CN106141785A - 机械手的力偶式伸缩夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机械手的力偶式伸缩夹持装置，包括用于安装在机械手上的安装支架，所述安装支架上固定有一对以安装支架中心形成中心对称布置的伸缩夹持装置，所述伸缩夹持装置由伸缩装置和与伸缩装置相连的夹持手爪构成，所述伸缩装置用于带动夹持手爪向外伸出、向内缩回，所述夹持手爪用于夹紧、松开工件；其中一个为用于上料的伸缩夹持装置，另一个为用于卸料的伸缩夹持装置，所述用于上料的伸缩夹持装置和用于卸料的伸缩夹持装置的轴心线相互平行，且用于上料的伸缩夹持装置的夹持手爪与用于卸料的伸缩夹持装置的夹持手爪朝向相反。本发明伸缩夹持装置结构小巧，载荷均匀，使用寿命长。

Description

机械手的力偶式伸缩夹持装置

技术领域

本发明涉及机械手，具体涉及一种机械手的力偶式伸缩夹持装置。

背景技术

传统的机床由人工完成上下料，这种方式存在劳动强度大，效率低，安全性差，劳动成本高等诸多问题。随着科学技术的发展和劳动力成本的增加，采用自动化操作手段，减轻劳动强度，提高生产效率，已经成为机械加工领域的必然趋势。要实现数控机床自动化加工离不开数控机床的机械手，目前市场上与数控机床相配套应用的机械手有以下几种:

1）桁架式机械手，桁架机械手的夹持装置在工件输送线上夹取待加工工件后，桁架机械手带动的夹持装置及工件向上运动，上升到位后夹持装置向主轴方向移动，将待加工工件安装在数控机床的主轴卡盘上，然后桁架机械手带动夹持装置下降，进行已加工工件和待加工工件的交换，完成一个上下料循环。为了留出操作工的作业空间，桁架机械手的工作线路都在数控机床顶部，这导致桁架机械手占用空间大，上下料工位与主轴卡盘加工工位距离远，上料辅助时间长，维护不方便。

2）多关节机械手，更类似于人工操作，多关节机械手运动精度高，加工制造成本高，其控制系统较复杂，多关节机械手价格昂贵。多关节机械手输送工件时，多关节机械手的夹持装置夹取工件后，在手臂上、下、左、右自由摆动的过程中，多关节机械手的各关节处摩擦大，易使各关节磨损。为了便于抓取工件，通常多关节机械手的手臂都比较长，手臂带动工件一起摆动时，摆动距离长即行程长，夹持装置与机械手手臂的连接处承受的力矩大，导致夹持装置与手臂的连接处易损坏，维修费用高。对于精密加工机床而言，多关节机械手损坏后使得夹持装置不能将加工工件精确定位到机床的主轴卡盘上；而且惯性大，导致工件与机床的主轴卡盘之间的磨损大，造成工件的损坏。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种机械手的力偶式伸缩夹持装置，装配该伸缩夹持装置的机械手结构简单、小巧，缩短上下料时间，机械手关节载荷均匀，使用寿命长。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种机械手的力偶式伸缩夹持装置，其特征在于：包括用于安装在机械手上的安装支架，所述安装支架上固定有一对以安装支架中心形成中心对称布置的伸缩夹持装置，所述伸缩夹持装置由伸缩装置和与伸缩装置相连的夹持手爪构成，所述伸缩装置用于带动夹持手爪向外伸出、向内缩回，所述夹持手爪用于夹紧、松开工件；其中一个为用于上料的伸缩夹持装置，另一个为用于卸料的伸缩夹持装置，所述用于上料的伸缩夹持装置和用于卸料的伸缩夹持装置的轴心线相互平行，且用于上料的伸缩夹持装置的夹持手爪与用于卸料的伸缩夹持装置的夹持手爪朝向相反。本发明的一对伸缩夹持装置一上一下布置在安装支架的平面上，以安装支架的中心形成中心对称，即两个伸缩夹持装置相互平行，且两个伸缩夹持装置的夹持手爪朝向相反。

所述安装支架上设有两个定位板，所述伸缩装置固定安装在定位板上，伸缩装置采用第一气缸，第一气缸的活塞杆上连接有伸缩滑台，用于带动伸缩滑台前进后退，所述伸缩滑台上固定有用于安装夹持手爪的连接板；所述第一气缸可以替换为第一液压油缸或者直线电机。

所述安装支架上设有布线孔，所述布线孔位于安装支架的中心，该布线孔用于供传感器的信号线、气缸、液压油缸或者直线电机的管线安装布置。

所述夹持手爪包括夹持手指、夹持手爪的传动机构和用于控制夹持手指张开或闭合的第二液压油缸或者第二气缸，所述第二液压油缸或者第二气缸固定在伸缩装置的连接板上，第二液压油缸的活塞杆或者第二气缸的活塞杆与夹持手爪的传动机构相连，夹持手指固定在夹持手爪的传动机构上，用于带动夹持手指沿第二液压油缸或第二气缸的径向运动。通过第二液压油缸或者第二气缸实现了夹持手指的运动。

所述夹持手爪的传动机构包括导向套和多个导向滑块，导向套的外侧面设有楔形凸起，导向滑块上开设有与导向套的楔形凸起滑动配合的滑槽，所述导向套固定在用于控制夹持手指张开或闭合的第二气缸或液压油缸的第二活塞杆上，用于推动导向套使各导向滑块沿第二液压油缸或第二气缸的径向运动；所述夹持手指固定在各导向滑块上。

所述夹持手指的夹持面开设有工艺槽，所述工艺槽便于将工件夹紧。

所述夹持手爪上还设有两个弹簧压盘，所述两个弹簧压盘重叠设置在夹持手爪的第二液压油缸或者第二气缸的端盖上，两个弹簧压盘之间设有多个弹簧。在上料的伸缩夹持装置和卸料的伸缩夹持装置的夹持手爪上分别安装弹簧和弹簧压盘，当将待加工工件安装在数控机床上时，上料的伸缩夹持装置的弹簧压盘给待加工工件一个轴向力，保证了数控机床的主轴卡盘能将待加工工件夹端正，保证了工件的加工精度；当将已加工工件从数控机床上取下时，能够防止数控机床的主轴卡盘松开后已加工工件从加工工位脱落。

所述用于上料的伸缩夹持装置和用于卸料的伸缩夹持装置上均设有用于动作定位的传感器。通过传感器便于指导两个伸缩夹持装置的动作。

本发明的有益效果：本发明的一对力偶式伸缩夹持装置均用于夹紧工件，安装在机械手上，可以构成机械手的手爪。装配此力偶伸缩夹持装置的机械手，结构简单，制造成本低，节省空间。机械手带动一对伸缩夹持装置向数控机床的机床主轴方向移动，直至数控机床的机床主轴正前方，卸料的伸缩夹持装置伸出到位，主轴卡盘松开，用于卸料的伸缩夹持装置上夹持已加工工件，用于卸料的伸缩夹持装置带动已加工工件缩回到位。当用于卸料的伸缩夹持装置缩回到位后，通过安装支架转动带动这两个伸缩夹持装置转动，使用于卸料的伸缩夹持装置和用于上料的伸缩夹持装置具有方向相反的平行力，形成力偶，保证两个伸缩夹持装置在自由旋转的过程中，两个伸缩夹持装置力矩小，相对于多关节机械手更省力。本发明伸缩夹持装置不易损坏，使用寿命长，避免了伸缩夹持装置摆动，能够将待加工工件精确定位到数控机床的机床主轴上。本发明在现有机械手同等进给速度的情况下，上下料所用时间最短，提高了生产效率，降低了生产成本。本发明适用于数控车床、数控磨床等机床，且定位精确度高，能够满足精密加工机床的要求，尤其适用精密数控卧式车床。带本发明力偶式伸缩夹持装置的机械手装配在精密数控车床上，使得控制该精密数控车床的操作人员劳动强度大大降低，将操作人员从频繁的上下料等简单的工作中解放出来。因劳动强度的降低，使得一个操作人员就可以控制更多的精密数控车床。降低了企业的劳动力成本，提高了企业的生产效率。而且本发明力偶式伸缩夹持装置结构简单，制造成本低，提高了企业自动化加工能力。

附图说明

图1是本发明力偶式伸缩夹持装置的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图；

图4是夹持手爪的结构示意图。

附图中：安装支架1、定位板1-1、布线孔1-2、弹簧压盘2、弹簧3、伸缩夹持装置4、用于上料的伸缩夹持装置4a、用于卸料的伸缩夹持装置4b、夹持手爪4-1、夹持手指4-11、夹持手爪的传动机构4-12、第二气缸4-13、工艺槽4-14、伸缩装置4-2、第一气缸4-21、活塞杆4-22、伸缩滑台4-23、十字交叉滑块4-24、十字交叉导轨4-25、连接板4-3、工件5、旋转驱动装置6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1至图4所示的一种机械手的力偶式伸缩夹持装置，包括用于安装在机械手上的安装支架1，所述安装支架1上固定有一对以安装支架1中心形成中心对称布置的伸缩夹持装置4，其中一个为用于上料的伸缩夹持装置4a，另一个为用于卸料的伸缩夹持装置4b，所述一对伸缩夹持装置4均由伸缩装置4-2和与伸缩装置4-2相连的夹持手爪4-1构成，所述伸缩装置4-2用于带动夹持手爪4-1向外伸出、向内缩回，所述夹持手爪4-1用于夹紧、松开工件；所述用于上料的伸缩夹持装置4a和用于卸料的伸缩夹持装置4b的轴心线相互平行，用于卸料的伸缩夹持装置4b位于用于上料的伸缩夹持装置4a上方，且用于上料的伸缩夹持装置4a的夹持手爪4-1与用于卸料的伸缩夹持装置4b的夹持手爪4-1朝向相反。所述用于上料的伸缩夹持装置4a和用于卸料的伸缩夹持装置4b分别用于夹取工件5，用于上料的伸缩夹持装置4a用于待加工工件夹紧，并将该工件安装在数控机床的主轴卡盘上。所述用于卸料的伸缩夹持装置4b用于将已加工工件从数控机床的主轴卡盘上取下。所述安装支架1安装在机械手的旋转驱动装置上，当用于上料的伸缩夹持装置4a的夹持手爪4-1与用于卸料的伸缩夹持装置4b的夹持手爪4-1均呈回缩状态时，旋转驱动装置才带动用于上料的伸缩夹持装置4a和用于卸料的伸缩夹持装置4b旋转，使用于卸料的伸缩夹持装置4b和用于上料的伸缩夹持装置4a具有方向相反的平行力，形成力偶，保证两个伸缩夹持装置在自由旋转的过程中，两个伸缩夹持装置力矩小，相对于多关节机械手更省力。

所述安装支架1上设有两块定位板1-1，两块定位板1-1关于安装支架1中心呈点对称设置，所述伸缩装置4-2固定安装在定位板1-1上，所述伸缩装置4-2采用第一气缸4-21或者第一液压油缸或者直线电机。第一气缸4-21通过管道与气泵相连，所述第一液压油缸通过输油管与油泵相连。第一气缸4-21的缸体或者第一液压油缸的缸体或者直线电机通过螺栓固定安装在安装支架1的定位板1-1上，第一液压油缸的活塞杆或者第一气缸4-21的活塞杆4-22或者直线电机的输出轴上连接有伸缩滑台4-23，用于带动伸缩滑台4-23前进后退，所述伸缩滑台4-23上固定有用于安装夹持手爪4-1的连接板4-3，用于带动夹持手爪4-1前、后伸缩。本实施例中：所述伸缩装置4-2采用第一气缸4-21，所述第一气缸4-21采用十字交叉导轨滑台缸，伸缩滑台4-23上固定连接有十字交叉滑块4-24，所述十字交叉滑块4-24通过滚柱滑动配合在十字交叉导轨4-25上，通过十字交叉导轨滑台缸使伸缩装置4-2运动更稳定，提高了伸缩夹持装置的性能。

所述一对伸缩夹持装置4的夹持手爪4-1均包括夹持手指4-11、夹持手爪的传动机构4-12、用于控制夹持手指张开或闭合的第二液压油缸或者第二气缸4-13，所述第二液压油缸或者第二气缸4-13固定在伸缩装置4-2的连接板4-3上，第二液压油缸的活塞杆或者第二气缸4-13的活塞杆与夹持手爪的传动机构4-12相连，夹持手指4-11通过螺栓固定连接在夹持手爪的传动机构4-12上，用于带动夹持手指4-11沿第二液压油缸或第二气缸4-13的径向运动。第二气缸4-13通过管道与气泵相连，所述第二液压油缸通过输油管与油泵相连。所述夹持手指4-11呈L型，夹持手指4-11一端为用于安装在夹持手爪的传动机构4-12上的固定端，另一端为夹持端，夹持手指4-11 的固定端通过螺栓固定在夹持手爪的传动机构4-12上。所述夹持手指4-11的夹持面开设有工艺槽4-14，所述工艺槽4-14为弧形槽，该弧形槽能保证工件表面与夹持面之间接触良好，从而使伸缩夹持装置4将工件夹的更稳。所述夹持手爪的传动机构4-12包括导向套和多个导向滑块，所述导向套安装在第二液压油缸或者第二气缸的活塞杆上，导向套的外侧面设有向外突的楔形凸起，导向滑块上开设有与导向套的楔形凸起滑动配合的滑槽，第二液压油缸或者第二气缸4-13通过导向套带动各导向滑块沿第二液压油缸或第二气缸的径向运动，所述夹持手指4-11通过螺栓固定在各导向滑块上。所述夹持手爪4-1构成机械手的手爪用于夹紧、松开工件。本实施例中：设有三个夹持手指4-11，所述用于控制夹持手指张开或闭合的第二气缸4-13的活塞杆上套设有圆柱形的导向套，该导向套上设有三个等间距均分360°的楔形凸起，该导向套的楔形凸起滑动配合有三个沿气缸径向运动的导向滑块，三个导向滑块等间距均分360°，即三个导向滑块沿圆周均匀分布，三个夹持手指4-11分别固定在三个导向滑块上。

所述夹持手爪4-1上还设有两个弹簧压盘2，所述两个弹簧压盘2重叠设置在夹持手爪4-1的第二液压油缸或者第二气缸4-13的端盖上，该端盖为液压油缸或者气缸的前端盖，两个弹簧压盘2之间设置多个弹簧3。本实施例中：设有三个弹簧3和两个弹簧压盘2，所述两个弹簧压盘2设有三个向外延伸的翅膀，三个向外延伸的翅膀等间距均分360°，两个弹簧压盘2的三个向外延伸的翅膀重叠设置，三个弹簧3分别位于上下弹簧压盘2的向外延伸的翅膀之间。两个弹簧压盘2的三个向外延伸的翅膀与夹持手爪4-1的三个夹持手指4-11交错设置。在用于上料的伸缩夹持装置4a和用于卸料的伸缩夹持装置4b的夹持手爪4-1上分别安装弹簧和弹簧压盘，当将待加工工件安装在机床上时，用于上料的伸缩夹持装置的弹簧压盘给待加工工件一个轴向力，保证了机床的加工主轴卡盘能将待加工工件装夹到位，保证了工件的加工精度；当将已加工工件从机床上取下时，能够防止机床的加工主轴卡盘松开后已加工工件从加工工位脱落。

所述一对伸缩夹持装置4上均设有用于定位的传感器，所述传感器采用磁性传感器。伸缩夹持装置4上的传感器是用于监测伸缩装置和夹持装置动作是否到位，伸缩夹持装置4是否进行下一步动作的根据。在装配时保证一对伸缩夹持装置4呈竖直状态时，其中朝下的夹持手爪的轴心线与上下料工位中心位于同一直线。

所述安装支架1上设置布线孔1-2，所述布线孔1-2位于安装支架的中心，该布线孔用于供伸缩夹持装置4的传感器信号线、气缸的气管、液压缸的液压管和直线电机的电线穿过，便于布线安装。

本发明的工作原理：本发明一对力偶式伸缩夹持装置4通过安装支架1安装在机械手的旋转驱动装置6上，通过旋转驱动装置6带动一对力偶式伸缩夹持装置4旋转，可以调整用于上料的伸缩夹持装置4a和用于卸料的伸缩夹持装置4b的位置。当旋转驱动装置旋转180°后，旋转后用于上料的伸缩夹持装置位置与旋转前用于卸料的伸缩夹持装置位置重合,用于卸料的伸缩夹持装置位置与旋转前用于上料的伸缩夹持装置位置重合。当一对伸缩夹持装置旋转呈竖立状态时，一对伸缩夹持装置与上下料工位垂直，用于上料的伸缩夹持装置的中心轴线和上下料工位的中心轴线同轴，用于上料的伸缩夹持装置将上下料工位上的待加工工件夹紧。当一对伸缩夹持装置旋转呈水平状态时，一对伸缩夹持装置与数控机床的机床主轴平行，用于卸料的伸缩夹持装置的中心轴线和数控机床的机床主轴中心轴线位于同一水平面，用于卸料的伸缩夹持装置将数控机床上已加工工件取下，通过旋转驱动装置转动，使用于上料的伸缩夹持装置的中心轴线与数控机床的机床主轴中心轴线位于同一水平面，将用于上料的伸缩夹持装置夹紧的待加工工件安装在数控机床的机床主轴上。当两个伸缩夹持装置4的夹持手爪4-1均缩回到位后，旋转驱动装置带动安装支架1转动，两个伸缩夹持装置4形成一对大小相等、方向相反、但不共线的平行力即力偶。力偶使物体完全不呈现任何平移运动，只呈现纯旋转运动。减轻了旋转驱动装置与一对力偶式伸缩夹持装置连接部分的负荷，延长了相关装置的寿命，且相对于现有机械手的夹持装置更省力。

Claims (8)

1.一种机械手的力偶式伸缩夹持装置，其特征在于：包括用于安装在机械手上的安装支架（1），所述安装支架（1）上固定有一对以安装支架（1）中心形成中心对称布置的伸缩夹持装置（4），所述伸缩夹持装置（4）由伸缩装置（4-2）和与伸缩装置（4-2）相连的夹持手爪（4-1）构成，所述伸缩装置（4-2）用于带动夹持手爪（4-1）向外伸出、向内缩回，所述夹持手爪（4-1）用于夹紧、松开工件；其中一个为用于上料的伸缩夹持装置（4a），另一个为用于卸料的伸缩夹持装置（4b），所述用于上料的伸缩夹持装置（4a）和用于卸料的伸缩夹持装置（4b）的轴心线相互平行，且用于上料的伸缩夹持装置（4a）的夹持手爪（4-1）与用于卸料的伸缩夹持装置（4b）的夹持手爪（4-1）朝向相反。

2.根据权利要求1所述的机械手的力偶式伸缩夹持装置，其特征在于：所述安装支架（1）上设有两个定位板（1-1），所述伸缩装置（4-2）固定安装在定位板（1-1）上，伸缩装置（4-2）采用第一气缸（4-21），所述第一气缸（4-21）的活塞杆（4-22）上连接有伸缩滑台（4-23），用于带动伸缩滑台（4-23）前进后退，所述伸缩滑台（4-23）上固定有用于安装夹持手爪（4-1）的连接板（4-3）；所述第一气缸（4-21）可以替换为第一液压油缸或者直线电机。

3.根据权利要求1或2所述的机械手的力偶式伸缩夹持装置，其特征在于：所述安装支架（1）上设有布线孔（1-2）。

4.根据权利要求1或2所述的机械手的力偶式伸缩夹持装置，其特征在于：所述夹持手爪（4-1）包括夹持手指（4-11）、夹持手爪的传动机构（4-12）和用于控制夹持手指张开或闭合的第二液压油缸或者第二气缸（4-13），所述第二液压油缸或者第二气缸（4-13）固定在伸缩装置（4-2）的连接板（4-3）上，第二液压油缸的活塞杆或者第二气缸（4-13）的活塞杆与夹持手爪的传动机构（4-12）相连，夹持手指（4-11）固定在夹持手爪的传动机构（4-12）上，用于带动夹持手指（4-11）沿第二液压油缸或第二气缸（4-13）的径向运动。

5.根据权利要求4所述的机械手的力偶式伸缩夹持装置，其特征在于：所述夹持手爪的传动机构（4-12）包括导向套和多个导向滑块，导向套的外侧面设有楔形凸起，导向滑块上开设有与导向套的楔形凸起滑动配合的滑槽，所述导向套固定在用于控制夹持手指张开或闭合的第二气缸（4-13）或第二液压油缸的活塞杆上，用于推动导向套使各导向滑块沿第二液压油缸或第二气缸（4-13）的径向运动；所述夹持手指（4-11）固定在各导向滑块上。

6.根据权利要求4所述的机械手的力偶式伸缩夹持装置，其特征在于：所述夹持手指（4-11）的夹持面开设有工艺槽（4-14）。

7.根据权利要求1或2所述的机械手的力偶式伸缩夹持装置，其特征在于：所述夹持手爪（4-1）上还设有两个弹簧压盘（2），所述两个弹簧压盘（2）重叠设置在夹持手爪（4-1）的第二液压油缸或者第二气缸（4-13）的端盖上，两个弹簧压盘（2）之间设有多个弹簧(3)。

8.根据权利要求1或2所述的机械手的力偶式伸缩夹持装置，其特征在于：所述用于上料的伸缩夹持装置（4a）和用于卸料的伸缩夹持装置（4b）上均设有用于动作定位的传感器。