CN107756431B - 一种空间单自由度四爪夹紧机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单自由度四爪夹紧机构，由基座、动平台、四个支链、螺母和弹簧组成，四个支链的分布关于基座的中心轴线对称；当工件放置在夹紧机构的动平台上时，在重力的作用下，动平台会自动向下运动，实现对工件的自动夹持，无需外加动力源。通过螺母在动平台的凸台上的螺旋运动，结合弹簧的作用，可以调节夹紧机构对工件的夹紧力。本发明结构简单，对称性好，可以用于机械自动化领域中的夹持作业。

Description

一种空间单自由度四爪夹紧机构
技术领域
本发明属于机械制造及自动化领域，涉及一种用于多方向夹持的单自由度对称并联机构。
背景技术
在生产线上，工件运动到某个工位后，需要由夹紧机构将工件固定在正确的位置上，然后进行加工、装配、检测等相应操作。现有夹紧机构都需要外加动力源，操作不便，并且加工制造比较复杂，成本较高。此外，常规夹紧机构的夹紧点的分布并不均匀，也无法对工件的位置进行校正。针对以上问题，本发明基于一种空间对称并联机构来构造无需外加动力源的夹紧机构。
发明内容
本发明提出一种空间单自由度四爪夹紧机构，其结构简单紧凑、稳定可靠，具有一定的对称性，无需外加动力源就可以对工件进行夹紧。
本发明包含基座(1)、动平台(4)、连杆2A、连杆3A、连杆2B、连杆3B、连杆 2C、连杆3C、连杆2D、连杆3D、螺母(5)和弹簧(6)。处于张开状态和夹紧状态的夹紧机构的轴侧视图和正视图分别如图1至图4所示。从机构方面来看，本发明的主要组成部分是一种对称并联机构，该并联机构包含基座(1)、动平台(4)以及连接基座和动平台的四个相同支链，记为支链A、支链B、支链C、支链D。该并联机构竖直放置，基座在下侧，动平台在上侧，其中基座与地面固连。并联机构的每个支链由两个连杆构成，例如支链A 包含连杆2A和连杆3A(如图5所示)，连杆2A的下端与基座通过转动副相连，连杆2A的上端与连杆3A的下端通过转动副相连，连杆3A的中部与动平台通过转动副相连，连杆3A 的上半部分作为夹持器与工件接触，这两个转动副的轴线均平行于基座和动平台的表面；支链B、支链C和支链D也采用相同的连接方式。不考虑螺母(5)和弹簧(6)的情况下，该并联机构的动平台沿竖直轴线作平移运动，并且始终平行于基座，而连杆3A、连杆3B、连杆3C和连杆3D的上半部分会相应地张开或夹紧。
此外，基座的上表面中心有一个圆柱形凸台，凸台与弹簧的下端固连。动平台4的下表面中心也有一个圆柱形凸台，凸台的圆柱面上有螺纹，如图6所示。螺母与动平台4通过此螺纹相连；由于动平台受到重力的影响，螺母的下表面与弹簧的上端保持接触，但不固连。因此，弹簧和螺母对夹紧机构的运动模式不产生影响，即动平台仍然沿竖直轴线作平移运动，而连杆3A、连杆3B、连杆3C和连杆3D的上半部分仍然作开合运动。
当本发明夹紧机构上没有放置工件时，通过螺母在动平台凸台上的螺旋运动，可以调节动平台上表面相对于基座的高度以及夹持器的张开角度。结合弹簧的作用，可以实现对工件夹紧力的调节。
当具有一定重量的工件放置在本发明的动平台上时，在重力的作用下，动平台会自动向下运动，实现对工件的自动夹持，无需外加动力源。
本发明的优点在于：结构简单紧凑，制造方便；利用工件自身的重力可实现自动夹紧，从而无需外加动力源；若工件为圆柱形，则由于夹紧机构的对称性，工件的中心轴线会与动平台中心对齐，便于对工件定位。
附图说明
图1是处于张开状态下的本发明的轴侧视图。
图2是处于张开状态下的本发明的正视图。
图3是处于夹紧状态下的本发明的轴侧视图。
图4是处于夹紧状态下的本发明的正视图。
图5是本发明的一个支链。
图6是本发明中动平台4的轴侧视图。
1-基座 2A-连杆2A 3A-连杆3A 2B-连杆2B 3B-连杆3B 2C-连杆2C 3C-连杆 3C2D-连杆2D 3D-连杆3D 4-动平台 5-螺母 6-弹簧
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
参见图1所示，本发明包含基座(1)、动平台(4)、连杆2A、连杆3A、连杆2B、连杆3B、连杆2C、连杆3C、连杆2D、连杆3D、螺母(5)和弹簧(6)。从机构方面来看，本发明的主要组成部分是一种对称并联机构，该并联机构包含基座(1)、动平台(4) 以及连接基座和动平台的四个相同支链，记为支链A、支链B、支链C、支链D。该并联机构竖直放置，基座在下侧，动平台在上侧，其中基座与地面固连。并联机构的每个支链由两个连杆构成，例如支链A包含连杆2A和连杆3A(如图5所示)，连杆2A的下端与基座通过转动副相连，连杆2A的上端与连杆3A的下端通过转动副相连，连杆3A的中部与动平台通过转动副相连，连杆3A的上半部分作为夹持器与工件接触，这两个转动副的轴线均平行于基座和动平台的表面；支链B、支链C和支链D也采用相同的连接方式。不考虑螺母 (5)和弹簧(6)的情况下，该并联机构的动平台沿竖直轴线作平移运动，并且始终平行于基座，而连杆3A、连杆3B、连杆3C和连杆3D的上半部分会相应地张开或夹紧。
基座的上表面中心有一个圆柱形凸台，凸台与弹簧的下端固连。动平台4的下表面中心也有一个圆柱形凸台，凸台的圆柱面上有螺纹，如图6所示。螺母与动平台4通过此螺纹相连；由于动平台受到重力的影响，螺母的下表面与弹簧的上端保持接触，但不固连。因此，弹簧和螺母对夹紧机构的运动模式不产生影响，即动平台仍然沿竖直轴线作平移运动，而连杆3A、连杆3B、连杆3C和连杆3D的上半部分仍然作开合运动。
本发明中，并联机构的四个支链在基座的周向上均匀分布，相邻两个支链的转动副轴线之间的夹角均为90度。
当本发明夹紧机构上没有放置工件时，螺母可以在动平台的凸台上作螺旋运动，使得动平台上表面相对于基座的高度发生变化，夹持器的初始张开角度也会相应变化。当具有一定重量的工件放置在本发明的动平台上时，在重力的作用下，动平台会自动向下运动，对弹簧进行压缩，直到竖直方向上以下三力平衡：动平台和工件所受的重力、弹簧的弹性力以及机构由于夹持反力产生的对动平台的托举力。通过调节螺母的上下位置，可以实现对工件夹紧力的调节。在完成本工位操作后，将工件向上提升，即可消除夹紧力。

Claims (4)

1.一种空间单自由度四爪夹紧机构，其特征在于：该夹紧机构包含基座（1）、动平台（4）、连杆2A、连杆3A、连杆2B、连杆3B、连杆2C、连杆3C、连杆2D、连杆3D、螺母（5）和弹簧（6）；该夹紧机构的主要组成部分是一种对称并联机构，该并联机构包含基座（1）、动平台（4）以及四个相同支链，分别为支链A、支链B、支链C、支链D；该并联机构竖直放置，基座在下侧，动平台在上侧，其中基座与地面固连；并联机构的每个支链由两个连杆构成，支链A包含连杆2A和连杆3A，连杆2A的下端与基座通过转动副相连，连杆2A的上端与连杆3A的下端通过转动副相连，连杆3A的中部与动平台通过转动副相连，连杆3A的上半部分作为夹持器与工件接触，这两个转动副的轴线均平行于基座和动平台的表面；支链B、支链C和支链D也采用相同的连接方式；四个支链在基座的周向上均匀分布，相邻两个支链的转动副轴线之间的夹角均为90度；基座（1）的上表面中心有一个圆柱形凸台，凸台与弹簧（6）的下端固连；动平台（4）的下表面中心也有一个圆柱形凸台，凸台的圆柱面上有螺纹；螺母（5）与动平台（4）通过此螺纹相连；螺母的下表面与弹簧的上端保持接触，但不固连。
2.如权利要求1所述的空间单自由度四爪夹紧机构，其特征在于：该夹紧机构的动平台沿竖直轴线作平移运动，并且始终平行于基座，同时连杆3A、连杆3B、连杆3C和连杆3D的上半部分相应地作张合运动。
3.如权利要求1所述的空间单自由度四爪夹紧机构，其特征在于：当具有一定重量的工件放置在所述机构的动平台（4）上时，在重力的作用下，动平台（4）会自动向下运动，实现对工件的自动夹持，无需外加动力源。
4.如权利要求1所述的空间单自由度四爪夹紧机构，其特征在于：当所述机构的动平台（4）上没有放置工件时，通过螺母在动平台（4）的凸台上的螺旋运动，可以调节动平台上表面相对于基座的高度以及夹持器的张开角度；结合弹簧的作用，可以实现对工件夹紧力的调节。
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