CN108789474B - 旋紧式机械手及上下料机器人 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了旋紧式机械手及上下料机器人，机械手包括至少三个呈多边形分布的夹爪，几个夹爪可各自绕一纵向延伸的轴同步正转或反转，正转时，几个夹爪围合成的末端开口扩大或缩小，反转时，几个夹爪围合成的末端开口的变化趋势与正转时相反；几个所述夹爪围合成的末端开口最大时大于待夹持件的外周，几个所述夹爪围合成的末端开口最小时小于待夹持件的外周。本方案夹爪与零件的外周面接触，不会对零件的上下表面造成损伤，同时也能够避免清洗后再次污染、损伤的问题，有利于保证零件的擦拭效果及质量，特殊的夹爪运动方式在应用于相同尺寸的零件时，使得夹爪相对于水平方向转轴转动的夹爪而言可以更短和更小，从而有利于更小空间的操作。

Description

旋紧式机械手及上下料机器人

技术领域

本发明涉及机械手领域，尤其是旋紧式机械手及上下料机器人。

背景技术

对于盘状或环状零件，在进行加工或检测或表面清洁或研磨或抛光时，需要使零件的上下表面朝上以便于进行相应的作业，现有的操作主要是通过人工将零件放置到一位置后通过擦拭机进行擦拭，人工上下料的效率低，劳动强度大。

也有一些采用机械手来进行零件上下料的结构，然而，常规的两爪机械手，往往通过夹持零件的上下表面或外圆周面以实现移动，夹持上下表面时，因为夹爪与零件的上下表面接触并施力，容易对零件表面造成损伤，造成残次品，降低了良品率，并且，在表面清洁或研磨或抛光后进行下料时，夹爪也容易造成零件表面的再次污染和损伤，影响清洁、研磨、抛光质量。

而采用圆周面夹持的方案，如专利号为201521127869.9的两爪夹钳，两爪夹持时必须要有足够的夹持力才能保证夹持的稳定性，否则零件在移动过程中可能出现翻转倾斜、掉落的情况，这就不利于稳定、准确的上料，而夹持力过大，又容易使零件，尤其是较薄的零件发生变形，影响产品质量。

也有采用多夹爪从盘状零件的外圆周面进行夹持的方案， 如申请号为201610280777.7的一种三爪夹具，其通过使三个夹爪分别沿一水平方向的轴转动从而实现夹爪的扩张和收缩，其问题在于，每个夹爪需要较大的长度或较大的转动角度，才能保证最终收缩状态下，能够将零件包围，不利于设备的小型化。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种旋紧式机械手及上下料机器人。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

旋紧式机械手，包括至少三个呈多边形分布的夹爪，几个夹爪可各自绕一纵向延伸的轴同步正转或反转，

正转时，几个夹爪围合成的末端开口扩大或缩小，

反转时，几个夹爪围合成的末端开口的变化趋势与正转时相反；

几个所述夹爪围合成的末端开口最大时大于待夹持件的外周，几个所述夹爪围合成的末端开口最小时小于待夹持件的外周。

优选的，所述的旋紧式机械手中，所述夹爪为上小下大的圆台状或其内表面为内凹的曲面。

优选的，所述的旋紧式机械手中，所述夹爪为三个且呈等边三角形分布，由同一驱动装置驱动。

优选的，所述的旋紧式机械手中，所述驱动装置包括气缸，所述气缸的尾端枢轴连接在一基座上，其活塞杆枢轴连接转接件的一端，所述转接件的另一端连接一与其垂直的转轴，所述转轴可绕其中心轴自转且其下端连接一发散式传动件，所述发散式传动件的每个分支连接一“7”字形连接件的一端，所述连接件的另一端设置一夹爪，且所述连接件可转动地设置在所述支撑件上。

优选的，所述的旋紧式机械手中，所述发散式传动件的每个分支上形成有一腰型孔，每个所述连接件上设置有一可嵌入到所述腰型孔中的立柱，所述立柱上可转动套装有与所述腰型孔的内壁贴合的辊筒。

上下料机器人，包括上述任一的旋紧式机械手，还包括驱动所述旋紧式机械手移动的移动装置。

优选的，所述的上下料机器人中，所述移动装置包括驱动所述旋紧式机械手升降和旋转的顶升旋转机构，所述顶升旋转机构采用杠杆原理驱动所述旋紧式机械手升降。

优选的，所述的上下料机器人中，所述顶升旋转机构包括支架，所述支架上枢轴连接一传动件，所述传动件的一端枢轴连接驱动其绕与支架的连接的轴转动的伸缩气缸，其另一端连接一固定盘，所述固定盘与所述传动件活动连接并且连接驱动其绕其中心轴自转的动力装置，所述固定盘上设置一共轴贯穿其的支撑轴，所述支撑轴可转动插接在一位置固定的套筒中。

优选的，所述的上下料机器人中，所述动力装置以双向气缸或两个活塞杆背向组装的驱动气缸作为动力源，其驱动一套设在所述套筒外的轴承，所述轴承上设置有导向杆，所述导向杆与所述固定盘活动连接。

优选的，所述的上下料机器人中，所述旋紧式机械手为两个，它们设置于一安装架的两个垂直且等长的安装板上，所述安装架连接所述移动装置，所述移动装置可驱动所述安装架顺时针转动45°和逆时针转动45°。

本发明技术方案的优点主要体现在：

本方案设计精巧，结构简单，通过使多个夹爪同步转动使它们形成的多边形的面积减小，从而能够有效的将位于夹爪之间的盘类零件进行夹持以便进行搬运，夹爪与零件的外周面接触，不会对零件的上下表面造成损伤，同时也能够避免清洗后再次污染、损伤的问题，有利于保证零件的擦拭效果及质量，特殊的夹爪运动方式在应用于相同尺寸的零件时，使得夹爪相对于水平方向转轴转动的夹爪而言可以更短和更小，从而有利于更小空间的操作。

特殊的夹爪设计，使得在进行夹持作业时，盘状零件能够相对所述夹爪与其接触的位置进行一定程度的移动，从而对夹持力起到一定的缓冲作用，避免了过大的夹持力易造成零件变形的问题；同时，其形状设计一有效的保证了夹持的可靠性，避免零件从夹爪上松脱的问题，增加的限位台，进一步降低了零件从夹爪上松脱的风险。

几个夹爪通过一个驱动装置驱动，整体结构精简，并且采用气缸驱动夹爪的收缩和扩张，控制简单，效率高，并且可以通过调整不同行程的气缸来调整夹爪收缩和扩张的大小，从而可以适应不同尺寸的零件的夹持要求，适用范围大大的拓宽。

巧妙的顶升旋转机构有效的实现了夹爪的上下移动和旋转，从而为不同工位之间的零件上下料提供了便利，并且杠杆原理的顶升结构，能够大大减小气缸行程对空间的要求，便于整体结构的紧凑化。

辊筒与腰型孔的连接结构及固定盘与传动件的转盘连接结构能够充分利用滚动以减少各部件之间的磨损，有利于延长使用寿命。

双气缸的旋转结构，能够快速、准确的实现机械手在三个工位之间的切换，效率高，且易于控制，并且将两个机械手结合，同时使两个机械手的位置相匹配，从而能够通过一次转动实现上料和下料两个动作，有利于改善上下料的整体效率。

附图说明

图 1 是本发明的旋转式机械手的立体图；

图 2 是本发明的旋转式机械手的仰视图；

图 3是本发明的上下料机器人的第一视角立体图，图中隐去了右侧的旋转式机械手;

图4是本发明的上下料机器人的第二视角的立体图，图中隐去了安装架及旋转机械手的结构；

图5是本发明的上下料机器人的俯视图，图中隐去基板及一侧的旋转式机械手。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。

下面结合附图对本发明揭示的旋紧式机械手6进行阐述，其用于各种盘状、片状或板状或环状零件的夹取，尤其是适用于圆盘零件或圆环零件，如附图1、附图2所示，其包括至少三个呈多边形分布的夹爪1，几个夹爪1可各自绕一纵向延伸的轴同步正转或反转，此处，纵向延伸的轴是指与几个夹爪1围合成的形状的中心轴平行的轴，水平方向延伸的轴是指与几个夹爪1围合成的形状的中心轴垂直的轴；

正转时，几个夹爪1围合成的末端开口扩大或缩小，

反转时，几个夹爪1围合成的末端开口的变化趋势与正转时相反；

几个所述夹爪1围合成的末端开口最大时大于待夹持件的外周，几个所述夹爪1围合成的末端开口最小时小于待夹持件的外周。

具体来看，如附图1所示，所述夹爪1包括上小下大的圆台状主体11或内表面为内凹的曲面的主体，优选其为圆台状主体11，并且，其底部还设置有一限位台12，所述限位台12的底面半径大于所述圆台状主体11的底面半径，从而在夹持时，能够有效的防止盘装零件从几个夹爪1中脱落，所述圆台状主体11上方设置有一用于连接其他部件的连接轴13。

如附图1所示，所述夹爪1优选为三个且呈等边三角形分布，它们由同一驱动装置2驱动转动，当然在其他实施例中，每个夹爪1也可以由各自的驱动装置驱动。

优选的，如附图1所示，所述驱动装置2包括气缸21，所述气缸21的尾端枢轴连接在一基座22上，其活塞杆211通过连接杆枢轴连接一转接件23的一端，所述转接件23的另一端具由延伸方向与其上下表面垂直的连接孔231，所述连接孔231的开口面积可调，调整主要是通过如下结构实现：在靠近所述连接孔231的位置开设有一从其外端面232延伸到所述连接孔231处的缺口233，所述缺口233两侧的区域上形成有共轴的通孔234，通过螺栓（图中未示出）贯穿两个所述通孔234并通过螺母（图中未示出）连接，调整螺母在螺栓上的位置，从而可以调整缺口233的大小，从而实现连接孔231大小的调节。

如附图1所示，所述连接孔231中插接一与其垂直并由其驱动绕中心轴自转的转轴24且通过上述的螺栓和螺母将所述转轴24的上端固定在所述连接孔231中，所述转轴24可转动地连接一位置固定的支撑件25，例如其通过各种轴承连接所述支撑件25，并且所述转轴24贯穿所述支撑件25，所述转轴24位于所述支撑件25的下端螺栓连接一发散式传动件26的中心位置，如附图2所示，所述发散式传动件26包括三个由中心向外部延伸相同长度的分支261，相邻分支261的夹角为120°，所述发散式传动件26的每个分支261连接一“7”字形连接件27的一端，所述连接件27的另一端连接一夹爪1的连接轴13，且所述连接件27的弯折位置可转动地设置在所述支撑件25上的轴251上，所述轴251与支撑件25的底面垂直且通过轴承（图中未示出）连接所述连接件27弯折位置的通孔。

详细来说，如附图2所示，每个所述分支261上靠近其自由端的位置形成有一腰型孔262，所述腰型孔262的延伸方向与其所在的分支261的延伸方向相同，每个所述连接件27的短分支273的外端上设置有一可嵌入到所述腰型孔262中的立柱271，所述立柱271上可转动套装有与所述腰型孔262的内壁贴合的辊筒272，所述连接件27的长分支274的外端位置设置有所述夹爪1，所述夹爪1的中轴线与所述转轴24平行。

并且，以三个所述连接件27的短分支273的外端为顶点形成的等边三角形的面积始终小于以三个所述连接件27的长分支274的外端为顶点形成的等边三角形的面积。

常态下，所述气缸21的活塞杆211处于收缩状态，三个夹爪1处于收缩状态；当需要打开时，所述活塞杆211伸出，从而通过所述转接件23推动转轴24逆时针转动，所述转轴24转动带动所述发散式传动件26逆时针转动，进而使三个连接件27同步逆时针转动，从而三个夹爪同步向外扩张实现打开；当需要夹持时，所述活塞杆211缩回，各部件反向运动，夹爪实现收缩。

本发明进一步揭示了一种上下料机器人，如附图3所示，包括上述的旋紧式机械手6，所述旋紧式机械手6通过安装架4连接移动装置3，通过移动装置3驱动所述旋紧式机械手6移动到相应的位置进行盘状或环状零件的抓取并移动；所述移动装置3可以是各种可行的结构，如六轴机器人或者多个电缸组合成的可至少进行XYZ三轴移动的结构等，此处为已知技术，不再赘述。

优选的实施例中，所述移动装置3包括驱动所述旋紧式机械手6升降和旋转的顶升旋转机构，所述顶升旋转机构采用杠杆原理驱动所述旋紧式机械手升降。

详细来看，如附图3所示，所述顶升旋转机构包括支架31，所述支架31包括两个间隙设置的立板，它们螺栓连接在一基板5的底部，所述支架31的下端枢轴连接一传动件32，所述传动件32整体为Y形，所述传动件32的一端枢轴连接伸缩气缸33的活塞杆331，并由所述伸缩气缸33驱动绕其与支架31连接的轴311转动，所述传动件32的V形端活动连接一固定盘34。

如附图4所示，所述V形端的两个分叉的前端分别设置有固定轴321，所述固定轴321上可转动地设置有转盘或轮或轴承322，两个所述转盘或轮或轴承322相对设置且可转动地嵌入在所述固定盘34外周面处的凹槽341中，具体的，所述转盘或轮或轴承322的圆周面与所述凹槽341的上下内面贴合，因此所述传动件32可相对所述固定盘34上下转动，所述固定盘34可以相对所述转盘322绕其中心轴自转。

所述固定盘34上设置有一共轴贯穿其的支撑轴35，所述支撑轴35穿过所述基板5且可转动地插接在一固定在基板5上的套筒36中并由所述套筒36进行导向，所述支撑轴35位于所述基板5上的一端连接有用于连接安装架的安装帽，所述安装帽延伸到所述套筒36的上端，且与套筒36保持间隙，所述固定盘34连接驱动其绕其中心轴自转的动力装置37。

如附图4所示，所述动力装置37通过双向气缸或两个活塞杆背向组装的驱动气缸371驱动，优选由两个活塞杆背向组装的驱动气缸371驱动，其中一个驱动气缸371的活塞杆枢轴连接一固定在所述基板5底部的固定座372，另一个驱动气缸371的活塞杆枢轴连接的一端，所述传动杆373的另一端与所述套筒36上的轴承374的外圈连接，所述轴承374的外圈上设置有至少一与支撑轴35平行且贯穿所述固定盘34的导向杆375，所述导向杆375为两个，它们均分所述轴承374的外周，并且它们可相对所述固定盘34上下移动。

工作时，当需要进行零件抓取时，所述伸缩气缸33的活塞杆331伸出，驱动所述传动件32绕与支架31连接的轴311逆时针转动，所述传动件32的V形端上移从而使所述固定盘34抬升到高位，所述固定盘34抬升后驱动与其连接的支撑轴35相对所述套筒36进行上移，从而其上的机械手移动到高位，此时，两个所述驱动气缸371中的一个动作（活塞杆伸缩或伸出），驱动气缸371的动作通过传动杆373驱动所述套筒36上的轴承374的外圈转动，从而通过两个导向杆375带动所述固定盘34转动，进而使所述支撑轴35转动，并使其上的旋紧式机械手转动移动到盘状或环状工件上方，然后伸缩气缸的活塞杆反向移动使所述旋紧式机械手下移使工件位于三个夹爪1围合的空间中，接着按照旋紧式机械手的工作工程使夹爪收缩实现夹持即可进行搬运。

进一步，如附图5所示，所述上下料机器人包括两个所述旋紧式机械手6，它们设置于一安装架4的两个垂直且等长的安装板上，具体的，所述旋紧式机械手的基座22固定在所述安装板的上表面，所述支撑件25固定在所述安装板的底部且延伸到所述安装板的外部，所述安装架4的转角部设置在所述支撑轴35的顶部，两个所述气缸可驱动所述安装架4顺时针转动45°和逆时针转动45°，因此在一个位置时，两个旋紧式机械手能够实现两个工位上零件的夹持，从而能够在一次转动过程中同时实现上下料操作，有利于提高上下料的效率。

并且，在整个设备的运行过程中，各气缸的伸出、缩回及其他电气设备的启停等可以通过各种传感器的信号结合软件编程来控制，优选的通过各种传感器（图中隐去了部分传感器）结合PLC控制系统（图中未示出）来控制，例如，如附图4所示，在进行伸缩气缸33的控制时，通过所述支撑轴35末端的触发块38及间隙设置于其下方的接近传感器39来控制，在进行两个驱动气缸的状态控制时，通过两个接近传感器376及触发块377来进行控制，所述触发块377固定在所述传动杆373上，两个接近传感器376等间隙的设置在所述触发块377的两侧。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.上下料机器人，其特征在于：包括旋紧式机械手，所述旋紧式机械手，包括至少三个能够与待夹持件外周面接触并配合实现其夹持的夹爪（1），几个夹爪（1）由同一驱动装置驱动各自绕一纵向延伸的轴同步正转或反转，

正转时，几个夹爪（1）围合成的末端开口扩大或缩小，

反转时，几个夹爪（1）围合成的末端开口的变化趋势与正转时相反；

几个所述夹爪（1）围合成的末端开口最大时大于待夹持件的外周，几个所述夹爪（1）围合成的末端开口最小时小于待夹持件的外周；

还包括驱动所述旋紧式机械手移动的移动装置（3）；所述旋紧式机械手通过安装架连接移动装置（3）；

所述移动装置（3）包括驱动所述旋紧式机械手升降和旋转的顶升旋转机构，所述顶升旋转机构采用杠杆原理驱动所述旋紧式机械手升降；

所述顶升旋转机构包括支架（31），所述支架（31）上枢轴连接一传动件（32），所述传动件（32）的一端枢轴连接驱动其绕与支架（31）的连接的轴转动的伸缩气缸（33），其另一端连接一固定盘（34），所述固定盘（34）与所述传动件（32）活动连接并且连接驱动其绕其中心轴自转的动力装置（37），所述固定盘（34）上设置一共轴贯穿其的支撑轴（35），所述支撑轴（35）可转动插接在一位置固定的套筒（36）中；

所述传动件（32）整体为Y形，所述传动件（32）的V形端活动连接一固定盘（34），所述V形端的两个分叉的前端分别设置有固定轴（321），所述固定轴（321）上可转动地设置有转盘或轮或轴承，两个所述转盘或轮或轴承相对设置且可转动地嵌入在所述固定盘（34）外周面处的凹槽（341）中，所述支撑轴（35）的一端连接安装架。

2.根据权利要求1所述的上下料机器人，其特征在于：所述夹爪（1）为三个且呈等边三角形分布。

3.根据权利要求1所述的上下料机器人，其特征在于：所述夹爪（1）为上小下大的圆台状或其内表面为内凹的曲面。

4.根据权利要求1所述的上下料机器人，其特征在于：所述驱动装置（2）包括气缸（21），所述气缸（21）的尾端枢轴连接在一基座（22）上，其活塞杆（211）枢轴连接转接件（23）的一端，所述转接件（23）的另一端连接一与其垂直转轴（24），所述转轴（24）通过轴承可绕其中心轴自转地设置在支撑件上且其下端连接一发散式传动件（26），所述发散式传动件（26）的每个分支（261）连接一“7”字形连接件（27）的一端，所述连接件（27）的另一端设置一夹爪（1），且所述连接件（27）可转动地设置在所述支撑件（25）上。

5.根据权利要求4所述的上下料机器人，其特征在于：所述发散式传动件（26）的每个分支（261）上形成有一腰型孔（262），每个所述连接件（27）上设置有一可嵌入到所述腰型孔（262）中的立柱（271），所述立柱（271）上可转动套装有与所述腰型孔（262）的内壁贴合的辊筒（272）。

6.根据权利要求1所述的上下料机器人，其特征在于：所述动力装置（37）以双向气缸或两个活塞杆背向组装的驱动气缸（371）作为动力源，其驱动一套设在所述套筒（36）外的轴承，所述套筒外的轴承上设置有导向杆，所述导向杆与所述固定盘（34）活动连接。

7.根据权利要求1-6任一任一所述的上下料机器人，其特征在于：所述旋紧式机械手为两个，它们设置于一安装架（4）的两个垂直且等长的安装板（41）上，所述移动装置（3）可驱动所述安装架（4）顺时针转动45°和逆时针转动45°。