CN108189071A - 一种电动夹爪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动夹爪，该电动夹爪包括夹爪本体、夹爪软轴、夹爪驱动电机；驱动元件外置于夹爪本体外，基于夹爪软轴进行动力输送，可大大降低夹爪本体的重量，便于手工作业和机械高速作业；夹爪本体在使用数量较少的零部件情况下，可实现夹持定位、打螺丝等功能，具有良好的实用性。

Description

一种电动夹爪

技术领域

本发明涉及机械结构领域，具体涉及一种电动夹爪。

背景技术

在现代化机械作业生产中，当使用工具进行作业时，通常需要经过定位和作业两个步骤。定位具有两个方面的内容，一为工件的定位，二为工具的定位。具体实施中，常采用固定工件和工具其中一者，另一者以固定的一方为参照物，再进行固定，以保证每次作业中，工件和工具之间的相对位置不发生改变。因此，可以考虑以夹爪作为定位工具。

目前，工厂内大部分使用的为气动夹爪，气动夹爪启动时，由于气压的瞬间改变，冲击力较大，不利于安装于一些高速机械臂上。也有部分厂家使用电动夹爪，但由于电动夹爪的驱动电机重量较重，不适宜将驱动电机和夹爪进行一体设计。

发明内容

本发明提供了一种电动夹爪，以电机作为驱动源，冲击力较小，可安装至高速机械臂上或手工进行作业；将夹爪驱动电机和末端驱动电机设置在夹爪外壳外部，通过夹爪软轴进行动力传送，夹爪外壳内只包括一对锥齿轮、一根丝杆、一端滑轨、一对滑块和打螺丝模块，重量大大减轻，可以手提进行作业，使用较为灵活。

相应的，本发明提供的电动夹爪包括夹爪本体、夹爪软轴、夹爪驱动电机；

所述夹爪本体包括夹爪外壳、夹爪输入轴、第一夹爪锥齿轮、第二夹爪锥齿轮、夹爪丝杆、夹爪一、夹爪二、夹爪滑块一、夹爪滑块二、夹爪滑轨；

所述夹爪外壳为盒状结构，所述夹爪输入轴滑动安装于所述夹爪外壳y正向面上，y正向端伸出所述夹爪外壳且端面设置有用于与所述夹爪软轴连接的夹爪输入盲孔，y负向端与所述第一夹爪锥齿轮连接固定；

所述第二锥齿轮与所述第一夹爪锥齿轮垂直啮合并与所述夹爪丝杆连接固定；

所述夹爪丝杆两端滑动安装于所述夹爪外壳x正向面和x负向面上，以轴向中截面为分界面，所述分界面两侧开有旋向相反的丝杆螺纹；

所述夹爪一和夹爪二始端基于螺纹配合安装在所述夹爪丝杆的所述分界面两侧的丝杆螺纹上，末端伸出所述夹爪外壳底面；

所述夹爪滑块一、夹爪滑块二分别与所述夹爪一和夹爪二连接固定；所述夹爪滑轨安装于所述夹爪外壳内腔底部，所述夹爪滑块一、夹爪滑块二滑动配合在所述夹爪滑轨上；

所述夹爪驱动电机固定在所述夹爪外壳外部，输出端基于所述夹爪软轴与所述夹爪输入轴连接实现传动。

优选的实施方式，所述夹爪软轴包括软轴输入接口、软轴输出接口、软管、软轴芯；

所述软轴芯可转动的内套在于所述软管内部，输入端与所述软轴输入接口连接固定，输出端与所述软轴输出接口连接固定。

优选的实施方式，所述所述输出接口截面形状为正六边形；所述夹爪输入盲孔的截面形状与所述输出接口的截面形状相适配；所述输出接口基于磁吸方式固定于所述夹爪输入盲孔内。

优选的实施方式，所述软管为钢丝编织胶管。

优选的实施方式，所述夹爪输入轴输入端端面上开有正六边形的夹爪输入盲孔；所述输出接口截面形状为与所述输入孔配合的正六边形；所述输出接口基于磁吸吸附方式，固定在所述夹爪输入盲孔内。

优选的实施方式，所述电动夹爪还包括工具驱动电机、工具软轴和打螺丝模块；

所述打螺丝模块包括包括工具输入轴、工具传动轴、电磁环一、电磁环二、工具输出轴和螺丝批头；

所述工具输入轴安装于所述夹爪外壳的顶面上，只具有自转自由度，底端连接固定有电磁环一；

所述工具输出轴顶端连接固定有电磁环二，底端穿过所述夹爪外壳底部并连接固定有所述螺丝批头；

所述工具传动轴截面形状为除圆形外的任意图形，一端固定在所述工具输入轴上，另一端穿过所述电磁环一和电磁环二，轴向滑动配合在所述工具输出轴内；

所述工具输入轴、工具传动轴、工具输出轴和螺丝批头的轴线共线；

所述电磁环一和电磁环二通电后，所述工具输出轴沿轴向向所述工具输入轴运动或背离所述工具输入轴运动。

优选的实施方式，所述工具软轴包括软轴输入接口、软轴输出接口、软管、软轴芯；

所述软轴芯可转动的内套在于所述软管内部，输入端与所述软轴输入接口连接固定，输出端与所述软轴输出接口连接固定。

优选的实施方式，所述软管为钢丝编织胶管。

优选的实施方式，所述电动夹爪还包括夹爪扭矩限制器；所述夹爪驱动电机通过所述夹爪扭矩限制器与所述夹爪软轴的始端连接。

优选的实施方式，所述所述电动夹爪还包括工具扭矩限制器；所述工具驱动电机通过所述工具扭矩限制器与所述工具软轴的始端连接。

本发明提供的电动夹爪，以电机作为驱动源，冲击力较小，可安装至高速机械臂上或手工进行作业；将夹爪驱动电机和末端驱动电机设置在夹爪外壳外部，通过夹爪软轴进行动力传送，夹爪本体只包括夹爪外壳、一对锥齿轮、一根丝杆、一根滑轨、一对滑块、一堆夹爪和打螺丝模块，重量大大减轻，可以手提进行作业，使用较为灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了本发明实施例的电动夹爪的三维结构示意图；

图2示出了本发明实施例的电动夹爪正视图；

图3示出了本发明实施例的夹爪二末端剖面视图；

图4示出了本发明实施例的工具软轴剖面视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的电动夹爪，主要用于工具作业前的夹持定位，由于该电动夹爪的驱动元件都设于电动夹爪的本体外部，电动夹爪的本体重量大大减轻，有利于减轻操作人员或机械臂的负担，提高作业速度；由于采用电机驱动，启动时的瞬间冲击力较少，有利于增强夹持的稳定性，避免冲击造成的移位。

图1示出了本发明实施例的电动夹爪三维结构示意图，图2示出了本发明实施例的电动夹爪正视图。本发明实施例的电动夹爪，包括夹爪本体、夹爪传动软轴、夹爪驱动电机；

所述夹爪本体包括夹爪外壳1100、夹爪输入轴1104、第一夹爪锥齿轮1105、第二夹爪锥齿轮1106、夹爪丝杆1103、夹爪一1101、夹爪二1102、夹爪滑块一1121、夹爪滑块二1122、夹爪滑轨1123；

所述夹爪外壳1100为盒状结构，所述夹爪输入轴1104滑动安装于所述夹爪外壳y正向面上，y向端的端面上开有用于与夹爪输入软轴末端连接的夹爪输入盲孔，在图1和图2中由于视角关系不可见，具体结构可参照位于夹爪外壳1100z正向的工具输入盲孔。所述夹爪输入盲孔的截面形状可设置为除圆形以外的任意图形，考虑到市面上的常用接口形状和加工难度，具体实施中，可以将盲孔的截面形状设置为正六边形。

所述夹爪输入轴1104的y负向方向上，连接固定有第一夹爪锥齿轮1105，具体的，基于夹爪输入轴1104上的键和第一夹爪锥齿轮1105内壁的槽实现转动的传动。

在夹爪外壳1100内部，沿x向滑动设置有一夹爪丝杆1103，具体的，可以在夹爪外壳x正向和x负向面上设置用于夹爪丝杆安装的轴承，在本发明实施例中，从夹爪滑轨1123上延伸出轴承支撑架，用于安装轴承，夹爪丝杆1103两端分别连接在轴承上。夹爪丝杆1103在x正向位置外周，连接固定有第二夹爪锥齿轮1106；第二夹爪锥齿轮1106与第一夹爪锥齿轮1105啮合，相互间轴线呈90°。

需要说明的是，为了实现一根夹爪丝杆1103同时控制两个夹爪，且两个夹爪的运动方向是相反的，本发明实施例的夹爪丝杆1103螺纹以夹爪丝杆x向的中截面为分界截面，在该分界截面x负向一侧的丝杆螺纹和在该分界截面x正向一侧的丝杆螺纹旋向相反，即其中一侧的丝杆螺纹为左螺纹，另一侧的丝杆螺纹为右螺纹。

夹爪一1101和夹爪二1102分别设置在该分界截面的x向两侧，本发明实施例的夹爪一1101设置在该分界截面的x负向，夹爪二1102设置在该分界界面的x正向。夹爪一1101和夹爪二1102分别配合在相对应的夹爪丝杆的丝杆螺纹上，当夹爪丝杆转动时，夹爪一1101和夹爪二1102分别沿x向做相互靠近运动或相互背离的同步运动。

为了使夹爪一1101和夹爪二1102不会绕夹爪丝杆1103转动，在本发明实施例中，在夹爪外壳1100内腔底面上，沿x向安装有一根夹爪滑轨1123，夹爪滑轨1123上分别配合有夹爪滑块一1121和夹爪滑块二1122；夹爪滑块一1121和夹爪滑块二1122分别与夹爪一1101和夹爪二1102连接固定。

夹爪一1101和夹爪二1102结构虽然可以设置为不同形状，但为了避免零件设计及加工的复杂性，通常将其设计为结构相同，并且关于自身x向的中截面对称的，以减低加工成本。

本发明实施例的夹爪一和夹爪二的结构相同且关于自身x向的中截面对称，始端配合在夹爪丝杆1103上，末端从夹爪外壳1100底面伸出，用于夹持定位。为了避让中部设置的工具输入轴1108，本发明的夹爪一1101和夹爪二1102yz平面的截面形状为之字形，夹爪的始端轴线与末端轴线在y向上具有一定距离，从而避免了工具输入轴与夹爪丝杆的位置冲突；由于夹爪滑轨1123为固定部件，因此，可对夹爪滑轨1123进行切割以避让工具输入轴；在形成避让的同时，还可以对两侧的夹爪滑块进行限位。

需要说明的是，当夹爪采用之字形设计时，具体设计中，夹爪的末端与工具输入轴应在同一xz平面上，从而使夹持定位后，工具作业时不容易发生松动。

图3示出了本发明实施例的夹爪末端截面示意图。进一步的，为了对夹爪末端进行微调，可在夹爪一末端和夹爪二末端相对的一面上，分别设置有活动夹片1131，本发明实施例以夹爪二末端进行介绍。活动夹片1131与基于一可调螺丝1133固定在所述夹爪一或夹爪二上，为了保持平衡和提高其控制精度，还可以安装微调螺杆1132。可调螺丝1133和微调螺杆1131基于螺纹配合在夹爪21102末端，相互间轴线平行，x负向端滑动嵌入安转至活动夹片1131内。

通过控制可调螺丝1133和微调螺杆1132从夹爪二1133的x向伸出长度，即可控制活动夹片1131从夹爪二1102上的伸出距离，并影响最终夹爪一1101和夹爪二1102之间的距离。

以上介绍的为实现夹持定位功能的结构，当夹爪输入轴1104经第一夹爪锥齿轮1105和第二夹爪锥齿轮1106带动夹爪丝杆1103转动时，夹爪一1101和夹爪二1102向相对方向或相反方向运动；当夹爪一1101和夹爪二1102向相对方向运动时，由于夹爪一1101和夹爪二1102的运动是同步的，夹持同一个尺寸的工件时，其最终的夹持位置是固定的；如果在夹爪本体上设置其他用于工件加工的部件，可以有效进行定位。

本发明实施例以实现打螺丝功能为例子，对工具末端进行介绍。

图1示出了本发明实施例的工具末端三维结构示意图，图2示出了本发明实施例的工具末端正式示意图。本发明实施例的工具末端为打螺丝模块1140，该打螺丝模块1140包括工具输入轴1141、工具传动轴1143、电磁环一1142、电磁环二1144、工具输出轴1146和螺丝批头1147。

工具输入轴1141安装于夹爪外壳1100的顶面上，只具有自转自由度；工具输入轴1141下方安装有电磁环一1142；工具传动轴1143截面形状为除圆形外的任意图形，优选的，可以为正六边形；工具传动轴1143上端与工具输入轴1141连接固定，下端滑动配合在工具输出轴1146的传动槽1145中；传动槽1145截面形状与所述工具传动轴1143截面形状配合；在工具输出轴1146上方，连接固定有电磁环二1144；需要说明的是，工具输出轴1146从电磁环一1142和电磁环1144中穿过，电磁环1142和电磁环1144其中一者可以为永磁体；工具输出轴1146下端从夹爪外壳1100底部穿出，末端基于磁吸方式连接固定有螺丝批头1147。

工具输入轴1141基于工具软轴与工具驱动电机1110连接并受工具驱动电机1110驱动，具体连接方式在后文进行介绍。

本发明实施例的打螺丝模块，电磁环一1142和电磁环二1144内部设置有线圈，可通过通入电流的方向和大小改变其磁极的方向和强度；由于工具输出轴1146的传动槽1145与工具传动轴1143的配合，工具输出轴1146能沿工具传动轴1143轴线滑动和在工具传动轴1143的驱动下转动。当电磁环一1142和电磁环二1144通电，发生吸引动作时，工具输出轴1143向上运动，电磁环二1144吸附在电磁环一1142上；当电磁环一1142和电磁环二1144发生相斥动作时，工具输出轴1143具有一个向下的力。具体实施中，当工具输入轴1142转动时，基于工具传动轴1143驱动工具输出轴1146旋转，从而带动工具输出周1146下端的螺丝批头1147旋转；由于电磁环一1142和电磁环二1144相斥，工具输出轴1146可给予螺丝批头和螺丝一个向下的力，便于螺丝打入。该打螺丝模块利用电磁原理控制工具输出轴轴向的运动，提高了打螺丝作业时便利性，与夹爪的夹持运动相配合，具有良好的实用性。

以上为对夹爪本体的结构和运动进行介绍，进一步的，为了减轻夹爪本体的重量，本发明实施例将夹爪驱动电机1111和工具驱动电机1110设置在夹爪本体的外部。

在本发明实施例中，夹爪驱动电机1111和工具驱动电机1110由于不需要做到精准的距离控制，因此，可选用成本较低的普通电机即可，不需要配置成本较高的伺服电机。由于本发明实施例的夹爪实现夹持是通过工件的外形结构和尺寸进行限定的、打螺丝则是根据扭矩判断螺丝是否打紧的，因此，可以在夹爪驱动电机1111和工具驱动电机1110的输出端分别接上扭矩限制器，具体的，夹爪驱动电机1111的转轴末端设置的扭矩限制器命名为夹爪扭矩限制器1117；工具驱动电机1110的转轴末端设置的扭矩限制器命名为工具扭矩限制器1116。

扭矩限制器，也叫安全联轴器，扭力限制器、安全离合器，是联接主动机与工作机的一种部件，主要功能为过载保护，扭力限制器是当超载或机械故障而导致所需扭矩超过设定值时，它以打滑形式限制传动系统所传动的扭力，当过载情形消失后自行恢复联结。这样就防止了机械损坏，避免了昂贵的停机损失。本发明实施例以扭矩限制器实现判断夹持动作完成和判断打螺丝动作完成的功能。

夹爪驱动电机1111用于驱动夹爪输入轴1104，夹爪驱动电机1111和夹爪输入轴1104之间通过夹爪软轴1113进行传动。本发明的夹爪软轴1113包括软轴输入接口、软轴输出接口、软管、软轴芯；同理，本发明实施例的工具驱动电机1110基于工具软轴1112与工具输入轴1141连接，工具软轴1112和夹爪软轴1113结构相同，由于视图关系，下面以工具软轴1112为例进行介绍。

图3示出了本发明实施例的工具软轴1112的剖面结构示意图。软轴芯1135两端分别连接有软轴输入接口1136和软轴输出接口1137，本发明的软轴输入接口1136与扭矩限制器的输出端连接。软管1134套在软轴芯1135外，软轴芯1135和软管1134之间填充有润滑脂或润滑油。

本发明实施例的软管为钢丝编织胶管；钢丝编织胶管从内部至外部依次为耐液体的合成橡胶内胶层、中胶层、钢丝编织增强层及耐天候性能优良的合成橡胶外胶层。胶管选用特种合成橡胶配合制成，具有优良的耐油、耐热、耐老化性能，胶管承压力高，管体结合紧密，使用柔软，在压力下变形小，较为适合作为夹爪软轴的软管。

本发明实施例的软轴输出接口1137的截面形状应与工具输入轴的工具输入盲孔相适配，同时，为了防止工具软轴与工具输入轴脱离，软轴输出接口1137可基于磁吸固定方式固定在工具输入盲孔内。

该电动夹爪在运作时，可将夹爪驱动电机和工具驱动电机固定在某一位置上，然后通过手工操作或机械臂操作夹爪本体运动。夹爪本体在动作时，首先通过夹爪驱动电机驱动夹爪一和夹爪二相对运动，夹持工件；当夹爪一和家爪二夹持后，夹爪驱动电机上的夹爪扭矩限制器发生作用，无法继续进行夹紧，完成夹持定位，此时，夹爪本体整体与工件之间的相对位置固定。然后，工具驱动电机驱动螺丝批头转动，电磁环一和电磁环二通电后相斥，给予螺丝批头一个向下的作用力，将工件上的螺丝旋紧工件中；当螺丝被上紧时，工具扭矩限制器发生作用，批头停止运动。作业完成后，电磁环一和电磁环二相吸，带动工具输出轴复位；其余零部件复位，一次作业完成。

本发明实施例提供的电动夹爪，驱动元件外置于夹爪本体外，基于软轴进行动力输送，可大大降低夹爪本体的重量，便于手工作业和机械高速作业；夹爪本体在使用数量较少的零部件情况下，可实现夹持定位、打螺丝等功能，具有良好的实用性。

以上对本发明实施例所提供的一种电动夹爪进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电动夹爪，其特征在于，所述电动夹爪包括夹爪本体、夹爪软轴、夹爪驱动电机；

所述夹爪本体包括夹爪外壳、夹爪输入轴、第一夹爪锥齿轮、第二夹爪锥齿轮、夹爪丝杆、夹爪一、夹爪二、夹爪滑块一、夹爪滑块二、夹爪滑轨；

所述夹爪外壳为盒状结构，所述夹爪输入轴滑动安装于所述夹爪外壳y正向面上，y正向端伸出所述夹爪外壳且端面设置有用于与所述夹爪软轴连接的夹爪输入盲孔，y负向端与所述第一夹爪锥齿轮连接固定；

所述第二锥齿轮与所述第一夹爪锥齿轮垂直啮合并与所述夹爪丝杆连接固定；

所述夹爪丝杆两端滑动安装于所述夹爪外壳x正向面和x负向面上，以轴向中截面为分界面，所述分界面两侧开有旋向相反的丝杆螺纹；

所述夹爪一和夹爪二始端基于螺纹配合安装在所述夹爪丝杆的所述分界面两侧的丝杆螺纹上，末端伸出所述夹爪外壳底面；

所述夹爪滑块一、夹爪滑块二分别与所述夹爪一和夹爪二连接固定；所述夹爪滑轨安装于所述夹爪外壳内腔底部，所述夹爪滑块一、夹爪滑块二滑动配合在所述夹爪滑轨上；

所述夹爪驱动电机固定在所述夹爪外壳外部，输出端基于所述夹爪软轴与所述夹爪输入轴连接实现传动。

2.如权利要求1所述的电动夹爪，其特征在于，所述夹爪软轴包括软轴输入接口、软轴输出接口、软管、软轴芯；

所述软轴芯可转动的内套在于所述软管内部，输入端与所述软轴输入接口连接固定，输出端与所述软轴输出接口连接固定。

3.如权利要求2所述的电动夹爪，其特征在于，所述所述输出接口截面形状为正六边形；所述夹爪输入盲孔的截面形状与所述输出接口的截面形状相适配；所述输出接口基于磁吸方式固定于所述夹爪输入盲孔内。

4.如权利要求2所述的电动夹爪，其特征在于，所述软管为钢丝编织胶管。

5.如权利要求2所述的电动夹爪，其特征在于，所述夹爪输入轴输入端端面上开有正六边形的夹爪输入盲孔；所述输出接口截面形状为与所述输入孔配合的正六边形；所述输出接口基于磁吸吸附方式，固定在所述夹爪输入盲孔内。

6.如权利要求1所述的电动夹爪，其特征在于，所述电动夹爪还包括工具驱动电机、工具软轴和打螺丝模块；

所述打螺丝模块包括包括工具输入轴、工具传动轴、电磁环一、电磁环二、工具输出轴和螺丝批头；

所述工具输入轴安装于所述夹爪外壳的顶面上，只具有自转自由度，底端连接固定有电磁环一；

所述工具输出轴顶端连接固定有电磁环二，底端穿过所述夹爪外壳底部并连接固定有所述螺丝批头；

所述工具传动轴截面形状为除圆形外的任意图形，一端固定在所述工具输入轴上，另一端穿过所述电磁环一和电磁环二，轴向滑动配合在所述工具输出轴内；

所述工具输入轴、工具传动轴、工具输出轴和螺丝批头的轴线共线；

所述电磁环一和电磁环二通电后，所述工具输出轴沿轴向向所述工具输入轴运动或背离所述工具输入轴运动。

7.如权利要求6所述的电动夹爪，其特征在于，所述工具软轴包括软轴输入接口、软轴输出接口、软管、软轴芯；

所述软轴芯可转动的内套在于所述软管内部，输入端与所述软轴输入接口连接固定，输出端与所述软轴输出接口连接固定。

8.如权利要求7所述的电动夹爪，其特征在于，所述软管为钢丝编织胶管。

9.如权利要求1～8任意一项所述的电动夹爪，其特征在于，所述电动夹爪还包括夹爪扭矩限制器；所述夹爪驱动电机通过所述夹爪扭矩限制器与所述夹爪软轴的始端连接。

10.如权利要求5～8任意一项所述的电动夹爪，其特征在于，所述所述电动夹爪还包括工具扭矩限制器；所述工具驱动电机通过所述工具扭矩限制器与所述工具软轴的始端连接。