CN109732636B - 易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手 - Google Patents
易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，包括外部的圆柱形套筒和安装在套筒内的抓取装置；抓取装置包括盘形主体、其下表面的内撑机构、上表面的直线运动驱动器；内撑机构包括：固定在盘形主体下表面的支撑腿、支撑腿下端径向贯穿的滑动块；用于连接滑动块和直线运动驱动器的连杆，固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，在每块内撑体外侧的圆弧面上固定一块软体垫片，所述的套筒的下端面固定有柔性减震环作为装配用的端面；直线运动驱动器的伸缩驱动内撑体的开合实现对圆柱形内壁工件的夹取，内撑体为圆弧条状能够从圆柱形内壁工件内对工件形成均匀的支撑力，不易损坏易碎的工件。
Description
技术领域
本发明涉及物料运转机械手的技术领域，特别涉及一种易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手。
背景技术
对于工业生产机器人来说，取料和放料是最基本的功能，对于不同类型的产品所需要的夹头也不一样，对于圆柱类零件，一般采用外夹式夹头，即从工件的外部来夹持工件，而这些夹头多是利用三个夹爪组成类圆柱孔来夹紧并移动圆柱体类零件的；对于管状类零件，一般采用内撑式夹头，但是对于易碎薄壁圆柱形内壁工件，采用传统的三个夹爪，参考现有专利（专利号：CN201710356466.9，专利名称：圆柱面内壁工件的内撑式抓取与套模下压机械手），由于该专利中单个内撑爪的作用力面积较小对工件内壁产生的压强较大，很难控制夹取力度极易损坏工件，且该机械手的内撑爪在夹取工件的运动形式为摆动运动，导致内撑爪在夹取工件时对工件存在多个复杂的作用力，内撑爪很难控制且极易对工件产生不必要的损害。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手。
具体内容如下：易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，该机械手包括外部的圆柱形套筒和安装在套筒内的抓取装置；
所述的抓取装置包括有：
与套筒的内圆柱面直径匹配的盘形主体；
设置在盘形主体的下表面并圆周均布的至少三个相同的内撑机构；
安装在盘形主体上表面中部、并穿过盘形主体至其下表面、并与内撑机构连接的伸缩式直线运动驱动器；
该直线运动驱动器的活动部件的运行方向与盘形主体的轴向相同；该盘形主体套装在所述套筒内部，并能够沿套筒内表面滑动；在盘形主体上表面还固定连接有至少三根沿盘形主体圆周方向均布且与套筒轴向平行的导杆，每根导杆的自由端穿出设置在套筒上部的导向孔，在每根导杆穿出的部分通过限位部件与同一块固定盘固定，该固定盘与盘形主体平行且每个限位部件的安装高度相同；
所述的内撑机构包括：
固定在盘形主体的下表面垂直向外伸出的支撑腿，该支撑腿外侧面到盘形主体中心的最大距离小于盘形主体的半径；
沿盘形主体的径向贯穿该支撑腿下端滑动孔的滑动块；
两端分别通过铰接轴连接滑动块里端和直线运动驱动器的活动部件之间的连杆，该连杆的下端与滑动块的里端铰接；
固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，该内撑体上表面的中间位置固定在对应滑动块外端的下表面上；
每块内撑体外侧的圆弧面在同一圆柱面上且每块内撑体对应圆心的位置均相同，该内撑体外侧的圆弧面所在的圆柱面的轴向中心线与盘形主体的轴向中心线共线；在每块内撑体外侧的圆弧面上固定一块与之匹配的软体垫片，该软体垫片通过至少两个导柱过盈配合塞装在内撑体上对应的通孔内，所述的软体垫片在内撑体外侧的圆弧面的母线方向的宽度大于内撑体的宽度且向下伸出内撑体的下表面，该软体垫片伸出内撑体下表面的部分设为软体内撑片，支撑腿外侧与盘形主体边沿之间的径向距离大于内撑体与软体垫片的厚度之和；
所述的套筒的下端面为精加工后的平整圆环形端面、在该端面上设有与之匹配的柔性减震环，在套筒上设有外接驱动装置的连接结构。
优选的，所述的套筒的上端设有空心的端面体，所述的导向孔位于该端面体上，在该端面体与盘形主体之间设有复位弹簧。
优选的，所述的复位弹簧外径与所述的套筒内圆柱面直径匹配并紧贴套筒内圆柱面安装，所述的导杆、直线运动驱动器位于复位弹簧内部。
优选的，所述的内撑体外侧的圆弧面上设有自该圆弧面向内凹陷的缓压槽。
优选的，所述的内撑体外侧的圆弧面上固定至少两个压力感应片，每个压力感应片分别固定在靠近通孔的位置上且位于软体垫片与内撑体之间。
优选的，所述的直线运动驱动器为气缸，或者为液压缸，或者为电动推杆。
优选的，所述的软体垫片、柔性减震环均采用硅胶或者高分子合成材料制成；所述的软体垫片的表面设有有网纹或者密集的小凸起，其整体外形为圆柱面。
优选的，所述的限位部件为拧在导向杆上端的螺母。
优选的，所述的套筒的侧壁上沿圆周均匀设有至少三个的窗口，相邻的窗口之间设有支柱。
优选的，所述的连接结构为固定在套筒侧壁外部的环形连接体，该环形连接体上设有若干个连接螺孔。
本发明的有益技术效果：
该发明提供一种易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，通过安装在套筒内部可伸缩的内撑机构实现对圆柱形内壁工件的内圆柱面的抓取和放下，同时作为内撑机构伸缩导向部件的套筒的下端还设有柔性减震环还可以作为工件装配的压头来使用，解决了一般的机械手只能转运工件不能装配工件的问题，同时多个圆弧条状的内撑体组成的类环状的内撑结构、该内撑结构对工件内撑的作用力的面积变大，容易抓取工件的同时还不易损坏工件，且每块内撑体上设有软体垫片，极大程度地保护了易碎工件；同时，当遇到质量较轻质地较脆的工件时，通过内撑体带动软体内撑片对工件进行夹取，通过软体内撑片自身的柔韧性对质量较轻质地较脆的工件进行夹取，一定程度上降低对工件夹取的难度同时保护工件免受不必要的损伤，再者，内撑体通过滑动块沿盘形主体的径向移动，在抓取工件时内撑体也沿着圆柱形工件的径向进行抓取工件，直线运动驱动器驱动内撑体抓取工件时的受力过程简单，抓取工件时更加稳定、安全，效率更高。
附图说明
图1为易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手的立体结构示意图；
图2为易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手的主视结构示意图；
图3为图2中A-A方向的剖面结构示意图；
图4为图3中B的放大示意图；
图5为易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手去除套筒后的立体结构示意图一；
图6为易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手去除套筒后的立体结构示意图二；
图7为图1中套筒的立体结构示意图；
图8为盘形主体及支撑腿的立体结构示意图；
图9为内撑体及滑动块的立体结构示意图；
图10为图5中软体垫片的立体结构示意图；
图中：1.套筒、11.环形连接体、12.连接螺孔、13.柔性减震环、14.套筒上端的端面体、141.导向孔、15.窗口、16.支柱、21.导杆、211.限位部件（螺母）、212.固定盘、22.复位弹簧、23.直线运动驱动器（气缸）、231.直线运动驱动器（气缸）的运动部件、24.连杆、241.铰接轴、25.支撑腿、251.滑动孔、26.软体垫片、261.导柱、262.软体内撑片、27.内撑体、271.缓压槽、272.通孔、273.内撑体外侧的圆弧面、28.滑动块、29.盘形主体、30.压力感应片。
具体实施方式
实施例一，参见图1-10，易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，该机械手包括外部的圆柱形套筒和安装在套筒内的抓取装置；所述的抓取装置包括有：与套筒的内圆柱面直径匹配的盘形主体；设置在盘形主体的下表面并圆周均布的至少三个相同的内撑机构；安装在盘形主体上表面中部、并穿过盘形主体至其下表面、并与内撑机构连接的伸缩式直线运动驱动器；该直线运动驱动器的活动部件的运行方向与盘形主体的轴向相同；该盘形主体套装在所述套筒内部，并能够沿套筒内表面滑动；在盘形主体上表面还固定连接有至少三根沿盘形主体圆周方向均布且与套筒轴向平行的导杆，每根导杆的自由端穿出设置在套筒上部的导向孔，在每根导杆穿出的部分通过限位部件与同一块固定盘固定，该固定盘与盘形主体平行且每个限位部件的安装高度相同，该固定盘与盘形主体对应固定在导杆的两端，保证三根导杆之间相对固定形成一个整体，提高导杆在运动过程中的稳定性和牢固性，避免导杆相对摇晃或者摆动；本发明中采用三个均匀分布的内撑机构，以内撑的方式来夹取工件，可实现自动中心定位；内撑式结构对工件外部形状没有要求，只需工件内部为圆筒状即可。
所述的内撑机构包括：
固定在盘形主体的下表面垂直向外伸出的支撑腿，该支撑腿外侧面到盘形主体中心的最大距离小于盘形主体的半径；沿盘形主体的径向贯穿该支撑腿下端滑动孔的滑动块；滑动块能够在支撑腿上的滑动孔内沿盘形主体的径向自由滑动，两端分别通过铰接轴连接滑动块里端和直线运动驱动器的活动部件之间的连杆，该连杆的下端与滑动块的里端铰接；固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，该内撑体上表面的中间位置固定在对应滑动块外端的下表面上；每块内撑体外侧的圆弧面在同一圆柱面上且每块内撑体对应圆心的位置均相同，该内撑体外侧的圆弧面所在的圆柱面的轴向中心线与盘形主体的轴向中心线共线；工作中，内撑体张开后其外侧圆弧工作面能够处于同一圆柱面上，这样能够与工件的内圆柱面对应贴合，更利于抓取工件时的准确定位及抓取工件的稳定性，在每块内撑体外侧的圆弧面上固定一块与之匹配的软体垫片，软体垫片用于缓压和增大内撑摩擦力，该软体垫片通过至少两个导柱过盈配合塞装在内撑体上对应的通孔内，所述的软体垫片在内撑体外侧的圆弧面的母线方向的宽度大于内撑体的宽度且向下伸出内撑体的下表面，该软体垫片伸出内撑体下表面的部分设为软体内撑片，当遇到质量较轻质地较脆的工件时，通过内撑体带动软体内撑片对工件进行夹取，通过软体内撑片自身的柔韧性对质量较轻质地较脆的工件进行夹取，一定程度上降低对工件夹取的难度同时保护工件免受不必要的损伤，支撑腿外侧与盘形主体边沿之间的径向距离大于内撑体与软体垫片的厚度之和；该安装方式便于软体垫片的更换和维护，所述的套筒的下端面为精加工后的平整圆环形端面、在该端面上设有与之匹配的柔性减震环，套筒自身的升降能够将圆环形或圆筒形工件压装到柱状工件上，当套筒下压时，内部的抓取装置在工件上面的顶升和导杆的共同作用下会沿套筒内表面回缩，在套筒上设有外接驱动装置的连接结构。
所述的套筒的上端设有空心的端面体，所述的导向孔位于该端面体上，在该端面体与盘形主体之间设有复位弹簧，复位弹簧用于将回缩的抓取装置顶出，便于下一次抓取工件。
所述的复位弹簧外径与所述的套筒内圆柱面直径匹配并紧贴套筒内圆柱面安装，所述的导杆、直线运动驱动器位于复位弹簧内部，当然该复位弹簧也可以为两个与导杆直径匹配的细一点的弹簧，套装在导杆上，也能起到复位的作用。
所述的内撑体外侧的圆弧面上设有自该圆弧面向内凹陷的缓压槽，该缓压槽便于容纳内撑体在抓取工件时软体垫片被挤压变形产生的余量，防止过大的挤压变形力对工件产生损坏。
所述的内撑体外侧的圆弧面上固定至少两个压力感应片，每个压力感应片分别固定在靠近通孔的位置上且位于软体垫片与内撑体之间，该位置间隙较小压力均匀，便于信息的采集，该压力感应片能够与计算机接通，便于检测和控制内撑体与工件之间的作用力，防止内撑力过大损坏工件。
所述的直线运动驱动器为气缸，或者为液压缸，或者为电动推杆，优选采用气缸作为动力，具有缓冲效果，可以用于抓取抗拉强度较低的工件。
所述的软体垫片、柔性减震环均采用硅胶或者高分子合成材料制成；所述的软体垫片的表面设有有网纹或者密集的小凸起，在同等压力的作用下产生更大的摩擦力，抓取工件的同时保护工件，软体垫片外侧面整体外形为圆柱面。
所述的限位部件为拧在导向杆上端的螺母，该螺母既用于导杆的安装，也可用于导杆下行行程的定位。
所述的套筒的侧壁上沿圆周均匀设有至少三个的窗口，相邻的窗口之间设有支柱，窗口一方面用于减轻套筒的自重，另一方面可作为观察和检修窗，对套筒内部的零部件进行观察和检修。
所述的连接结构为固定在套筒侧壁外部的环形连接体，该环形连接体上设有若干个连接螺孔，该环形连接体用于将整个机械手固定安装在外部驱动装置上。
本发明的工作过程是：
（1）初始状态下，内撑机构的三个内撑体处于内缩状态，支撑腿带动三个内撑体伸入到管状工件的内部；
（2）气缸的活塞杆向上运动，带动连杆运动，连杆带动滑动块推动三个内撑体同时向外移动，内撑体外侧圆弧面上的圆弧形的软体垫片逐渐与工件的内表面接触，利用内撑体向外移动撑开的压力及基于压力产生的摩擦力逐渐夹紧工件；
（3）管状工件被放置到合适位置后，气缸的活塞杆向下运动，步骤（2）中的各个部件向相反方向运动，内撑体向内移动收缩松开工件；
（4）然后套筒在外部驱动装置的作用下向下运动，套筒下端面顶压住工件的上面向下运动，到达设定位置后，下压套筒退出；如果被夹持工件是被安装在一个柱状工件上，那么在套筒下压的过程中，其内部的内撑机构会被柱状工件阻碍，将保持不动，由于套筒向下运动产生的相对运动，内撑机构会进入套筒内部，套筒内的复位弹簧形受压收缩，套筒下压完成后并在外部驱动装置的作用下升起时，内撑机构在复位弹簧弹力作用下恢复到初始状态。
Claims (10)
1.易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，该机械手包括外部的圆柱形套筒和安装在套筒内的抓取装置；其特征是：
所述的抓取装置包括有：
与套筒的内圆柱面直径匹配的盘形主体；
设置在盘形主体的下表面并圆周均布的至少三个相同的内撑机构；
安装在盘形主体上表面中部、并穿过盘形主体至其下表面、并与内撑机构连接的伸缩式直线运动驱动器；
该直线运动驱动器的活动部件的运行方向与盘形主体的轴向相同；该盘形主体套装在所述套筒内部，并能够沿套筒内表面滑动；在盘形主体上表面还固定连接有至少三根沿盘形主体圆周方向均布且与套筒轴向平行的导杆，每根导杆的自由端穿出设置在套筒上部的导向孔，在每根导杆穿出的部分通过限位部件与同一块固定盘固定，该固定盘与盘形主体平行且每个限位部件的安装高度相同；
所述的内撑机构包括：
固定在盘形主体的下表面垂直向外伸出的支撑腿，该支撑腿外侧面到盘形主体中心的最大距离小于盘形主体的半径；
沿盘形主体的径向贯穿该支撑腿下端滑动孔的滑动块；
两端分别通过铰接轴连接滑动块里端和直线运动驱动器的活动部件之间的连杆，该连杆的下端与滑动块的里端铰接；
固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，该内撑体上表面的中间位置固定在对应滑动块外端的下表面上；
每块内撑体外侧的圆弧面在同一圆柱面上且每块内撑体对应圆心的位置均相同，该内撑体外侧的圆弧面所在的圆柱面的轴向中心线与盘形主体的轴向中心线共线；在每块内撑体外侧的圆弧面上固定一块与之匹配的软体垫片，该软体垫片通过至少两个导柱过盈配合塞装在内撑体上对应的通孔内，所述的软体垫片在内撑体外侧的圆弧面的母线方向的宽度大于内撑体的宽度且向下伸出内撑体的下表面，该软体垫片伸出内撑体下表面的部分设为软体内撑片，支撑腿外侧与盘形主体边沿之间的径向距离大于内撑体与软体垫片的厚度之和；
所述的套筒的下端面为精加工后的平整圆环形端面、在该端面上设有与之匹配的柔性减震环，在套筒上设有外接驱动装置的连接结构。
2.根据权利要求1所述的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，其特征是：所述的套筒的上端设有空心的端面体，所述的导向孔位于该端面体上，在该端面体与盘形主体之间设有复位弹簧。
3.根据权利要求2所述的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，其特征是：所述的复位弹簧外径与所述的套筒内圆柱面直径匹配并紧贴套筒内圆柱面安装，所述的导杆、直线运动驱动器位于复位弹簧内部。
4.根据权利要求1所述的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，其特征是：所述的内撑体外侧的圆弧面上设有自该圆弧面向内凹陷的缓压槽。
5.根据权利要求1所述的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，其特征是：所述的内撑体外侧的圆弧面上固定至少两个压力感应片，每个压力感应片分别固定在靠近通孔的位置上且位于软体垫片与内撑体之间。
6.根据权利要求1所述的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，其特征是：所述的直线运动驱动器为气缸，或者为液压缸，或者为电动推杆。
7.根据权利要求1所述的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，其特征是：所述的软体垫片、柔性减震环均采用硅胶或者高分子合成材料制成；所述的软体垫片的表面设有有网纹或者密集的小凸起，其整体外形为圆柱面。
8.根据权利要求1所述的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，其特征是：所述的限位部件为拧在导向杆上端的螺母。
9.根据权利要求1所述的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，其特征是：所述的套筒的侧壁上沿圆周均匀设有至少三个的窗口，相邻的窗口之间设有支柱。
10.根据权利要求1所述的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手，其特征是：所述的连接结构为固定在套筒侧壁外部的环形连接体，该环形连接体上设有若干个连接螺孔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 450002 No. 5 Dongfeng Road, Jinshui District, Henan, Zhengzhou Applicant after: ZHENGZHOU University OF LIGHT INDUSTRY Address before: 450002 No. 5 Dongfeng Road, Jinshui District, Zhengzhou, Henan, Zhengzhou Applicant before: ZHENGZHOU University OF LIGHT INDUSTRY |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No. 136, Kexue Avenue, high tech Industrial Development Zone, Zhengzhou City, Henan Province Applicant after: ZHENGZHOU University OF LIGHT INDUSTRY Address before: 450002 No. 5 Dongfeng Road, Jinshui District, Henan, Zhengzhou Applicant before: ZHENGZHOU University OF LIGHT INDUSTRY |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 136, Kexue Avenue, high tech Industrial Development Zone, Zhengzhou City, Henan Province Patentee after: Zhengzhou University of light industry Country or region after: China Address before: No. 136, Kexue Avenue, high tech Industrial Development Zone, Zhengzhou City, Henan Province Patentee before: ZHENGZHOU University OF LIGHT INDUSTRY Country or region before: China |
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| CP03 | Change of name, title or address |