CN108858153A - 夹取高温旋转工件的机械手装置、组装方法及夹取方法 - Google Patents

Abstract

夹取高温旋转工件的机械手装置、组装方法及夹取方法，包括上端与机器人旋转端部连接的机械手连接架、两个对称水平设置在机械手连接架下端且连接端面竖直设置的连接架法兰、根部与对应连接架法兰连接的第一机械手总成和与第一机械手总成结构相同的第二机械手总成；第一机械手总成包括根部与对应连接架法兰连接的固定保持架、与固定保持架连接的驱动总成、分别与固定保持架和驱动总成连接的旋转总成、以及分别与驱动总成和旋转总成连接的夹取总成。该装置可有效实现对高温旋转工件的夹取搬运。

Description

夹取高温旋转工件的机械手装置、组装方法及夹取方法

技术领域

本发明涉及离心铸造工艺中夹取高温旋转工件的技术领域，具体地说是夹取高温旋转工件的机械手装置、组装方法及夹取方法。

背景技术

随着工业机器人技术在传统行业的不断发展，机器人代替人力劳动的上下料技术得到广泛应用。在离心铸造工艺中，现有的上下料设备存在夹取高温旋转工件困难的问题。因此急需一种能够夹取高温旋转工件的机械手装置。

发明内容

本发明的目的在于提供夹取高温旋转工件的机械手装置、组装方法及夹取方法，用于实现对高温旋转工件的夹取搬运。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：夹取高温旋转工件的机械手装置、组装方法及夹取方法，其特征是，它包括夹取总成、旋转总成、驱动总成和固定保持总成以及机械手连接架，所述机械手连接架与六轴机器人末端轴连接；所述固定保持总成与机械手连接架连接固定，包括支撑轴I、支撑轴II、支撑三角板、前端大轴承保持架，所述支撑轴I两端分别通过螺纹连接固定到所述机械手连接架和所述支撑三角板上，所述支撑轴II两端分别通过螺纹连接固定到所述支撑三角板和所述前端大轴承保持架上；

所述驱动总成设置在固定保持总成后端，包括油缸、油缸连接件、驱动三角板、导向轴、直线轴承、支撑柱以及后端小轴承保持架，所述油缸通过螺纹连接安装在所述固定保持总成的支撑三角板上，所述油缸前端通过所述油缸连接件连接到所述驱动三角板上，所述导向轴后端通过螺纹连接固定在所述固定保持总成的支撑三角板上，前端通过所述直线轴承安装在所述驱动三角板上，起到导向的作用。所述后端小轴承保持架通过所述支撑柱以及螺纹连接的形式安装在所述驱动三角板上；

所述旋转总成设置在所述驱动总成的前端，包括前端大轴承、前端大轴承内侧支撑架、中心轴、后端小轴承、后端小轴承定位环、后端小轴承支撑架，所述后端小轴承安装在所述驱动总成的后端小轴承保持架上，所述中心轴通过所述后端小轴承定位环和所述后端小轴承支撑架安装在所述后端小轴承上，所述前端大轴承安装在所述固定保持总成的前端大轴承保持架上，所述前端大轴承内侧支撑架安装在所述前端大轴承上；

所述夹取总成设置在所述旋转总成的前端，包括铰接支撑板、铰接板I、铰接板II、夹爪手指支撑板、夹爪手指、无油衬套、悬臂销，所述铰接连接板通过螺纹连接安装在所述旋转总成的前端大轴承内侧支撑架上，所述铰接板I通过所述旋转总成的中心轴及所述无油衬套及悬臂销安装在所述铰接支撑板上，所述铰接板II同样通过所述无油衬套及悬臂销安装在所述铰接板I上，所述铰接板II前端通过所述夹爪手指支撑板、无油衬套及悬臂销安装在所述铰接支撑板上，所述夹爪手指通过螺纹连接安装在所述铰接板II上。

进一步地，所述支撑轴I采用具有一定柔性的弹簧钢材料，从而避免在夹取过程中旋转工件与夹爪不同心造成的机械损伤。

进一步地，所述支撑轴I、支撑轴II成三角排列形式。

进一步地，所述前端大轴承和所述后端小轴承采用背靠背的双列角接触球轴承。

本发明的有益效果是：本发明提供的夹取高温旋转工件的机械手装置、组装方法及夹取方法，能够实现对离心铸造工艺中，高温旋转的工件进行夹取搬运，解决了在实际生产中无法夹取高温旋转工件的问题。本发明可有效的提高了生产效率，解放了人力在铸造恶劣环境中的劳动。

附图说明

图1为本发明的三维图之一；

图2为本发明的三维图之二；

图3为本发明的剖视图；

图4为本发明机械手连接架三维图；

图5为本发明固定保持总成三维图；

图6为本发明驱动总成三维图；

图7为本发明旋转总成三维图；

图8为本发明夹取总成三维图。

图中：1、机械手连接架；连接架法兰、2、固定保持总成；21、支撑轴I；22、支撑轴II；23、支撑三角板；24、前端大轴承保持架；3、驱动总成；31、油缸；32、油缸连接件；33、驱动三角板；34、导向轴；35、直线轴承；36、支撑柱；37、后端小轴承保持架；4、旋转总成；41、前端大轴承；42、前端大轴承内侧支撑架；43、中心轴；44、后端小轴承；45、后端小轴承定位环；46、后端小轴承支撑架；5、夹取总成；51、铰接支撑板；52、铰接板I；53、铰接板II；54、夹爪手指支撑板；55、夹爪手指；56、无油衬套；57、悬臂销；6、第二机械手总成；58、外侧横架；59、复位弹簧；80、旋转电机；81、旋转径向摆臂；82、偏心伸缩臂；83、摆动角度限定径向臂。

具体实施方式

如图1至图8所示，本发明包括上端与机器人旋转端部连接的机械手连接架1、两个对称水平设置在机械手连接架1下端且连接端面竖直设置的连接架法兰、根部与对应连接架法兰连接的第一机械手总成和与第一机械手总成结构相同的第二机械手总成6；

第一机械手总成包括根部与对应连接架法兰连接的固定保持架2、与固定保持架2连接的驱动总成3、分别与固定保持架2和驱动总成3连接的旋转总成4、以及分别与驱动总成3和旋转总成4连接的夹取总成5。

固定保持架2包括至少三个水平设置且根部分别与连接架法兰的连接孔连接的支撑轴I21、竖直设置且其法兰孔分别与支撑轴I21端部连接的支撑三角板23、至少三个水平设置且根部分别与支撑三角板23连接的支撑轴II22、以及竖直设置且后端分别与支撑轴II22端部连接的前端大轴承保持架24；

支撑轴I21为弹簧钢且调质处理。

驱动总成3包括安装在固定保持架2的支撑三角板23背面中心处的油缸31、设置在油缸31活塞杆端部的油缸连接件32、水平分布在安装在固定保持架2的支撑三角板23前端面上的导向轴34、在导向轴34上水平滑动且背面中心与油缸连接件32连接的驱动三角板33、设置在驱动三角板33与导向轴34之间的直线轴承35、分布在驱动三角板33左端面上的支撑柱36、以及设置在支撑柱36左端且与油缸31活塞杆同心的后端小轴承保持架37；

第一机械手总成的油缸31与第二机械手总成6的驱动总成的油缸串联在一条液压管路上，第一机械手总成的油缸31的无杆腔与第二机械手总成6的驱动总成的油缸的有杆腔串联。

旋转总成4包括与驱动总成3的后端小轴承保持架37同轴的中心轴43、套装在中心轴43根部的后端小轴承支撑架46、设置在后端小轴承保持架37与后端小轴承支撑架46之间的后端小轴承44、设置在中心轴43上且位于后端小轴承44左端的后端小轴承定位环45、套装在中心轴43中部的前端大轴承内侧支撑架42、以及设置在前端大轴承内侧支撑架42与固定保持架2的前端大轴承保持架24之间的前端大轴承41；

在中心轴43左端端铣削有扁，在扁部径向加工有连接通孔。

夹取总成5包括两个右端根部分别固定在旋转总成4的后端小轴承支撑架46上的铰接支撑板51、；两个分别位于旋转总成4的中心轴43扁与对应铰接支撑板51之间且根部与中心轴43的左端连接通孔通过导向销连接的铰接板I52、根部与铰接板I52端部铰接且中部通过悬臂销57与铰接支撑板51左端孔铰接且呈X型的铰接板II53、设置在悬臂销57与铰接支撑板51左端孔之间的无油衬套56、设置在铰接支撑板51与铰接板II53之间的隔热的夹爪手指支撑板54、设置在每个铰接板II53左端部且用于夹持工件的夹爪手指55、设置在夹爪手指55外侧壁上的外侧横架58、设置在该两个铰接板II53之间的复位弹簧59；

在铰接支撑板51上设置有与导向销对应的导向长槽。

在机械手连接架的连接架法兰右侧内部同轴设置有旋转电机80，在连接架法兰右部外侧壁上同轴设置有旋转内齿圈，在旋转电机80的输出齿轮与旋转内齿圈之间设置有通过固定齿轮架安装的中间过渡齿轮，在旋转内齿圈外侧壁上径向设置有旋转径向摆臂81，在旋转径向摆臂81外端连接有水平设置的偏心伸缩臂82的根部，在旋转总成4的前端大轴承内侧支撑架42上径向设置有摆动角度限定径向臂83；偏心伸缩臂82伸长后带动摆动角度限定径向臂83摆动。

机械手装置的安装方法，其包括上端与机器人旋转端部连接的机械手连接架1、两个对称水平设置在机械手连接架1下端且连接端面竖直设置的连接架法兰、根部与对应连接架法兰连接的第一机械手总成和与第一机械手总成结构相同的第二机械手总成6；该安装方法包括以下步骤；

步骤一，组装夹取总成5；首先，将外侧横架58焊接在夹爪手指55外侧；然后，将夹爪手指55右端与铰接板II53的左端固定连接，在铰接板II53与铰接支撑板51之间放置夹爪手指支撑板54，并通过悬臂销57将该两个铰接板II53、铰接支撑板51、夹爪手指支撑板54插装连接，在悬臂销57与对应的铰接支撑板51左端孔之间装入无油衬套56；其次，将铰接支撑板51与铰接板II53铰接，在铰接板II53之间连接复位弹簧59；再次，将

步骤二，组装旋转总成4；首先，在中心轴43的右端装入后端小轴承支撑架46、后端小轴承44、以及后端小轴承定位环45；然后，在后端小轴承44上装入后端小轴承保持架37；其次，在中心轴43中部装入前端大轴承内侧支撑架42，在前端大轴承内侧支撑架42上装入前端大轴承41；再次，在前端大轴承41上装入前端大轴承保持架24；

步骤三，连接旋转总成4与夹取总成5；首先，将铰接支撑板51与后端小轴承支撑架46连接；然后，将铰接板I52放置于铰接支撑板51与中心轴43之间；最后，在导向长槽中插装导向销连接铰接板I52、铰接支撑板51以及中心轴43；

步骤四，组装驱动总成3；首先，在支撑三角板23安装油缸31与导向轴34；然后，在油缸31活塞杆端部安装油缸连接件32，在导向轴34安装在驱动三角板33，并与油缸连接件32左端；其次，将后端小轴承保持架37通过支撑柱36与驱动三角板33连接；

步骤五，首先，组装固定保持架2；然后，将驱动总成3与固定保持架2连接；其次，将固定保持架2连接在机械手连接架的连接架法兰上；再次，将第一机械手总成的油缸31与第二机械手总成6的驱动总成的油缸串联在一条液压管路上，并将第一机械手总成的油缸31的无杆腔与第二机械手总成6的驱动总成的油缸的有杆腔串联。

高温工件的夹取方法，借助于机械手装置，其包括上端与机器人旋转端部连接的机械手连接架1、两个对称水平设置在机械手连接架1下端且连接端面竖直设置的连接架法兰、根部与对应连接架法兰连接的第一机械手总成和与第一机械手总成结构相同的第二机械手总成6；该夹取方法包括以下步骤；

首先，第一机械手总成的驱动总成驱动夹取总成张开外侧横架撑起工件内侧壁/夹爪手指闭合夹取工件外侧壁；然后，在自重的作用下，工件绕旋转总成旋转角度；其次，通过旋转电机通过摆动角度限定径向臂带动工件摆动；再次，机械手连接架带动工作旋转，同时，第二机械手总成与调换位置；最后，在第一机械手总成放料的同时，第二机械手总成取料。

复位弹簧消除液压缸的爬行，保证加持力的持久性。旋转径向摆臂实现驱动摆动到指定角度，方便放料，通过偏心伸缩臂避免挡碍。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1至图5所示，机械手连接架1通过螺纹连接安装在六轴机器人末端轴上，固定保持总成2与机械手连接架1连接固定，支撑轴I 21两端分别通过螺纹连接固定到机械手连接架1和支撑三角板23上，支撑轴I作为末端连接部件，采用具有一定柔性的弹簧钢材料，使整体装置具有一定的柔性，避免在夹取过程中旋转工件与夹爪不同心造成的机械损伤，不影响机械手的工作精度，避免了气缸变形。支撑轴II 22两端分别通过螺纹连接固定到支撑三角板23和前端大轴承保持架24上，支撑轴II的作用是固定前端大轴承保持架。支撑轴I和支撑轴II采取3根圆周均布的形式，此种形式既能起到稳定固定的作用，同时能够很大程度上实现通风的需要，避免夹爪积热传导到后端对机器人及油缸的损坏。固定保持总成的作用是起到支撑固定整体装置的作用；当第一机械手总成在夹取工件的时候，同时位于其反方向第二机械手总成6在松开对应的工件，从而提高工作效率，简化管路设计。

如图1至图3所示，驱动总成3设置在固定保持总成2后端，如图6所示，油缸31通过螺纹连接安装在固定保持总成2的支撑三角板23上，油缸31前端通过油缸连接件32连接到驱动三角板33上，导向轴34后端通过螺纹连接固定在固定保持总成2的支撑三角板23上，前端通过直线轴承35安装在驱动三角板33上，起到导向的作用。需要进行夹取工件时，油缸31伸出，通过油缸连接件32在导向轴34的导向作用下，推动驱动三角板33前移。后端小轴承保持架37通过支撑柱36以及螺纹连接的形式安装在驱动三角板33上，由于支撑柱36的支撑作用，后端小轴承保持架37前移，驱动总成3的作用是为整体装置提供驱动；

如图1至图3所示，旋转总成4设置在驱动总成3的前端，如图7所示，后端小轴承44安装在驱动总成3的后端小轴承保持架46上，中心轴43通过后端小轴承定位环45和后端小轴承支撑架46安装在后端小轴承44上，在后端小轴承保持架37前移的作用下，后端小轴承44推动中心轴43前移，前端大轴承41安装在固定保持总成2的前端大轴承保持架24上，前端大轴承内侧支撑架42根部安装在前端大轴承41内孔中，当夹紧工件后，在前端大轴承42和后端小轴承44的作用下，在工件重力的作用下，能够跟随旋转工件同步旋转，同时起到夹紧的作用；

如图1至图3所示，夹取总成5设置在旋转总成4的前端，如图8所示，铰接连接板51通过螺纹连接安装在旋转总成4的前端大轴承内侧支撑架42上，铰接板I 52通过旋转总成4的中心轴43及无油衬套56及悬臂销57安装在铰接支撑板51上，所述铰接板II 53同样通过无油衬套56及悬臂销57安装在铰接板I 53上，铰接板II 53前端通过夹爪手指支撑板54、无油衬套56及悬臂销57安装在铰接支撑板51上，夹爪手指55通过螺纹连接安装在所述铰接板II53上，夹爪手指采用耐高温的不锈钢材料，夹爪手指与铰接板II之间可添加隔热层，减少前端热量传导到后端。中心轴43前移后，驱动夹取总成5的铰接机构，使得铰接机构运动，实现对工件的夹紧。即此时机构能够夹紧工件、并能够跟随工件进行旋转，从而起到夹取搬运高温旋转工件的目的。

Claims (8)

1.一种夹取高温旋转工件的机械手装置，包括上端与机器人旋转端部连接的机械手连接架、两个对称水平设置在机械手连接架下端且连接端面竖直设置的连接架法兰、根部与对应连接架法兰连接的第一机械手总成和与第一机械手总成结构相同的第二机械手总成；

第一机械手总成包括根部与对应连接架法兰连接的固定保持架、与固定保持架连接的驱动总成、分别与固定保持架和驱动总成连接的旋转总成、以及分别与驱动总成和旋转总成连接的夹取总成。

2.根据权利要求1所述的夹取高温旋转工件的机械手装置，其特征在于,固定保持架包括至少三个水平设置且根部分别与连接架法兰的连接孔连接的支撑轴I、竖直设置且其法兰孔分别与支撑轴I端部连接的支撑三角板、至少三个水平设置且根部分别与支撑三角板连接的支撑轴II、以及竖直设置且后端分别与支撑轴II端部连接的前端大轴承保持架；

支撑轴I为弹簧钢且调质处理。

3.根据权利要求1所述的夹取高温旋转工件的机械手装置、组装方法及夹取方法，其特征在于,驱动总成包括安装在固定保持架的支撑三角板背面中心处的油缸、设置在油缸活塞杆端部的油缸连接件、水平分布在安装在固定保持架的支撑三角板前端面上的导向轴、在导向轴上水平滑动且背面中心与油缸连接件连接的驱动三角板、设置在驱动三角板与导向轴之间的直线轴承、分布在驱动三角板左端面上的支撑柱、以及设置在支撑柱左端且与油缸活塞杆同心的后端小轴承保持架；

第一机械手总成的油缸与第二机械手总成的驱动总成的油缸串联在一条液压管路上，第一机械手总成的油缸的无杆腔与第二机械手总成的驱动总成的油缸的有杆腔串联。

4.根据权利要求1所述的夹取高温旋转工件的机械手装置、组装方法及夹取方法，其特征在于,旋转总成包括与驱动总成的后端小轴承保持架同轴的中心轴、套装在中心轴根部的后端小轴承支撑架、设置在后端小轴承保持架与后端小轴承支撑架之间的后端小轴承、设置在中心轴上且位于后端小轴承左端的后端小轴承定位环、套装在中心轴中部的前端大轴承内侧支撑架、以及设置在前端大轴承内侧支撑架与固定保持架的前端大轴承保持架之间的前端大轴承；

在中心轴左端端铣削有扁，在扁部径向加工有连接通孔。

5.根据权利要求1所述的夹取高温旋转工件的机械手装置、组装方法及夹取方法，其特征在于,夹取总成包括两个右端根部分别固定在旋转总成的后端小轴承支撑架上的铰接支撑板、；两个分别位于旋转总成的中心轴扁与对应铰接支撑板之间且根部与中心轴的左端连接通孔通过导向销连接的铰接板I、根部与铰接板I端部铰接且中部通过悬臂销与铰接支撑板左端孔铰接且呈X型的铰接板II、设置在悬臂销与铰接支撑板左端孔之间的无油衬套、设置在铰接支撑板与铰接板II之间的隔热的夹爪手指支撑板、设置在每个铰接板II左端部且用于夹持工件的夹爪手指、设置在夹爪手指外侧壁上的外侧横架、设置在该两个铰接板II之间的复位弹簧；

在铰接支撑板上设置有与导向销对应的导向长槽。

6.根据权利要求1所述的夹取高温旋转工件的机械手装置、组装方法及夹取方法，其特征在于,在机械手连接架的连接架法兰右侧内部同轴设置有旋转电机，在连接架法兰右部外侧壁上同轴设置有旋转内齿圈，在旋转电机的输出齿轮与旋转内齿圈之间设置有通过固定齿轮架安装的中间过渡齿轮，在旋转内齿圈外侧壁上径向设置有旋转径向摆臂，在旋转径向摆臂外端连接有水平设置的偏心伸缩臂的根部，在旋转总成的前端大轴承内侧支撑架上径向设置有摆动角度限定径向臂；偏心伸缩臂伸长后带动摆动角度限定径向臂摆动。

7.一种机械手装置的安装方法，其特征在于，其包括上端与机器人旋转端部连接的机械手连接架、两个对称水平设置在机械手连接架下端且连接端面竖直设置的连接架法兰、根部与对应连接架法兰连接的第一机械手总成和与第一机械手总成结构相同的第二机械手总成；该安装方法包括以下步骤；

步骤一，组装夹取总成；首先，将外侧横架焊接在夹爪手指外侧；然后，将夹爪手指右端与铰接板II的左端固定连接，在铰接板II与铰接支撑板之间放置夹爪手指支撑板，并通过悬臂销将该两个铰接板II、铰接支撑板、夹爪手指支撑板插装连接，在悬臂销与对应的铰接支撑板左端孔之间装入无油衬套；其次，将铰接支撑板与铰接板II铰接，在铰接板II之间连接复位弹簧；再次，将

步骤二，组装旋转总成；首先，在中心轴的右端装入后端小轴承支撑架、后端小轴承、以及后端小轴承定位环；然后，在后端小轴承上装入后端小轴承保持架；其次，在中心轴中部装入前端大轴承内侧支撑架，在前端大轴承内侧支撑架上装入前端大轴承；再次，在前端大轴承上装入前端大轴承保持架；

步骤三，连接旋转总成与夹取总成；首先，将铰接支撑板与后端小轴承支撑架连接；然后，将铰接板I放置于铰接支撑板与中心轴之间；最后，在导向长槽中插装导向销连接铰接板I、铰接支撑板以及中心轴；

步骤四，组装驱动总成；首先，在支撑三角板安装油缸与导向轴；然后，在油缸活塞杆端部安装油缸连接件，在导向轴安装在驱动三角板，并与油缸连接件左端；其次，将后端小轴承保持架通过支撑柱与驱动三角板连接；

步骤五，首先，组装固定保持架；然后，将驱动总成与固定保持架连接；其次，将固定保持架连接在机械手连接架的连接架法兰上；再次，将第一机械手总成的油缸与第二机械手总成的驱动总成的油缸串联在一条液压管路上，并将第一机械手总成的油缸的无杆腔与第二机械手总成的驱动总成的油缸的有杆腔串联。

8.一种高温工件的夹取方法，其特征在于，借助于机械手装置，其包括上端与机器人旋转端部连接的机械手连接架、两个对称水平设置在机械手连接架下端且连接端面竖直设置的连接架法兰、根部与对应连接架法兰连接的第一机械手总成和与第一机械手总成结构相同的第二机械手总成；该夹取方法包括以下步骤；

首先，第一机械手总成的驱动总成驱动夹取总成张开外侧横架撑起工件内侧壁/夹爪手指闭合夹取工件外侧壁；然后，在自重的作用下，工件绕旋转总成旋转角度；其次，通过旋转电机通过摆动角度限定径向臂带动工件摆动；再次，机械手连接架带动工作旋转，同时，第二机械手总成与调换位置；最后，在第一机械手总成放料的同时，第二机械手总成取料。