CN106426259B - 一种发动机壳体自动抓取的手爪结构的抓取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机壳体自动抓取的手爪结构及抓取方法，爪头通过销轴铰接在爪头座的头部，爪头座固定安装在滑套的末端，滑套内部滑动配合安装有活塞杆，所述活塞杆的顶端与油缸座相配合，所述油缸座固定在底板的上端面，所述油缸座的底端加工有一号进油口，在油缸座的顶部安装有油缸盖，所述油缸盖的顶部加工有二号进油口，所述底板的顶部通过多组支撑肋板安装有顶板，所述顶板上固定安装有法兰盘，所述底板上还安装有缓冲定位装置。该种抓取结构通过专用手爪实现了自动抓取、自动上下料功能；满足了定位准确，抓取迅速、可靠性高的要求；配合机械手臂、机械导轨，可用于生产线上车、铣等各加工工序时的工位转换。

Description

一种发动机壳体自动抓取的手爪结构的抓取方法

技术领域

本发明属于发动机壳体辅助加工装置领域，尤其涉及一种发动机壳体自动抓取的手爪结构及抓取方法，适用于汽车、航空航天、军事等行业中发动机壳体的加工。

背景技术

发动机是汽车、航空航天、军事等领域中的重要部件。发动机壳体包裹核心零部件为主机提供稳定持续的动力输出，是整个部件的重要组成部分。发动机壳体常采用铝合金精密铸造而成，具有质量轻，外形结构复杂，刚性差，易变形的特点。发动机壳体加工工艺复杂，工序长，工位多。

实际生产中，为了提高加工效率，实现自动化，无人化，智能化加工，常采用自动生产线，利用机器人或机械手自动抓取该零件。由于发动机外形结构复杂，加工工艺特殊，普通的机械手结构无法实行其自动抓取；而且发动机壳体为不规则的箱体结构在抓取过程中无法精确计算或者控制其重心，进而在抓取过程中稳定性无法得到很好的保证；此外发动机外壳体一般都采用铝合金精密铸造而成，体积大，刚性差，易变形，需要机械手的抓取机构能够进行柔性抓取保证发动机外壳体的表面质量，普通机械手无法保证其抓取力；最后在整条发动机生产线中，往往需要在多个工位布设机械手，专用机械手基本上需要在国外进口，成本高。

发明内容

本发明的目的是克服上述弊端，提供一种可自动抓取发动机壳体的机械手爪结构及抓取方法，该种抓取结构通过专用手爪实现了自动抓取、自动上下料功能；满足了定位准确，抓取迅速、可靠性高的要求；配合机械手臂、机械导轨，可用于生产线上车、铣等各加工工序时的工位转换；降低企业生产成本，提高了生产效率。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种发动机壳体自动抓取的手爪结构，它包括多个爪头，所述爪头通过销轴铰接在爪头座的头部，所述爪头座固定安装在滑套的末端，所述滑套固定在底板的下端面，所述滑套内部滑动配合安装有活塞杆，所述活塞杆的底端与爪头相配合控制爪头的抓取动作，所述活塞杆的顶端与油缸座相配合，所述油缸座固定在底板的上端面，所述油缸座的底端加工有一号进油口，在油缸座的顶部安装有油缸盖，所述油缸盖的顶部加工有二号进油口，所述底板的顶部通过多组支撑肋板安装有顶板，所述顶板上固定安装有法兰盘，所述底板上还安装有缓冲定位装置。

所述缓冲定位装置包括圆销定位机构、菱形销定位机构和端面定位机构。

所述圆销定位机构包括滑杆，所述滑杆的底端设置有圆销头，所述滑杆与销套构成滑动配合，所述销套安装在底板的下端面，所述滑杆的顶部通过台阶面定位安装有弹簧，所述弹簧固定在弹簧套筒内部，所述弹簧套筒的顶部设置有调节螺母调节弹簧的压缩量。

所述圆销定位机构的结构和菱形销定位机构的结构相同，其中所述菱形销定位机构的头部为菱形销。

所述端面定位机构包括多块端面定位块，所述端面定位块固定安装在底板的下端面与发动机壳体定位面相配合。

所述爪头采用Z字形曲臂，在Z字形曲臂的上拐角处加工有销孔，所述销孔与销轴相配合，在Z字形曲臂的下臂末端安装有缓冲橡胶垫，在Z字形曲臂上臂末端的上、下端面分别加工有上过渡圆弧和下过渡圆弧。

所述活塞杆包括杆体，所述杆体的顶部加工有活塞头，所述活塞头与油缸座的内缸体相配合，所述活塞头的外壁上加工有多个密封圈安装槽，在活塞杆的底端加工有下限位块，在下限位块的中心固定有连接杆，所述连接杆的末端加工有螺纹柱，所述螺纹柱上安装有紧定螺母，所述紧定螺母上支撑有顶块，所述顶块与爪头的下过渡圆弧相配合，所述下限位块的下端面与爪头的上过渡圆弧相配合。

所述滑套的外壁均布焊接有多个肋板，肋板同时与底板的下端面焊接固定；所述爪头座通过多个均布的螺钉与滑套的末端相连。

所述端面定位机构的数量为三个。

采用任意一项手爪结构抓取发动机壳体方法，它包括以下步骤：

S1：通过法兰盘将手爪结构固定在机械臂的头部，同时将一号进油口和二号进油口分别与液压系统相连；

S2：初始时爪头处于收拢状态，机械臂带动手抓结构将安装爪头的滑套插入到发动机壳体的中心孔，保证底板下端面的圆销头和菱形销与发动机壳体上的两个定位孔相配合定位，同时保证三个端面定位块与发动机壳体的端面相定位配合；

S3：二号进油口进油，推动活塞杆向下运动，活塞杆头部的下限位块顶住爪头的上过渡圆弧，进而使爪头的下横臂张开，使缓冲橡胶垫与发动机壳体中心的下端面相配合固定，三个均布的爪头同时伸展将发动机壳体的下端面进行定位固定；

S4：通过机械臂，带动整个发动机壳体移动到下一个工位，一号进油口进油进油，推动活塞杆向上运动，活塞杆头部的顶块上端面顶住爪头的下过渡圆弧，进而使爪头的下横臂收拢，松开发动机壳体，机械臂再带动整个爪头上升退出发动机壳体；

S5：完成一个发动机壳体的搬运之后在进行下一个壳体的搬运。

本发明与常规管式泵相比具备了以下有益效果：

1、通过法兰盘能够保证整个手爪结构与机械臂之间的固定连接，而且通过可拆卸连接提高了其适应性。

2、通过设置在底板上圆销定位机构、菱形销定位机构和端面定位机构，能够同时与发动机壳体上的定位孔和定位端面相配合，进而保证了手爪结构能够对发动机盖进行有效的固定，保证了定位精度。

3、通过安装在定位机构上的弹簧能够对圆销头起到很好的缓冲的作用，保证圆销头与发动机壳体上的定位孔实现柔性接触，防止损伤其外表面。

4、通过安装在弹簧套筒顶部的调节螺母能够调节弹簧的压缩量进而保证了手爪结构与发动机壳体之间的定位配合精度。

5、通过活塞杆和油缸座之间构成液压活塞结构，通过两个进油口控制进油，进而驱动活塞杆上行和下行，进而有效的驱动其底部的爪头实现其收拢和松开，进而达到抓取目的。

6、通过将爪头设计成Z字形结构，能够方便的形成杠杆机构，通过驱动Z字形的上横臂进而带动其下横臂转动，通过转动的方式实现爪头的收拢和展开，方便的实现抓取动作。

8、通过采用液压驱动，增大了驱动力，进而提高了抓取力，保证了抓取过程中的安全性。

9、通过设置三个端面定位块能够确定一个平面，进而保证了平面度要求，提高了定位精度。

10、通过三个均布的爪头保证了抓取的稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的手抓结构旋转剖视图。

图2为本发明图1中C-C截面图。

图3为本发明的爪头展开之后的结构示意图。

图4为本发明爪头安装局部结构示意图。

图5为本发明顶视图。

图6为本发明爪头结构示意图。

图7为本发明活塞杆结构示意图。

图8为本发明手爪与发动机壳体配合抓取时结构示意图。

图9为本发明手爪与发动机壳体端面定位和定心配合结构示意图。

图10为本发明发动机壳体的主视图。

图11为本发明发动机壳体顶视图。

图12为本发明发动机壳体俯视图。

图中：爪头1、销轴2、爪头座3、滑套5、活塞杆6、肋板7、端面定位块8、圆销头9、滑杆10、销套11、底板12、弹簧套筒13、弹簧14、调节螺母15、一号进油口16、油缸座17、油缸盖18、二号进油口19、法兰盘20、顶板21、支撑肋板22、菱形销定位机构23、菱形销24、动机壳体25、发动机壳体中心孔底部端面抓取点26、发动机壳体顶部端面定位点27、发动机壳体顶部菱形定位孔28、发动机壳体顶部圆形定位孔29；

缓冲橡胶垫101、Z字形曲臂102、销孔103、下过渡圆弧104、上过渡圆弧105；

螺纹柱601、紧定螺母602、顶块603、连接杆604、下限位块605、杆体606、活塞头607、密封圈安装槽608。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-9，一种发动机壳体自动抓取的手爪结构，它包括多个爪头1，所述爪头1通过销轴2铰接在爪头座3的头部，所述爪头座3固定安装在滑套5的末端，所述滑套5固定在底板12的下端面，所述滑套5内部滑动配合安装有活塞杆6，所述活塞杆6的底端与爪头1相配合控制爪头1的抓取动作，所述活塞杆6的顶端与油缸座17相配合，所述油缸座17固定在底板12的上端面，所述油缸座17的底端加工有一号进油口16，在油缸座17的顶部安装有油缸盖18，所述油缸盖18的顶部加工有二号进油口19，所述底板12的顶部通过多组支撑肋板22安装有顶板21，所述顶板21上固定安装有法兰盘20，所述底板12上还安装有缓冲定位装置。

进一步的，所述缓冲定位装置包括圆销定位机构、菱形销定位机构和端面定位机构。通过设置缓冲机构能够有效的防止损坏发动机壳体外表面。

进一步的，所述圆销定位机构包括滑杆10，所述滑杆10的底端设置有圆销头9，所述滑杆10与销套11构成滑动配合，所述销套11安装在底板12的下端面，所述滑杆10的顶部通过台阶面定位安装有弹簧14，所述弹簧14固定在弹簧套筒13内部，所述弹簧套筒13的顶部设置有调节螺母15调节弹簧14的压缩量。

进一步的，所述圆销定位机构的结构和菱形销定位机构23的结构相同，其中所述菱形销定位机构的头部为菱形销24。通过不同的定位孔保证了定位的精度，进而保证了抓取的稳定性。

进一步的，所述端面定位机构包括多块端面定位块8，所述端面定位块8固定安装在底板12的下端面与发动机壳体定位面相配合。通过多个端面定位块8能够保证底板12的下端面与发动机壳体的顶部端面保持平行。

进一步的，所述爪头1采用Z字形曲臂102，在Z字形曲臂102的上拐角处加工有销孔103，所述销孔103与销轴2相配合，在Z字形曲臂102的下臂末端安装有缓冲橡胶垫101，在Z字形曲臂102上臂末端的上、下端面分别加工有上过渡圆弧105和下过渡圆弧104。通过Z字形曲臂102能够形成杠杆机构，进而方便其展开和收拢实现抓取动作。

进一步的，所述活塞杆6包括杆体606，所述杆体606的顶部加工有活塞头607，所述活塞头607与油缸座17的内缸体相配合，所述活塞头607的外壁上加工有多个密封圈安装槽608，在活塞杆607的底端加工有下限位块605，在下限位块605的中心固定有连接杆604，所述连接杆604的末端加工有螺纹柱601，所述螺纹柱601上安装有紧定螺母602，所述紧定螺母602上支撑有顶块603，所述顶块603与爪头1的下过渡圆弧104相配合，所述下限位块605的下端面与爪头1的上过渡圆弧105相配合。

进一步的，所述滑套5的外壁均布焊接有多个肋板7，肋板7同时与底板12的下端面焊接固定；所述爪头座3通过多个均布的螺钉4与滑套5的末端相连。通过采用螺钉连接方便了爪头座3的拆装和更换，进而提高了抓取机构的适应性。

进一步的，所述端面定位机构的数量为三个。采用三个提高了稳定性，保证了平面度。

如图10-12，发动机壳体为碗型薄壁零件，材料为铸铝合金，重量为18KG。该零件因结构复杂，易变形，定位装夹困难的特点，为自动抓取的手爪设计带来很大困难。

进一步的，发动机盖自动抓取时要求以发动机壳体顶部端面为基准面、发动机壳体顶部端面定位点27、发动机壳体顶部菱形定位孔28、发动机壳体顶部圆形定位孔29。夹紧是通过在发动机壳体中心孔底部端面抓取点26施加压力进行抓取。

实施例2：

采用任意一项手爪结构抓取发动机壳体方法，它包括以下步骤：

S1：通过法兰盘20将手爪结构固定在机械臂的头部，同时将一号进油口16和二号进油口19分别与液压系统相连；

S2：初始时爪头1处于收拢状态，机械臂带动手抓结构将安装爪头1的滑套5插入到发动机壳体的中心孔，保证底板12下端面的圆销头9和菱形销24与发动机壳体上的两个定位孔相配合定位，同时保证三个端面定位块8与发动机壳体的端面相定位配合；

S3：二号进油口19进油，推动活塞杆6向下运动，活塞杆6头部的下限位块605顶住爪头1的上过渡圆弧105，进而使爪头1的下横臂张开，使缓冲橡胶垫101与发动机壳体中心的下端面相配合固定，三个均布的爪头1同时伸展将发动机壳体的下端面进行定位固定；

S4：通过机械臂，带动整个发动机壳体移动到下一个工位，一号进油口16进油进油，推动活塞杆6向上运动，活塞杆6头部的顶块603上端面顶住爪头1的下过渡圆弧104，进而使爪头1的下横臂收拢，松开发动机壳体，机械臂再带动整个爪头1上升退出发动机壳体；

S5：完成一个发动机壳体的搬运之后在进行下一个壳体的搬运。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (3)

1.一种采用发动机壳体自动抓取的手爪结构抓取发动机壳体的方法，其特征在于，包括以下步骤S1：通过法兰盘（20）将手爪结构固定在机械臂的头部，同时将一号进油口（16）和二号进油口（19）分别与液压系统相连；

S2：初始时爪头（1）处于收拢状态，机械臂带动手爪结构将安装爪头（1）的滑套（5）插入到发动机壳体的中心孔，保证底板（12）下端面的圆销头（9）和菱形销（24）与发动机壳体上的两个定位孔相配合定位，同时保证三个端面定位块（8）与发动机壳体的端面相定位配合；

S3：二号进油口（19）进油，推动活塞杆（6）向下运动，活塞杆（6）头部的下限位块（605）顶住爪头（1）的上过渡圆弧（105），进而使爪头（1）的下横臂张开，使缓冲橡胶垫（101）与发动机壳体中心的下端面相配合固定，三个均布的爪头（1）同时伸展将发动机壳体的下端面进行定位固定；

S4：通过机械臂，带动整个发动机壳体移动到下一个工位，一号进油口（16）进油，推动活塞杆（6）向上运动，活塞杆（6）头部的顶块（603）上端面顶住爪头（1）的下过渡圆弧（104），进而使爪头（1）的下横臂收拢，松开发动机壳体，机械臂再带动整个爪头（1）上升退出发动机壳体；

S5：完成一个发动机壳体的搬运之后再进行下一个壳体的搬运；

所述发动机壳体自动抓取的手爪结构，它包括多个爪头（1），所述爪头（1）通过销轴（2）铰接在爪头座（3）的头部，所述爪头座（3）固定安装在滑套（5）的末端，所述滑套（5）固定在底板（12）的下端面，所述滑套（5）内部滑动配合安装有活塞杆（6），所述活塞杆（6）的底端与爪头（1）相配合控制爪头（1）的抓取动作，所述活塞杆（6）的顶端与油缸座（17）相配合，所述油缸座（17）固定在底板（12）的上端面，所述油缸座（17）的底端加工有一号进油口（16），在油缸座（17）的顶部安装有油缸盖（18），所述油缸盖（18）的顶部加工有二号进油口（19），所述底板（12）的顶部通过多组支撑肋板（22）安装有顶板（21），所述顶板（21）上固定安装有法兰盘（20），所述底板（12）上还安装有缓冲定位装置；

所述缓冲定位装置包括圆销定位机构、菱形销定位机构和端面定位机构；

所述圆销定位机构包括滑杆（10），所述滑杆（10）的底端设置有圆销头（9），所述滑杆（10）与销套（11）构成滑动配合，所述销套（11）安装在底板（12）的下端面，所述滑杆（10）的顶部通过台阶面定位安装有弹簧（14），所述弹簧（14）固定在弹簧套筒（13）内部，所述弹簧套筒（13）的顶部设置有调节螺母（15）调节弹簧（14）的压缩量；

所述活塞杆（6）包括杆体（606），所述杆体（606）的顶部加工有活塞头（607），所述活塞头（607）与油缸座（17）的内缸体相配合，所述活塞头（607）的外壁上加工有多个密封圈安装槽（608），在活塞杆（607）的底端加工有下限位块（605），在下限位块（605）的中心固定有连接杆（604），所述连接杆（604）的末端加工有螺纹柱（601），所述螺纹柱（601）上安装有紧定螺母（602），所述紧定螺母（602）上支撑有顶块（603），所述顶块（603）与爪头（1）的下过渡圆弧（104）相配合，所述下限位块（605）的下端面与爪头（1）的上过渡圆弧（105）相配合；

所述圆销定位机构的结构和菱形销定位机构（23）的结构相同，其中所述菱形销定位机构的头部为菱形销（24）；

所述端面定位机构包括三块端面定位块（8），所述端面定位块（8）固定安装在底板（12）的下端面与发动机壳体定位面相配合；

所述爪头（1）采用Z字形曲臂（102），在Z字形曲臂（102）的上拐角处加工有销孔（103），所述销孔（103）与销轴（2）相配合，在Z字形曲臂（102）的下臂末端安装有缓冲橡胶垫（101），在Z字形曲臂（102）上臂末端的上、下端面分别加工有上过渡圆弧（105）和下过渡圆弧（104）。

2.根据权利要求1所述的一种采用发动机壳体自动抓取的手爪结构抓取发动机壳体的方法，其特征在于：所述滑套（5）的外壁均布焊接有多个肋板（7），肋板（7）同时与底板（12）的下端面焊接固定；所述爪头座（3）通过多个均布的螺钉（4）与滑套（5）的末端相连。

3.根据权利要求1所述的一种采用发动机壳体自动抓取的手爪结构抓取发动机壳体的方法，其特征在于：所述端面定位机构的数量为三个。