的上端面抵接，另一端抵接在一固定件的底端面上，所述固定件固定在与所述机器人Z轴上。

所述夹爪安装轴组件包括安装座和夹爪安装轴，所述夹爪安装轴的一端与所述安装座的底部固定连接，所述夹爪安装轴为一空心轴，其内部设有中心通道。

所述分选控制件安装在所述安装座的顶部腔体内并可轴向移动，所述分选控制件为一活塞轴，所述分选控制件中间设有分隔件，所述分隔件将所述顶部腔体分隔成第一腔体和第二腔体，所述分选控制件两端通过密封件旋转支撑在所述顶部腔体内。

所述安装座设有进气气道、第一气道和第二气道，所述第一气道与所述第一腔体相通，所述第二气道与所述第二腔体相通，所述进气气道与所述夹爪安装轴的中心通道、所述第一气道和所述第二气道相通，当外部压缩空气通过所述第一气道进入到第一腔体中时，所述驱动分选控制件可延其轴向朝所述第二腔体所在方向移动；当外部压缩空气通过所述第二气道进入到所述第二腔体中时，所述驱动分选控制件延其轴向朝所述第一腔体方向所在方向移动，实现驱动分选控制件19在安装座151的顶部腔体内的轴向移动。

所述支撑盘的上端面上还设置有光电传感器，用于检测所述夹爪安装轴组件的安装座与所述支撑盘之间的距离，所述光电传感器的数量与所述夹爪安装轴组件的数量相匹配。

所述夹爪安装轴另一端安装有快速拔插装置。

所述的取装置还包括夹爪，所述夹爪上设有设有快插接头，手爪通过所述快插接头与所述快速拔插装置可拆卸连接，所述快插接头内部为空心结构，以将所述夹爪安装轴的中心通道内的空气接入到所述夹爪中。

所述夹爪包括：缸体、活塞杆、一对手爪、复位件和盖帽，所述活塞杆位于所述缸体内部，所述复位件套接在所述活塞杆的下端，上端与所述活塞杆的凸缘部的下端面抵接；所述盖帽固定在所述缸体的底部，所述复位件的下端与所述盖帽的上端抵接，所述活塞杆的下端穿过所述盖帽伸出所述缸体外部；所述手爪通过一中心轴销与所述活塞杆的下端转动连接，所述手爪通过一旋轴轴销与所述缸体转动连接。

所述的取装置还包括吸嘴，所述吸嘴上设有设有快插接头，所述吸嘴通过所述快插接头与所述快速拔插装置可拆卸连接，所述快插接头内部为空心结构，以将所述夹爪安装轴的中心通道内的空气接入到所述吸嘴中。

所述吸嘴包括：本体、真空发生器和吸盘，所述真空发生器设置在所述本体内部，所述吸盘安装在所述本体的下端。

另二方面，提供一种机器人异型插件机，包括以上任一所述的夹取装置和CCD视觉组件，所述夹取装置的第一分选机构的外罩通过连接板组件与机器人主体固定连接，所述CCD视觉组件固定在所述夹取装置的外侧。

本发明提供的夹取装置，通过夹爪安装轴组件上设有分选控制件根据作业指令选择与第一分选机构结合或与第二分选机构结合，实现夹爪的轴向移动，相比现有通过气缸控制夹爪作业，节省空间、气管及信号线走线布局简单、负重小、易维护、提高了夹取反应速度快和机器人使用寿命。另外通过夹爪和夹取装置设置快速拔插结构，使得夹取装置适用性广。本发明提供的机器人异型插件机由于采用了上述结构的夹取装置，相比现有技术，负重较轻、气管及信号线走线简单，提高了机器人的使用寿命。

附图说明

图1为本发明采用的夹取装置的立体示意图；

图2为本发明采用的夹取装置的分解结构示意图；

图3A和图3B分别为第一分选机构的立体结构示意图和剖面视图；

图4为第二分选机构的立体结构示意图；

图5A为夹爪安装轴组件的正视图；

图5B为图5A沿A-A方向的剖面视图；

图6为本发明采用的夹取装置的剖面示意图；

图7为本发明采用的夹取装置的工作原理示意图；

图8为本发明的夹取装置与机器人连接示意图；

图9和图10分别为本发明采用的夹爪的立体结构示意图和分解示意图；

图11为图9沿A-A方向的剖面图；

图12为本发明采用的吸嘴70的立体结构示意图；

图13为本发明采用的吸嘴70的分解示意图；

图14为图12沿A-A方向的剖面示意图。

具体实施方式

图1为本发明采用的夹取装置的立体示意图，图2为本发明采用的夹取装置的分解结构示意图，如图所示，夹取装置10，安装于机器人Z轴1的端部，包括：第一分选机构11、第二分选机构13、多个夹爪安装轴组件15和支撑盘17；所述机器人Z轴1分别穿过第一分选机构11、第二分选机构13和支撑盘17的中心，多个夹爪安装轴组件15围绕所述机器人Z分布；第一分选机构11与机器人主体固定连接；第二分选机构13和支撑盘17与机器人Z轴1固定连接，第二分选机构13位于第一分选机构11和支撑盘17之间；多个夹爪安装轴组件15均匀分布在支撑盘17上且与支撑盘17滑动连接；夹爪安装轴组件15上设有分选控制件19，当分选控制件19与第一分选机构11结合时，所述夹爪装置可与机器人Z轴一起轴向移动；当分选控制件19与第二分选机构13结合时，第二分选机构13、夹爪安装轴组件15和支撑盘17可跟随机器人Z轴1一起轴向移动。

图3A和图3B分别为第一分选机构的立体结构示意图和剖面视图，如图所示，第一分选机构11的主体111为中空柱体，主体111内侧壁上设有第一圆环键槽112，第一圆环键槽112为主体111的内壁向外部凹陷形成的圆环结构。第一分选机构11的定端面上设有供机器人Z轴1穿过的轴孔113，第一分选机构11与机器人Z轴1滑动连接。

图4为第二分选机构的立体结构示意图，如图所示，第二分选机构13包括主体131，主体的外壁上设有第二圆环键槽132，第二圆环键槽132为主体131的外壁向内凹陷形成。主体131的轴中心上还设有供机器人Z轴1穿过的轴孔133，第二分选机构13与机器人Z轴1固定连接。

图5A为夹爪安装轴组件的正视图，图5B为图5A沿A-A方向的剖面视图，如图所示，夹爪安装轴组件15包括安装座151和夹爪安装轴152，夹爪安装轴152的一端与安装座的底部固定连接，另一端安装有快速拔插装置153，夹爪可通过快速拔插装置153锁定在夹爪安装轴152上。夹爪安装轴152为一空心轴，内部设有中心通道154。

如图5B所示，分选控制件19安装在安装座151的顶部腔体内并可轴向移动，分选控制件19为一活塞轴，分选控制件19中间设有分隔件191，分隔件191将所述顶部腔体分隔成第一腔体158和第二腔体159，分选控制件19两端通过密封件101旋转支撑在所述顶部腔体内。安装座151设有进气气道155、第一气道156和第二气道157，第一气道156与第一腔体158相通，第二气道157与第二腔体159相通，进气气道155与夹爪安装轴152的中心通道154、第一气道156和第二气道157相通，电磁阀控制压缩气体由进气气道155进入到安装座151内部各气道中，当压缩空气通过第一气道156进入到第一腔体158中时，驱动分选控制件19延其轴向朝所述第二腔体所在方向(图5B中右侧方向)移动；当压缩空气通过第二气道157进入到第二腔体159中时，驱动分选控制件19延其轴向朝第一腔体158所在方向(图5B中左侧)移动，实现驱动分选控制件19在安装座151的顶部腔体内的轴向移动。

接弹性气管100安装在进气气道155的进气口，为夹爪安装轴组件15提供气源。

如图1和图2所示，支撑盘17上安装有与夹爪安装轴组件15配合的花键20，支撑盘17与夹爪安装轴组件15采用花键组合结构防止相对转动。

下面同时结合图6和图7详细介绍本发明的夹取装置的工作原理。如图所示，初始位置(图1所示状态)，所有分选控制件19靠近第一分选机构11一侧的端部均插入到第一分选机构11的第一圆环键槽112中，使夹爪处于高位置防止移动过程中与位于其下方的PCB板上的元器件干涉；当某一夹爪需要进行插件或夹取电子元件时，以其中某一夹爪安装轴组件运动为例，位于相应的移动夹爪安装轴组件15中的分选控制件19沿轴向朝第二分选机构13方向移动，分选控制件19靠近第二分选机构13的一端插入第二分选机构13的第二圆环键槽132中，即此安装轴组件15与第二分选机构13连接在一起，由于第二分选机构13和支撑盘17与机器人Z轴1固定连接，当机器人Z轴1沿轴向向下移动时，带动此安装轴组件15随着第二分选机构13和支撑盘17一起向下运动(如图7所示)以使相应的夹爪完成抓取电子元件或插件的动作。

如图2和图6所示，在第二分选机构13的上端还套接有缓冲件30，缓冲件30一端与第二分选机构13的上端面抵接，另一端抵接在固定在机器人Z轴1上的固定件31的底端面。在插件时，若夹爪无法将相应的电子元件插接到PCB板上指定的位置，或者与邻近的电子元件发生干涉，安装轴组件15及与其连接的第二分选机构13向上移动压缩缓冲件30，以避免损害元器件。本发明中的缓冲件30为压簧，也可以采用其他具有弹性变形的替代元件。

如图7所示，支撑盘17的上端面上还设置有光电传感器40，光电传感器40的数量与夹爪安装轴组件15的数量相匹配，光电传感器40用于判断夹爪是否将相应的电子元件插接到PCB板上的指定位置。在正常情况下，光电传感器40检测到安装座151，即光电传感器40与安装座151保持在预定的合理距离内。若夹爪无法将相应电子元件插接到PCB板的指定位置，或与邻近的电子元件发生干涉，导致安装轴组件15及与其连接的第二分选机构13向上移动压缩缓冲件30，同时带动安装轴组件上的安装座151向上移动，使光电传感器40与安装座的距离超出预定范围，进而阻止机器人Z轴继续向下插接电子元件，以避免夹取装置、电子元器件和PCB板受到损坏。

图8为本发明的夹取装置与机器人连接示意图，如图所示，夹取装置10的第一分选机构11的外罩通过连接板组件100与机器人主体200固定连接，机器人主体200还设置有CCD视觉组件300，CCD视觉组件300固定在夹取装置10的外侧，CCD视觉组件300用于定位PCB板位置使插件更加精准。

本发明的夹取装置，取消了气缸带动夹爪移动，减少了气动的动作次数，并且可广泛地应用到各品牌的四轴机器人上，具有结构紧凑、夹取反应速度快、适用性广、易维护的特点。

本发明的夹取装置仅需要一个驱动(即Z轴的移动)便可完成所有夹爪依次取料和插件的动作。

本发明夹取装置50还包括夹爪50和吸嘴60，夹爪50用来夹取异型的电子元件，吸嘴60用于吸取顶部较为平整的异型电子元件。下面分别对夹爪50和吸嘴60进行详细描述。

图9和图10分别为本发明采用的夹爪50的立体结构示意图和分解示意图，如图所示，夹爪50包括：缸体51、活塞杆52和一对手爪53，活塞杆52位于缸体51内部中心，手爪53通过中心轴销61与活塞杆52转动连接，手爪53通过旋轴轴销62与缸体51转动连接。

图11为图9沿A-A方向的剖面图，夹爪50还包括复位件54和盖帽55；复位件54套接在活塞杆52的下端，上端与活塞杆的凸缘部522的下端面抵接；盖帽55固定在缸体51的底部，复位件54的下端与盖帽55的上端抵接，活塞杆52的下端穿过盖帽55伸出缸体51的外部，复位件54位于位于盖帽55与活塞杆的凸缘部522之间。

如图10所示，缸体51包括主体511，主体511两侧对称设有一对耳部512，耳部512的端部设有圆形通孔513。活塞杆52包括中心轴521，中心轴521的下端部设有圆形通孔523.手爪53包括主体531，主体531的上端两侧各设有连接部532，连接部532的一端设有圆形通孔533，连接部532的另一端设有U型长孔534.手爪53还包括抓取部535，抓取部535的上端与连接部532设有圆形通孔533的一端连接，电子元器件加持在两抓取部535之间。两手爪53之间还可以设置拉簧，为夹取较大的电子元器件提供足够的夹紧力。

同时参考图9-11，组装夹爪50时，先将活塞杆52与复位件54构成的组件放入缸体51中，然后将盖帽55固定在缸体底部并使活塞杆52的中心轴521穿过盖帽55的中心伸出到缸体外部，使活塞杆52与复位件54锁在缸体51中，接着将手爪53上的两连接部532连接到缸体51的耳部512上，缸体51的耳部512置于两连接部532之间，使手爪53上的圆形通孔533与缸体51上的圆形通孔513对齐、手爪53上的U型长空534与活塞杆52上的圆形通孔523对齐；接着将中心轴销61依次穿过手爪53上的第一个U型长孔534、活塞杆52上的圆形通孔523、手爪53上的第二个U型长孔534完成手爪53与缸体51的连接，再将旋轴轴销62从外侧依次穿过手爪53上的第一个圆形通孔533、缸体51上的圆形通孔513、手爪53上的第二个圆形通孔533完成手爪53与缸体51的连接，完成手爪53与活塞杆52的连接。

本发明中的手爪53采用压缩空气作为驱动力，当外部空气进入到缸体51内部后推动活塞杆52在缸体51内沿轴向向下运动时，活塞杆52通过中心轴销61将动力传递给手爪52，手爪53以旋转轴销62为轴转动时手爪53同时向外张开，同时复位件54被压缩；当撤销缸体51内的压缩空气，活塞杆52在复位件54的作用下向上运动使其向内收紧。

本发明中的复位件54采用压簧。

如图9所示，缸体51的上端设有快插接头56，夹爪50通过快插接头56与夹爪安装轴组件15的快速拔插装置153(图5A)拆卸连接，实现快速更换夹爪。快插接头56内部为空心结构，以将夹爪安装轴152的中心通道154内的空气接入到缸体51中。

图12为本发明采用的吸嘴70的立体结构示意图，图13为本发明采用的吸嘴70的分解示意图，图14为图12沿A-A方向的剖面示意图，如图所示，本发明的吸嘴70包括：本体71、真空发生器72和吸盘73，真空发生器72设置在本体71内部，吸盘73安装在本体71的下端。本体71上端安装有快插接头74，吸嘴70通过快插接头74与夹爪安装轴组件15的快速拔插装置153(图5A)拆卸连接。快插接头74内部为空心结构，以将夹爪安装轴152的中心通道154内的空气接入到本体71中。

Claims (14)

1.一种夹取装置，安装于机器人Z轴端部，其特征在于，包括：第一分选机构、第二分选机构、多个夹爪安装轴组件和支撑盘；所述机器人Z轴分别穿过所述第一分选机构、所述第二分选机构和所述支撑盘的中心，所述多个夹爪安装轴组件围绕所述机器人Z分布；所述第一分选机构与机器人主体固定连接；所述第二分选机构和所述支撑盘与所述机器人Z轴固定连接，所述第二分选机构位于所述第一分选机构和所述支撑盘之间；所述多个夹爪安装轴组件均匀分布在所述支撑盘上且与所述支撑盘滑动连接；所述夹爪安装轴组件上设有分选控制件，当所述分选控制件与所述第一分选机构结合时，所述夹爪装置可与所述机器人Z轴一起轴向移动；当所述分选控制件与所述第二分选机构结合时，所述第二分选机构、所述夹爪安装轴组件和所述支撑盘可跟随所述机器人Z轴一起轴向移动。

2.根据权利要求1所述的夹取装置，其特征在于，所述第一分选机构主体内侧壁上设有第一圆环键槽，所述第一圆环键槽为所述主体内壁向外部凹陷形成的圆环结构；所述第一分选机构的顶端面上设有供所述机器人Z轴穿过的轴孔。

3.根据权利要求2所述的夹取装置，其特征在于，所述第二分选机构包括主体，所述主体的外壁上设有第二圆环键槽，所述第二圆环键槽为主体的外壁向内凹陷形成；所述主体的轴中心上还设有供所述机器人Z轴穿过的轴孔。

4.根据权利要求3所述的夹取装置，其特征在于，所述在第二分选机构的上端还套接有缓冲件，所述缓冲件一端与所述第二分选机构的上端面抵接，另一端抵接在一固定件的底端面上，所述固定件固定在与所述机器人Z轴上。

5.根据权利要求4所述的夹取装置，其特征在于，所述夹爪安装轴组件包括安装座和夹爪安装轴，所述夹爪安装轴的一端与所述安装座的底部固定连接，所述夹爪安装轴为一空心轴，其内部设有中心通道。

6.根据权利要求5所述的夹取装置，其特征在于，所述分选控制件安装在所述安装座的顶部腔体内并可轴向移动，所述分选控制件为一活塞轴，所述分选控制件中间设有分隔件，所述分隔件将所述顶部腔体分隔成第一腔体和第二腔体，所述分选控制件两端通过密封件旋转支撑在所述顶部腔体内。

7.根据权利要求6所述的夹取装置，其特征在于，所述安装座设有进气气道、第一气道和第二气道，所述第一气道与所述第一腔体相通，所述第二气道与所述第二腔体相通，所述进气气道与所述夹爪安装轴的中心通道、所述第一气道和所述第二气道相通，当外部压缩空气通过所述第一气道进入到第一腔体中时，所述驱动分选控制件可延其轴向朝所述第二腔体所在方向移动；当外部压缩空气通过所述第二气道进入到所述第二腔体中时，所述驱动分选控制件延其轴向朝所述第一腔体方向所在方向移动，实现驱动分选控制件19在安装座151的顶部腔体内的轴向移动。

8.根据权利要求7所述的夹取装置，其特征在于，所述支撑盘的上端面上还设置有光电传感器，用于检测所述夹爪安装轴组件的安装座与所述支撑盘之间的距离，所述光电传感器的数量与所述夹爪安装轴组件的数量相匹配。

9.根据权利要求5-8任一所述的夹取装置，其特征在于，所述夹爪安装轴另一端安装有快速拔插装置。

10.根据权利要求9任一所述的夹取装置，其特征在于，还包括夹爪，所述夹爪上设有设有快插接头，手爪通过所述快插接头与所述快速拔插装置可拆卸连接，所述快插接头内部为空心结构，以将所述夹爪安装轴的中心通道内的空气接入到所述夹爪中。

11.根据权利要求10任一所述的夹取装置，其特征在于，所述夹爪包括：缸体、活塞杆、一对手爪、复位件和盖帽，所述活塞杆位于所述缸体内部，所述复位件套接在所述活塞杆的下端，上端与所述活塞杆的凸缘部的下端面抵接；所述盖帽固定在所述缸体的底部，所述复位件的下端与所述盖帽的上端抵接，所述活塞杆的下端穿过所述盖帽伸出所述缸体外部；所述手爪通过一中心轴销与所述活塞杆的下端转动连接，所述手爪通过一旋轴轴销与所述缸体转动连接。

12.根据权利要求9任一所述的夹取装置，其特征在于，还包括吸嘴，所述吸嘴上设有设有快插接头，所述吸嘴通过所述快插接头与所述快速拔插装置可拆卸连接，所述快插接头内部为空心结构，以将所述夹爪安装轴的中心通道内的空气接入到所述吸嘴中。

13.根据权利要求12任一所述的夹取装置，其特征在于，所述吸嘴包括：本体、真空发生器和吸盘，所述真空发生器设置在所述本体内部，所述吸盘安装在所述本体的下端。

14.一种机器人异型插件机，其特征在于，包括根据权利要求1-13任一所述的夹取装置和CCD视觉组件，所述夹取装置的第一分选机构的外罩通过连接板组件与机器人主体固定连接，所述CCD视觉组件固定在所述夹取装置的外侧。