CN110480402A - 一种用于自动上下料的机器人手臂夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，包括主连接板，所述主连接板中间位置设有用于连接机械手臂的连接部，所述主连接板上设有夹取组件，所述夹取组件包括夹取气缸、主驱动夹头、从动夹头，所述夹取气缸固定于主连接板上，所述主驱动夹头连接夹取气缸并与主连接板滑动配合，所述从动夹头设置于主驱动夹头一侧，从动夹头通过杠杆组件连接主驱动夹头。本手臂夹具结构简单，能够实现工件的牢靠夹持和精准定位，适用于零部件加工生产线中自动上下料机器人使用。

Description

一种用于自动上下料的机器人手臂夹具

技术领域

本发明主要涉及机器人相关技术领域，具体是一种用于自动上下料的机器人手臂夹具。

背景技术

机械手臂是机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。在工业领域，机械手臂能代替人工完成许多繁重而又具有一定危险的工作，比如焊接，打磨，抛光等工艺。在自动生产线领域，机械手臂多用于上下料，其中机械手臂的夹具需要配合工件的尺寸，机械手臂的规格，传送带的转速，因此机械手臂的夹具设计十分重要。如，发动机主轴承盖的批量加工生产线中，一般是将主轴承盖首先铸成半成品，再通过相应的自动化线体将工件输送至机床处进行精细加工。采用机械手臂实现工件的上下料能够有效提高加工生产效率。现有技术中，机械手臂难以完整主轴承盖的牢靠夹持和精确定位，且单手臂结构上下料效率低下，难以满足高效生产线中的使用需求。

发明内容

为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，本手臂夹具结构简单，能够实现工件的牢靠夹持和精准定位，适用于零部件加工生产线中自动上下料机器人使用。

本发明的技术方案如下：

一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，包括主连接板，所述主连接板中间位置设有用于连接机械手臂的连接部，所述主连接板上设有夹取组件，所述夹取组件包括夹取气缸、主驱动夹头、从动夹头，所述夹取气缸固定于主连接板上，所述主驱动夹头连接夹取气缸并与主连接板滑动配合，所述从动夹头设置于主驱动夹头一侧，从动夹头通过杠杆组件连接主驱动夹头，夹取气缸动作时，能够驱动所述主驱动夹头相对于从动夹头方向运动，所述主驱动夹头动作时能够通过杠杆组件驱动从动夹头相对于主驱动夹头方向运动，进而可通过主驱动夹头和从动夹头配合实现工件的夹持和松开。

进一步的，所述主驱动夹头和杠杆组件分别设置于主连接板两侧，所述主连接板上设有滑槽，所述主驱动夹头底部穿过所述滑槽与杠杆组件配合。

进一步的，所述杠杆组件包括杠杆臂、支撑座，所述支撑座固定于主连接板上，所述杠杆臂和支撑座之间通过销轴铰接连接，所述从动夹头固定于杠杆臂一端，所述杠杆臂另一端与主驱动夹头底部设置的斜面配合。

进一步的，在所述杠杆臂与主驱动夹头底部斜面配合位置设置有滚轮，所述滚轮和主驱动夹头底部的斜面相贴合。

进一步的，所述杠杆臂和主连接板之间设有朝向外侧对杠杆臂施力的弹簧，所述弹簧设置在从动夹头和支撑座之间。

进一步的，所述主驱动夹头朝向从动夹头的一面呈V型结构，所述从动夹头朝向主驱动夹头的一面呈弧形结构。

进一步的，所述主驱动夹头和主连接板之间设有滑轨组件。

进一步的，所述主连接板上设有加强筋板，所述加强筋板对称设置在连接部两侧。

进一步的，所述夹取组件为两组，两组夹取组件分别设置于主连接板两侧，当所述主连接板以连接部为中心转动180°时，两组夹取组件位置互换。

进一步的，所述工件为发动机主轴承盖，夹取组件实现主轴承盖夹持时，所述主驱动夹头作用于主轴承盖外侧，从动夹头作用于主轴承盖的半圆形开口内侧。

本发明的有益效果：

1、本发明的机器人手臂夹具，结构简单，采用杠杆式原理，单侧的夹具仅需一个气缸即能够稳定牢靠的实现工件的抓取和精确定位，适用于加工生产线中机器人上料和下料的自动化作业。

2、本发明的机器人手臂夹具结构布局合理、紧凑，运动灵活可靠。

3、本发明的机器人手臂夹具采用反向对称式结构，能够通过两侧的夹具分别实现上料和下料，效率高，自动化程度高，尤其适用于发动机主轴承盖加工生产线中使用。

附图说明

图1为本发明实施例中自动化线体布局示意图；

图2为本发明实施例中机器人布置方式示意图；

图3为本发明实施例中机器人结构示意图；

图4为本发明实施例中手臂夹具立体示意图一；

图5为本发明实施例中手臂夹具立体示意图二；

图6为本发明实施例中手臂夹具立体示意图三；

图7为本发明实施例中手臂夹具立体示意图四；

图8为本发明部分自动化线体部分结构示意图；

图9为本发明阻挡器结构立体示意图；

图10为本发明阻挡器结构侧视示意图；

图11为本发明正反面检测三维转台立体示意图一；

图12为本发明正反面检测三维转台立体示意图二；

图13为本发明正反面检测三维转台侧视示意图；

图14为本发明实施例中主轴承盖正面结构示意图；

图15为本发明实施例中主轴承盖反面结构示意图。

附图中所示标号：

1、机器人；2、正反面检测三维转台；3、阻挡器；4、工件；5、钣金件；6、阻挡气缸；7、勾座；8、勾爪；9、勾座连接件；10、气缸连接件；11、架体；12、回转垫板；13、推拉气缸；14、导轨垫板；15、夹持气缸；16、夹爪；17、电极探针；18、回转气缸；19、手臂夹具；20、主连接板；21、夹取气缸；22、滑槽；23、主驱动夹头；24、从动夹头；25、杠杆；26、支撑座；27、滚轮；28、弹簧；29、筋板；30、斜面；31、凸起。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

本发明提供的一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，主要用于实现自动加工生产线中工件的夹取。在本实施例中，具体工件4以型号为5309323(图14、图15所示)的发动机主轴承盖为例对本发明进行详细的说明。

参考图3、4、5、6、7(图7为抓取到工件后的状态)，本发明提供的手臂夹具19结构如下：包括主连接板20，主连接板20中间圆形孔用来连接机器人1机械臂，为了方便实现工件4的上下料作业，本发明的一种优选方案为在主连接板20上设有两组呈反向对称布置的夹取组件，两组夹取组件分别设置于主连接板两侧，当主连接板20以其中间的圆形孔为中心转动180°时，两组夹取组件位置互换，所以在使用时，当机械手臂移动到主轴承盖的位置，左部分的夹取组件完成夹取任务，将工件4移送至数控机床完成上料任务，然后机械手臂旋转180度，右部分的夹取组件抓取已加工的工件，送至输送带，完成下料的任务。

在本发明中，夹取组件具体结构如下：包括夹取气缸21、主驱动夹头23、从动夹头24，夹取气缸21固定于主连接板20上，主驱动夹头23连接夹取气缸21并通过滑轨组件与主连接板20滑动配合，从动夹头24设置于主驱动夹头23一侧，从动夹头24通过杠杆组件连接主驱动夹头23，夹取气缸21动作时，能够驱动主驱动夹头23相对于从动夹头24方向运动，主驱动夹头23动作时能够通过杠杆组件驱动从动夹头24相对于主驱动夹头23方向运动，进而可通过主驱动夹头23和从动夹头24配合实现工件4的夹持和松开。

本本发明中，主驱动夹头23和杠杆组件分别设置于主连接板20正反面两侧，主连接板20上设有滑槽22，主驱动夹头23底部穿过滑槽23与杠杆组件配合；杠杆组件包括杠杆臂25、支撑座26，支撑座26固定于主连接板20上，杠杆臂25和支撑座26之间通过销轴铰接连接(此处形成杠杆支点)，从动夹头24固定于杠杆臂25一端，杠杆臂25另一端设置有滚轮27，滚轮27和主驱动夹头23底部的斜面30相贴合；杠杆臂25和主连接板20之间设有朝向外侧对杠杆臂25施力的弹簧28，弹簧28设置在从动夹头24和支撑座26之间。为了保证能够实现工件的稳定抓取，本实施例中，从动夹头24设置为圆弧形结构与工件4的半圆形开槽配合，主驱动夹头23设置为V型结构与工件4外侧配合。

本发明中，手臂夹具19具体原理如下：当机器人1接收信号对工件4进行抓取时，手臂夹具19移动至工件4位置，此时，工件4位于主驱动夹头23和从动夹头24之间，从动夹头24的圆弧与工件4的圆弧接触但尚未紧密接触，两者之间不具有摩擦力，PLC控制夹取气缸21伸出，夹取气缸21带动主驱动夹头23移动，主驱动夹头23通过其底部的斜面30与滚轮27配合，驱动杠杆臂25运动，此时弹簧28被压缩，依据杠杆原理，杠杆臂25驱动从动夹头24压箱工件4内侧，由于工件4此时内侧受到从动夹头24的压力，外侧受到主驱动夹头23的压力，从而形成可靠抓取，完成对工件4的夹取。当需要释放工件4时，夹取气缸21缩回，主驱动夹头23复位，在弹簧28作用下，从动夹头24复位，均不再与工件接触，从而完成对工件的放松。

在本发明中，为了保证手臂夹具19的强度，在主连接板20上设置有筋板29，基板29使得本结构更加稳定可靠。

基于本发明提供的手臂夹具，为了进一步对本发明进行说明，本发明实施例中还提供了相应的自动化线体结构，该自动化线体用于主轴承盖加工的物料输送及自动上下料。

如图1、2所示，本实施例中，自动化线体主要包括并列设置的三条工位输送线，中间的工位输送线为机械手自动上下料输送线，外侧的两条工位输送线为人工上下料输送线，在机械手自动上下料输送线上设有用于安装机器人1的机器人工位，机器人1主要用于夹取工件4以及实现工件的上料和下料作业。在两条人工上下料输送线上均设有人工操作工位，人工上下料输送线通过人工实现工件的上下料。

在本系统的机器人工位一侧对应机械手自动上下料输送线以及两个人工操作工位一侧对应两条人工上下料输送线均设置有正反面检测三维转台2，正反面检测三维转台2用于抓取并检测对应输送线上的工件4正反面方向，且当检测到工件为正面时，将工件4送回至输送线，当检测到工件4为反面时，将工件4进行转向。具体的是，设置在机械手自动上下料输送线上的正反面检测三维转台2当检测到工件4为反面时，将工件进行180°转向并等待自动上下料机器人1抓取，当检测到工件4为正面时，将工件4送回至输送线并等待机器人抓取；对应人工上下料输送线设置的正反面检测三维转台2当检测到工件4为反面时，将工件4向外侧进行90°转向后供人工抓取，当检测到工件4为正面时，将工件4送回输送线后供人工抓取。正反面检测三维转台2的设置能够检测并调整工件4的正反面，以保证正面朝向机器人1或操作人员方向，以便实现对工件4的快速抓取和精确上下料作业。

本实施例的三条工位输送线上对应正反面检测三维转台2一侧均设有阻挡器3，阻挡器3用于检测及修正待检测工件4在输送线上的位置，以便向正反面检测三维转台2提供工件4到位信号，同时对工件4位置调整后也便于正反面检测三维转台2对工件4的抓取检测。

本实施例的输送线上，均可存储多个工件4，每条输送线包括前端的半成品输送线和后端的成品输送线，分别用于输送待加工的半成品以及加工后的成品。输送线采用电机驱动能够实现工件4的自动输送，在输送线相应的链板输送带中间均有托条，用于与工件4底部的圆弧配合进行工件4的粗定位，当工件4在输送过程中发生倾斜翻倒时，可保证翻倒有限，同时利用摩擦力很容易扶正工件4，避免工件4出现大幅度的倾斜。

本实施例的输送线所需位置均设有相应的传感器，用于检测工件是否到位以及工件是否铺满输送带等。本发明的输送线具体作业流程如下：

机械手自动上下料输送线：将前序加工完成的半成品工件4放置到自动输送链上(人工放料)-检测到位，输送线停止-阻挡器3定位-正反面检测三维转台2动作实现工件4正反面检测-完成预定姿态翻转或将工件送回输送线-机器人1抓取工件4-机器人1卸机床已加工工件并旋转180°上待加工工件-已加工工件放入后续的成品输送带-完成一定工作循环，继续下一个循环。

人工上下料输送线：将前序加工完成的半成品工件4放置到自动输送链上(人工放料)-检测到位，输送线停止-阻挡器3定位-正反面检测三维转台2动作实现工件4正反面检测-完成预定姿态翻转或将工件送回输送线-人工抓取工件4-人工卸机床已加工工件并上待加工工件-已加工工件放入后续的成品输送带-完成一定工作循环，继续下一个循环。

在本实施例中，对应三条输送线均设有阻挡器3，阻挡器3主要用于检测工件4是否到达抓取点，并对工件4进行修正，以便机器人机械手以及正反面检测三维转台2可顺利完成夹持工作。

本发明提供的一种实施例中，阻挡器3具体结构参考图8、9、10，包括钣金件5、光电开关、勾爪8、阻挡气缸6、勾座7、勾座连接件9、气缸连接件10，钣金件5固定在输送线上方，钣金件5上侧面以及左右侧面靠近工件4停止位处开孔。上侧面开孔目的在于降低阻挡器3总体重量，左右侧面开孔目的在于光电开关安装检测。勾座连接件9、气缸连接件10分别固定在钣金件5前后两端，勾爪8与勾座7固定连接，勾座7与勾座连接件9铰接连接，阻挡气缸6后端与气缸连接件10铰接连接，阻挡气缸6的活塞杆与勾座7之间铰接连接，以上组合方式形成连杆结构，当阻挡气缸6伸缩时，通过勾座7驱动勾爪8实现翻转运动。勾爪8形状与工件4形状相似，其保证在工作时，经过勾爪8的阻挡作用，工件位置保持一致。

本实施例的阻挡器3工作原理如下：工件4随线体一起运动，当阻挡器3中的光电开关检测到工件4时，控制中心发送指令，阻挡气缸6活塞杆伸出运动，带动阻挡器3勾座7围绕勾座连接件9逆时针转动(为连杆结构)，带动勾爪8逆时针运动(勾爪8的形状需要较好配合工件，光电开关位置到工件4抓取处还有一定的距离，工件4继续向前运动，直到工件4与勾爪8相接触)。由于勾爪8阻挡作用，工件4的位置及姿态得到修正，控制中心停止线体停止运动，阻挡气缸6活塞杆缩回运动，带动勾爪8顺时针翻转复位。此时工件4位置与姿态进行了修正，正反面检测三维转台2可进行抓取和检测。

在本发明中，由于工件4即主轴承盖其正面是具有一个凸起31的，反面不具有凸起，依据此特征，参考图11、12、13(图11为带有工件状态，图12为无工件状态)，本发明提供的一种实施例中，正反面检测三维转台2结构如下：正反面检测三维转台2包括架体11、设置于架体11上用于实现工件4转向的回转组件、设置于回转组件上用于实现工件推拉的推拉组件、设置于推拉组件上用于实现工件4夹持的夹持组件以及设置于推拉组件上用于实现工件4正反面检测的电流探针检测组件。

具体的，本实施例中，回转组件包括回转气缸18、回转垫板12，回转气缸18安装于架体11底部，回转垫板12设置于架体11上方并与回转气缸18连接，连接处设置轴承，当回转气缸18转动时，能够带动回转垫板12进行相应角度的转动，从而实现工件4的换向，具体的是，在对应机械手自动上下料输送线上，回转气缸18设置转动角度为180°，在人工上下料输送线上，回转气缸18设置转动角度为90度。推拉组件包括推拉气缸13、直线导轨、导轨垫板14，推拉气缸13、直线导轨均固定于回转垫板12上方，导轨垫板14可滑动的设置于直线导轨上方，导轨垫板14连接推拉气缸13，当推拉气缸13伸缩时，能够驱动导轨垫板14进行往复的直线运动。夹持组件包括夹持气缸15、两个夹爪16，夹持气缸15固定于导轨垫板14上，夹持气缸15两端均设有活塞杆，两个夹爪16分别连接于两个活塞杆上，在夹持气缸15作用下两个夹爪16能够进行相对运动进而实现工件4的夹持与松开，为了保证夹持效果，夹爪16上用于夹持工件4的部位设置为V型结构。

本实施例中，电流探针检测组件包括两个并列设置的电极探针17，两个电极探针17连接有电源和用于检测有无电流的电流检测模块，电极探针17固定在探针封套中，探针封套、顶针卡套固定在姿态检测支架上，姿态检测支架固定在导轨垫板14上，电极探针17长度有设计要求：当夹爪16抱紧工件4后，若工件4正面(有凸出部分)为接触面，电极探针17需要与其接触，此时电流导通；若工件反面(无凸出部分)为接触面，电极探针17不能与其接触，此时电流不导通。为了保证电极探针17的检测效果，本实施例中，在探针封套内还设有弹簧，两个电极探针17通过弹簧均能够实现在一定范围内的浮动(约0.2mm)，即保证接触刚性，又避免误碰触。

本实施例的正反面检测三维转台2工作原理如下：控制中心收到阻挡器3阻挡完毕信号后，推拉气缸13推动导轨垫板14向前运动；运动到位后，夹持气缸15驱动两个夹爪16抱紧工件4，推拉气缸13拉动导轨垫板14向后运动，工件4达到回转垫板12处(该处安装有接近开关，判断是否有工件)，若接近开关检测到工件，电极探针17通电检测，若有电流，说明此时接触面为正面，夹持气缸15松开，回转垫板12角度保持不变，推拉气缸13、夹持气缸15动作将工件4送回输送线等待机器人抓取；若无电流通过，说明接触面为反面，回转气缸18驱动回转垫板12角度旋转180度(或90°)，夹持气缸15松开，等待机器人抓取工件4，工件4抓取后，输送线重新开始动作。

Claims (10)

1.一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，包括主连接板，所述主连接板中间位置设有用于连接机械手臂的连接部，所述主连接板上设有夹取组件，其特征在于：所述夹取组件包括夹取气缸、主驱动夹头、从动夹头，所述夹取气缸固定于主连接板上，所述主驱动夹头连接夹取气缸并与主连接板滑动配合，所述从动夹头设置于主驱动夹头一侧，从动夹头通过杠杆组件连接主驱动夹头，夹取气缸动作时，能够驱动所述主驱动夹头相对于从动夹头方向运动，所述主驱动夹头动作时能够通过杠杆组件驱动从动夹头相对于主驱动夹头方向运动，进而可通过主驱动夹头和从动夹头配合实现工件的夹持和松开。

2.如权利要求1所述的一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，其特征在于：所述主驱动夹头和杠杆组件分别设置于主连接板两侧，所述主连接板上设有滑槽，所述主驱动夹头底部穿过所述滑槽与杠杆组件配合。

3.如权利要求2所述的一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，其特征在于：所述杠杆组件包括杠杆臂、支撑座，所述支撑座固定于主连接板上，所述杠杆臂和支撑座之间通过销轴铰接连接，所述从动夹头固定于杠杆臂一端，所述杠杆臂另一端与主驱动夹头底部设置的斜面配合。

4.如权利要求3所述的一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，其特征在于：在所述杠杆臂与主驱动夹头底部斜面配合位置设置有滚轮，所述滚轮和主驱动夹头底部的斜面相贴合。

5.如权利要求3所述的一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，其特征在于：所述杠杆臂和主连接板之间设有朝向外侧对杠杆臂施力的弹簧，所述弹簧设置在从动夹头和支撑座之间。

6.如权利要求1所述的一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，其特征在于：所述主驱动夹头朝向从动夹头的一面呈V型结构，所述从动夹头朝向主驱动夹头的一面呈弧形结构。

7.如权利要求1所述的一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，其特征在于：所述主驱动夹头和主连接板之间设有滑轨组件。

8.如权利要求1所述的一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，其特征在于：所述主连接板上设有加强筋板，所述加强筋板对称设置在连接部两侧。

9.如权利要求1所述的一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，其特征在于：所述夹取组件为两组，两组夹取组件分别设置于主连接板两侧，当所述主连接板以连接部为中心转动180°时，两组夹取组件位置互换。

10.如权利要求1～9任一项所述的一种用于自动上下料的机器人手臂夹具，其特征在于：所述工件为发动机主轴承盖，夹取组件实现主轴承盖夹持时，所述主驱动夹头作用于主轴承盖外侧，从动夹头作用于主轴承盖的半圆形开口内侧。