CN110255150A - 一种自动定位夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动定位夹具，包括支座，以及安装在支座上的输送机构、分料机构和定位机构，输送机构包括相对于水平方向倾斜设置的滑槽；分料机构包括挡板、分离板、第一升降动力元件和第二升降动力元件，挡板与分离板间隔设置，挡板和分离板分别通过第一升降动力元件和第二升降动力元件驱动而升降，当第一升降动力元件/第二升降动力元件处于上升状态时，挡板/分离板伸入滑槽中；定位机构设置于滑槽的出口处，定位机构包括用于容纳工件且对工件进行限位的定位盒。本发明提供的自动定位夹具，能完成一次投料多件、自动分离、自动准确定位，便于下道工序机器人抓取，实现了机械设备零部件制造行业安全、高效及自动化生产。

Description

一种自动定位夹具

技术领域

本申请属于机械制造设备技术领域，具体涉及一种用于搬运机器人的自动定位夹具。

背景技术

随着社会的快速发展，科技的日益进步，产品更新换代加快。在机器人抬取工件之前，需要被抬起的工件准确定位，目前许多自动生产线仍采用人工上料的方式，使用人工上料暴露出了很多的不足和弱点：(1)由于工件加工误差和工装夹具装配误差，使用人工上料难实现工件准确定位，从而影响产品质量的稳定性，不能满足大批量生产的需求；(2)上料工人仅能单件上料，一机一人，影响生产效率，难以满足大批量生产需求，而增加工人会导致人力成本增高；(3)工件上料属于单一且重复性强的工作，长时间工作会造成工人疲劳、思想不集中，容易产生工伤事故。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种自动定位夹具，能完成一次投料多件、自动分离、自动准确定位，便于下道工序机器人抓取，实现了机械设备零部件制造行业安全、高效及自动化生产。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种自动定位夹具，包括支座，以及安装在所述支座上的输送机构、分料机构和定位机构，其中：

所述输送机构包括相对于水平方向倾斜设置的滑槽；

所述分料机构包括挡板、分离板、第一升降动力元件和第二升降动力元件，其中：

所述挡板与所述分离板间隔设置，所述挡板通过所述第一升降动力元件驱动而升降，当所述第一升降动力元件处于上升状态时，所述挡板伸入所述滑槽中；

所述分离板通过所述第二升降动力元件驱动而升降，当所述第二升降动力元件处于上升状态时，所述分离板伸入所述滑槽中；

所述定位机构设置于所述滑槽的出口处，所述定位机构包括用于容纳工件的定位盒，所述定位盒对所述工件进行限位。

优选的，所述滑槽包括第一导向板、第二导向板、第一导向条和第二导向条，所述第一导向板和所述第二导向板间隔且平行设置；

所述第一导向条和所述第二导向条间隔且平行设置，并且位于所述第一导向板和所述第二导向板之间，所述第一导向条和所述第二导向条构成所述滑槽的槽底。

优选的，所述输送机构还包括限位板，所述限位板设置于所述第一导向条和/或所述第二导向条的上方，并且位于所述第一导向板和所述第二导向板之间。

优选的，所述输送机构还包括连接板，所述第一导向板和所述第二导向板通过所述连接板连接固定。

优选的，所述第一升降动力元件和所述第二升降动力元件的升降方向均垂直于所述滑槽的轴线方向；

所述挡板和所述分离板均垂直于所述滑槽的轴线。

优选的，所述定位机构还包括第三升降动力元件，所述定位盒通过所述第三升降动力元件驱动而升降；

当所述第三升降动力元件处于回落状态时，所述定位盒与所述滑槽的出口相对。

优选的，所述定位盒包括第一固定板、第二固定板、第三固定板和第四固定板，其中：

所述第一固定板与所述第二固定板相对且平行设置，并且所述第一固定板与所述第二固定板均垂直于所述滑槽的轴线；

所述第三固定板与所述第四固定板相对且平行设置，并且所述第三固定板与所述第四固定板均平行于所述滑槽的轴线。

优选的，所述第一固定板、所述第三固定板和所述第四固定板通过所述第三升降动力元件驱动而升降，靠近所述滑槽的出口的所述第二固定板固定于所述支座上。

优选的，所述定位盒的底板上设置有与所述工件的孔相匹配的定位销；或者所述定位盒的底面上设置有与所述工件的外凸的部分相匹配的凹孔。

优选的，所述第一固定板和/或所述第二固定板为L型板，所述L型板包括相互垂直的横板和竖板；

所述第一固定板和/或所述第二固定板的横板构成所述定位盒的底板；

所述第一固定板和所述第二固定板的竖板均垂直于所述滑槽的轴线。

由上述技术方案可知，本发明提供的自动定位夹具，主要包括输送机构、分料机构和定位机构三个功能组件，其中：输送机构用于自动输送工件，输送机构包括相对于水平方向倾斜设置的滑槽，该滑槽用于容纳多个工件，由于滑槽相对于水平方向倾斜安装，因此工件可以靠自重滑动，并且滑槽自身可对工件起到粗定位的作用；分料机构用于实现单件上料，分料机构包括第一升降动力元件、第二升降动力元件、挡板和分离板，通过两个升降动力元件驱动挡板和分离板交替上升下降，确保每次供料一件，剩余工件受挡板或分离板的阻挡而仍停留在滑槽中；定位机构用于对工件进行精定位，定位机构设置于滑槽的出口处，定位机构包括用于容纳工件的定位盒，滑落的单个工件落入定位盒中，定位盒设计为与工件的外部尺寸相匹配，定位盒对工件进行限位，方便机器人准确抓取。

滑槽中设置导向条，以两个导向条上表面作为定位基准，工件在滑动过程中终始贴合在导向条上表面，采用导向条主要是减少接触面，降低摩擦力，利于工件滑动。滑槽中设置限位板，限位板设置于导向条的上方，对工件上端定位，防止工件翘起。

定位机构中的定位盒通过第三升降动力元件驱动而升降，定位盒在装载工件后上升一定高度，方便机器人抓取工件。

定位盒的底板上设置与工件的工艺孔相匹配的定位销或与工件的外凸的部分相匹配的凹孔，当工件滑入定位盒中后，其工艺孔正好落在定位销上或与外凸的部分恰好嵌入凹孔中，可以实现工件前后左右位置的精确定位。

定位盒的自身构成中，靠近滑槽出口的一块固定板固定于支座上、静止不动，其余部分通过第三升降动力元件驱动而升降，在定位盒带动工件上升时，静止不动的固定板即对定位盒的可动部分起到导向作用。并且当工件升起后，由于此时定位盒的顶部和其中一侧均开口，使得机器人的抓取动作空间增大，更有利于机器人准确且稳固地抓取工件。

附图说明

图1为本发明实施例中自动定位夹具的整体结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中输送机构的结构示意图；

图4为图3的左视图；

图5为图1中分料机构的结构示意图；

图6为图1中定位机构的结构示意图；

图7为图6中工件的定位结构图；

附图标记说明：1-输送机构，10-滑槽，11-第一导向板，12-第二导向板，13-连接板，14-一第导向条，15-第二导向条，16-限位板；2-分料机构，21-挡板，22-分离板，23-第一升降动力元件，24-第二升降动力元件，25-安装板；3-定位机构，31-定位盒，32-第三升降动力元件，33-第一固定板，34-第二固定板，35-第三固定板，36-第一定位销，37-第二定位销；4-支座，4a-滑槽支座，4b-导向条支座，4c-分料机构支座，4d-定位机构支座，4e-固定支座；5-工件，5a-待夹取工件，51-大孔，52-小孔；6-固定板。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

参见图1和图2，一种自动定位夹具，包括支座4，以及安装在支座4上的输送机构1、分料机构2和定位机构3，其中：输送机构用于自动输送工件，输送机构1包括相对于水平方向倾斜设置的滑槽10，工件5放置在滑槽10靠自重滑动；分料机构用于实现单件上料，分料机构2包括挡板21、分离板22、第一升降动力元件23和第二升降动力元件24，通过两个升降动力元件23、24驱动挡板21和分离板22交替上升下降，确保每次供料一件，剩余工件5受挡板21或分离板22的阻挡而仍停留在滑槽10中；定位机构用于对工件进行精定位，定位机构3设置于滑槽10的出口处，定位机构3包括用于容纳工件5的定位盒31，滑落的单个工件5a落入定位盒31中，定位盒31对工件5进行限位，方便机器人准确抓取。

下面对支座4、输送机构1、分料机构2和定位机构3的结构进行详细描述，为便于理解，下述内容中以图1、图3、图5、图6的左侧为前，右侧为后：

支座4是整个装置的安装基础，可以是一体式的，也可采用分体式结构，参见图1，本实施例中，为减小整个夹具所占用的空间，支座4设置有多个，包括用于安装滑槽10的滑槽支座4a，用于安装两根导向条14、15的导向条支座4b，用于安装分料机构2的分料机构支座4c，用于安装定位机构3的定位机构支座4d，以及用于安装定位盒31其中一面盒壁的固定支座4e。上述支座4可直接固定在地面上，也可安装在通过地脚螺栓固定在地面上的底座上，具体安装结构本申请不做限制。

参见图3和图4，输送机构1整体通过滑槽支座4a安装固定，输送机构1包括滑槽10、连接板13和限位板16，本实施例中，滑槽10包括第一导向板11、第二导向板12、第一导向条14和第二导向条15，第一导向板11和第二导向板12间隔且平行设置。在其他实施例中，滑槽10也可以直接开设在输送机构1上，例如输送机构1为一个杆件，在其中沿轴线开设滑槽10，滑槽的具体结构本申请不做限制。

具体的，本实施例中，滑槽支座4a设置4个，4个滑槽支座4a两两为一组，在沿滑槽10轴线方向上一前一后布置，第一导向板11和第二导向板12均同时与同侧的2个滑槽支座4a连接，第一导向板11与第二导向板12大于待输送工件5的轴向长度，例如二者间距超出工件5长度0.1mm～10mm，以便工件5顺利滑落，并且对工件5进行长度方向粗定位。

滑槽10相对于水平方向倾斜设置，滑槽轴线与水平方向的夹角约为10°～75°，通过调节前后两组滑槽支座4a的高度，可以调节滑槽轴线与水平方向的夹角，该夹角大小根据工件的形状和重量确定，以工件依靠重力顺利滑落、且能够稳定落在定位机构中为宜。

同组的2个滑槽支座4a通过连接板13进行连接，进而通过两个连接板13连接第一导向板11和第二导向板12，保证两个导向板11、12之间间距不变，并且辅助提高滑槽10的结构稳定性。

第一导向条14和第二导向条15同样间隔且平行设置，并且位于第一导向板11和第二导向板12之间。具体的，本实施例中，第一导向条14和第二导向条15均通过2个导向条支座4b安装固定，位于前方的2个导向条支座4b固定在位于前方的连接板13上，位于后方的2个导向条支座4b固定在位于后方的连接板13上，导向条14、15与与之相近的导向板11、12之间具有间距，该间距视工件5的具体结构和长度而定，导向条可以采用空心钢管，也可为表面光滑的柱体，如玻璃柱等，表面光滑且为弧面即可。在另一实施例中，导向条14、15分别安装在第一导向板11与第二导向板12上，可采用焊接等方式进行固定。

由此，第一导向板11、第二导向板12、第一导向条14和第二导向条15形成一个倾斜的供工件5滑动的滑槽10，相应的，第一导向条14和第二导向条15构成滑槽10的槽底。

限位板16设置于第一导向条14和/或第二导向条15的上方，并且位于第一导向板11和第二导向板12之间。具体的，本实施例中，限位板16设置有2个，2个限位板16分别安装在第一导向板11与第二导向板12上，可采用焊接等方式进行固定，具体固定方式本申请不做限制。限位板16与导向板11、12之间的间距视工件5高度而定，例如二者间距超出工件5高度0.1mm～10mm，以便工件5顺利滑落，同时对工件5上端定位，防止工件5端部翘起。

参见图5，分料机构2包括挡板21、分离板22、第一升降动力元件23和第二升降动力元件24，挡板21与分离板22间隔设置，二者之间间距视工件5宽度而定，例如二者间距超出工件5宽度0.1mm～1mm，以便顺利挡住当前待下料的工件5a。

挡板21通过第一升降动力元件23驱动而升降，当第一升降动力元件23处于上升状态时，挡板21伸入滑槽10中；分离板22通过第二升降动力元件24驱动而升降，当第二升降动力元件24处于上升状态时，分离板22伸入滑槽10中。通过两个升降动力元件23、24驱动挡板21和分离板22交替上升下降，确保每次供料一件，剩余工件5受挡板21或分离板22的阻挡而仍停留在滑槽10中。

具体的，本实施例中，第一升降动力元件23和第二升降动力元件24均为双轴气缸，提供挡板21和分离板22上升下降的动力，双轴气缸活塞的顶端固定一块安装板25，用于安装挡板21/分离板22。

具体的，本实施例中，挡板21和分离板22均为L型板，L型板包括相互垂直的横板和竖板，其中横板部分通过螺钉或焊接安装在安装板25上，竖板部分其阻挡工件5的作用。为达到最好的阻挡效果，第一升降动力元件23和第二升降动力元件24的升降方向，以及挡板21和分离板22的竖板部分均垂直于滑槽10的轴线。当工件长度较长时，挡板21和分离板22均可设置为多个，均匀分布在安装板25各处，以便稳定阻挡上方工件5的下滑。

参见图6，定位机构3包括定位盒31和第三升降动力元件32，定位盒31通过第三升降动力元件32驱动而升降，当第三升降动力元件32处于回落状态时，定位盒31与滑槽10的出口相对，便于滑落的工件5a顺利落入定位盒31中；当第三升降动力元件32处于上升状态时，工件5a被抬升，方便机器人抓取。

具体的，本实施例中，定位盒31包括第一固定板33、第二固定板34、第三固定板35和第四固定板(为方便示出盒内结构，图6中第四固定板已拆除，该板结构同第三固定板35)，其中：第一固定板33与第二固定板34相对且平行设置，并且第一固定板33与第二固定板34均垂直于滑槽10的轴线；第三固定板35与第四固定板相对且平行设置，并且第三固定板35与第四固定板均平行于滑槽10的轴线；第一固定板33和/或第二固定板34为L型板，L型板包括相互垂直的横板和竖板，第一固定板33和/或第二固定板34的横板构成定位盒31的底板；第一固定板33和第二固定板34的竖板均垂直于滑槽10的轴线。由此，通过第一固定板33、第二固定板34、第三固定板35和第四固定板共同围成盒状通道，准确限定工件5a的前后左右的位置，便于机器人准确抓取。

由于第三升降动力元件32需推动的定位盒31和工件5a同时上升，当工件重量较大时，收工件重量的影响，会对定位盒31的上升轨迹带来偏差，为保证定位盒31的运动精度，本实施例中，定位盒31的靠近滑槽10出口的第二固定板34固定于固定支座4e上，为精致不动的固定件，而第一固定板33、第三固定板35和第四固定板通过第三升降动力元件32驱动而升降，定位盒31和工件5a同时升起时，静止不动的第二固定板34即对定位盒31的可动部分起到导向作用，保证工件5a准确到达设定位置。

具体的，本实施例中，第三升降动力元件32为双轴气缸，提供定位盒31可动部分上升下降的动力，双轴气缸活塞的顶端同样固定一块安装板，用于安装定位盒31。为保证双轴气缸在伸缩时不会出现偏斜，本实施例中，3个双轴气缸均通过固定板6辅助安装固定，双轴气缸与对应的支座连接后，通过安装在对应支座上的固定板6辅助加固，如图6所示。

定位盒31的底板上设置有与工件5a的孔相匹配的定位销；或者定位盒31的底面上设置有与工件5a的外凸的部分相匹配的凹孔。通过底板上定位销/凹孔与工件5a的孔(结构孔、工艺孔等)/外凸部的配合，自动实现工件的精确定位。

参见图7，以汽车连杆为例，连杆是汽车发动机中的一个部件，其一端连接曲轴、另一端连接发动机活塞，因此两端具有两个装配孔51、52，其中连杆大头中的大孔51用于与曲轴的连杆轴径相连，小头中的小孔52用于与活塞的活塞销相连，并且，连杆杆身一般为“工”或“H”形断面。基于连杆工件5a的结构，在定位盒31的底板上设置有与工件5a的孔51、52相匹配的两个定位销36、37，并且定位盒31的底板部分内凹，以使底板与工件5a“工”或“H”形断面的外形轮廓相匹配。为保证工件5a顺利落在定位盒31的设定位置，定位销36、37的直径小于对应的孔51、52的孔径，且定位盒31底板的内凹部分的宽度大于工件5a“工”或“H”形断面对应的突出部分。

某汽车零件自动产线配置了本实施例提供的自动定位夹具，该自动定位夹具设置在粗加工工序与精加工工序之间，由抓取机器人抓取工件自动进行精加工。本实施例提供的自动定位夹具的工作过程如下：

1、预先调节滑槽10的倾角，人工投料在可调节的倾斜角度的滑槽内，每次投料20件，工件5靠自重滑动，滑槽10和限位板16对工件5进行长度方向粗定位；

2、双轴气缸23伸出，带动挡板21上升，挡板21(从两根导向条14、15之间)伸入滑槽10中，挡住并排的所有工件5；

3、当得到信息需要工件5a时，双轴气缸24伸出，带动分离板22上升，分离板22(从两根导向条14、15之间)伸入滑槽10中，挡住最下方工件5a之后并排的所有工件5，如图5所示；随后双轴气缸23缩回，带动挡板21下降，无挡板21的阻挡，工件5a靠自重滑动，而剩余工件5受分离板22阻挡，从而分离一个工件，实现单件供料；

4、双轴气缸23伸出，双轴气缸24缩回，回到步骤2所述状态，两个双轴气缸23、24交替伸缩，确保每次供料一件；

5、分离出的工件5a滑落到定位机构3的定位盒31中，定位盒31对工件5a进行精定位，利用工件5a的外形或开孔特征，配合定位盒31底面上的定位销或凹陷，使得工件精准、稳定地停留在定位盒31中，双轴气缸上升一定高度方便机器人抓取。

通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供的自动定位夹具，通过相对于水平方向倾斜设置的滑槽完成一次投料多件且工件自动下料，通过分料机构的两个升降动力元件驱动挡板和分离板交替上升下降，确保每次供料一件，剩余工件受挡板或分离板的阻挡而仍停留在滑槽中；通过设置于滑槽出口处的定位机构对工件进行限位，方便下道工序机器人准确抓取。该装置具有很高的效率和产品质量稳定性，结构简单更易于维护，可以大大降低产业工人的劳动强度，克服人工单件上料的弊端，实现了汽车零部件制造行业中安全、高效及自动化生产。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种自动定位夹具，其特征在于：包括支座，以及安装在所述支座上的输送机构、分料机构和定位机构，其中：

所述输送机构包括相对于水平方向倾斜设置的滑槽；

所述分料机构包括挡板、分离板、第一升降动力元件和第二升降动力元件，其中：

所述挡板与所述分离板间隔设置，所述挡板通过所述第一升降动力元件驱动而升降，当所述第一升降动力元件处于上升状态时，所述挡板伸入所述滑槽中；

所述分离板通过所述第二升降动力元件驱动而升降，当所述第二升降动力元件处于上升状态时，所述分离板伸入所述滑槽中；

所述定位机构设置于所述滑槽的出口处，所述定位机构包括用于容纳工件的定位盒，所述定位盒对所述工件进行限位。

2.如权利要求1所述的自动定位夹具，其特征在于：所述滑槽包括第一导向板、第二导向板、第一导向条和第二导向条，所述第一导向板和所述第二导向板间隔且平行设置；

所述第一导向条和所述第二导向条间隔且平行设置，并且位于所述第一导向板和所述第二导向板之间，所述第一导向条和所述第二导向条构成所述滑槽的槽底。

3.如权利要求2所述的自动定位夹具，其特征在于：所述输送机构还包括限位板，所述限位板设置于所述第一导向条和/或所述第二导向条的上方，并且位于所述第一导向板和所述第二导向板之间。

4.如权利要求3所述的自动定位夹具，其特征在于：所述输送机构还包括连接板，所述第一导向板和所述第二导向板通过所述连接板连接固定。

5.如权利要求1至4中任一项所述的自动定位夹具，其特征在于：所述第一升降动力元件和所述第二升降动力元件的升降方向均垂直于所述滑槽的轴线方向；

所述挡板和所述分离板均垂直于所述滑槽的轴线。

6.如权利要求1至4中任一项所述的自动定位夹具，其特征在于：所述定位机构还包括第三升降动力元件，所述定位盒通过所述第三升降动力元件驱动而升降；

当所述第三升降动力元件处于回落状态时，所述定位盒与所述滑槽的出口相对。

7.如权利要求6所述的自动定位夹具，其特征在于：所述定位盒包括第一固定板、第二固定板、第三固定板和第四固定板，其中：

所述第一固定板与所述第二固定板相对且平行设置，并且所述第一固定板与所述第二固定板均垂直于所述滑槽的轴线；

所述第三固定板与所述第四固定板相对且平行设置，并且所述第三固定板与所述第四固定板均平行于所述滑槽的轴线。

8.如权利要求7所述的自动定位夹具，其特征在于：所述第一固定板、所述第三固定板和所述第四固定板通过所述第三升降动力元件驱动而升降，靠近所述滑槽的出口的所述第二固定板固定于所述支座上。

9.如权利要求7或8所述的自动定位夹具，其特征在于：所述定位盒的底板上设置有与所述工件的孔相匹配的定位销；或者所述定位盒的底面上设置有与所述工件的外凸的部分相匹配的凹孔。

10.如权利要求9所述的自动定位夹具，其特征在于：所述第一固定板和/或所述第二固定板为L型板，所述L型板包括相互垂直的横板和竖板；

所述第一固定板和/或所述第二固定板的横板构成所述定位盒的底板；

所述第一固定板和所述第二固定板的竖板均垂直于所述滑槽的轴线。