CN110539323A - 一种用于夹持微小零件的机械手 - Google Patents

Abstract

一种用于夹持微小零件的机械手，该机械手由固定部分和旋转部分组成；其中固定部分包括两个轴承座，旋转部分包括：套筒、驱动轮、轴环、夹爪、铰链销、夹持杆、套筒固定环、夹紧弹簧固定环、夹紧弹簧、夹爪张开弹簧、夹爪方向确认片；所述机械手由夹紧弹簧提供夹紧力，常态下处于夹紧状态，卸料和上料时只需外力在夹持杆端部顶一下就能张开夹爪；外部滚轮带动驱动轮旋转可实现夹持零件的旋转加工；没有线缆与机械手牵连，可实现机械手在不同工位之间的周转；所有零件采用轴对称布置，夹持零件旋转时圆跳动在0.04mm以内。

Description

一种用于夹持微小零件的机械手

技术领域

本发明涉及一种用于夹持微小零件的机械手。

背景技术

实现零件的自动化或半自动生产是目前中国制造业发展的一个大的趋势，但由于零件种类繁多，样式各样，这给实现零件的自动化加工增加了难度，尤其是一些弯曲的微小零件需要进行一些特殊的加工，比如一些弯曲的微小零件需要旋转才能进行加工，同时还要保证自动上料的顺畅，避开弯曲零件的弯曲部分等，目前这类型的零件基本上还需靠人工进行生产，这是无法满足如今日益增长的生产需求和日益智能化生产的经济发展趋势，因此，急需提高实现这类零件生产的自动化和智能化。

要实现零件的自动化加工，首先必须解决这些特殊类型的零件自动夹持以及工序间的周转问题，因此急需设计一种可靠夹持机构，对微小零件进行夹持以及实现各工序间的周转，才能为实现微小零件的自动化生产奠定基础。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于夹持微小零件的机械手。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种用于夹持微小零件的机械手，包括固定部分和旋转部分；

其中固定部分包括两个轴承座；旋转部分包括夹紧弹簧固定环、夹紧弹簧、夹爪方向确认片、套筒固定环、套筒、轴环、夹持杆、驱动轮、夹爪张开弹簧、铰链销以及夹爪；

所述套管为机械手主体，外形为圆柱体，内部有同轴通孔及沉孔，一端有开口槽及台阶；所述套筒中部套有驱动轮、两端套有轴承座，轴环隔开驱动轮与轴承座；所述套筒一端有套筒固定环，防止机械手转动部分发生轴向位移；所述套筒一端有夹爪方向确认片，配合光电传感器使得机械手旋转后每次停止位置一致；所述套筒内部通孔安装夹持杆，夹持杆一端有V形槽及螺纹，另一端有对称开口槽，夹持杆螺纹端安装夹紧弹簧固定环和夹紧弹簧，夹持杆开口槽一端与夹爪配合，使得夹爪自然状态处于夹紧状态；所述套筒台阶端安装有夹爪张开弹簧、铰链销以及夹爪，夹爪可绕铰链销做旋转运动，夹爪张开弹簧使得夹爪始终紧贴夹持杆开口槽，形成凸轮副；外力作用在夹持杆V形槽端，可以使得夹爪张开；外力矩作用在驱动轮上，可以实现夹持零件的高速旋转加工。

进一步的，所述夹爪方向确认片为圆形薄片，其中心有孔，用于通过压紧弹簧及夹持杆；中心孔周边有通孔，可将夹爪方向确认片固定在套筒的端面；端部有开口槽，与光电传感器配合可以使得机械手旋转固定角度。

进一步的，所述套筒外形为圆柱体，端面有台阶，限制轴承座轴向移动；所述套筒有同轴通孔，与夹持杆间隙配合，提供较好的导向作用，使得夹爪有良好的对中性；所述套筒有同轴沉孔，用于固定夹紧弹簧，配合夹紧弹簧固定环，使夹持杆有向后运动的趋势，配合夹爪的半圆凸轮，使得夹爪在自然状态处于夹紧状态；所述套筒有通孔，用于固定铰链销，夹爪固定在套筒凹槽之间、与铰链销铰接；所述套筒有螺纹孔，用于固定夹爪张开弹簧；所述套筒有同轴沉孔及凹槽，用于安装夹爪；所述套筒有螺纹孔，用于固定夹爪方向确认片。

进一步的，所述夹持杆圆柱体，与套筒内通孔间隙配合，使得夹持杆轴向有良好的导向性，其一端有V形槽，配合同样是V形的顶杆，可以使得夹爪张开时开口完全处于水平位置；所述夹持杆一端有螺纹，用于固定夹紧弹簧固定环；所述夹持杆另一端有两面对称凹槽，夹爪半圆形凸轮在凹槽内移动，可以实现夹爪的张开与闭合。

进一步的，所述驱动轮为圆柱形，内侧为金属层，增加驱动轮强度，中心有通孔，套在套筒上；所述驱动轮外侧为聚氨酯层；所述驱动轮周向90度分布两个止动螺钉，用于将驱动轮固定在套筒上，为机械手提供旋转动力。

进一步的，所述夹爪端部有半圆形凸轮，与夹持杆开口槽配合，当夹持杆轴向移动的时候，可以实现夹爪的张开与闭合；沉孔与夹爪张开弹簧配合，使得夹爪凸轮始终紧贴夹持杆开口槽，形成凸轮副；通孔与铰链销配合，保证夹爪沿铰链销自由转动；端部开口槽用于夹持加工的零件，开口形状与尺寸视零件大小而定，已经测试可以夹持直径0.4～2mm、长度10～35mm的零件。

进一步的，所述夹紧弹簧固定环、夹紧弹簧、夹爪方向确认片、套筒固定环、套筒、轴环、夹持杆、驱动轮、夹爪张开弹簧、铰链销以及夹爪均为轴对称结构，使得夹爪圆跳动小于0.04mm。

进一步的，所述夹爪的端部设有开口槽，为夹持零件提供导向作用，使得零件夹持过程中不晃动、脱离、偏心等。

为了实现机械手夹持零件的旋转加工，本发明采用轴承座为支撑结构，其他部分均沿着轴承座轴向旋转；为了实现零件的夹持，本发明采用夹紧弹簧为动力，通过夹持杆与夹爪凸轮机构使得夹爪在无外力作用下处于夹紧状态，只需要在夹持杆后面顶一下就可以使得夹爪张开；为了使得机械手可以轴向高速旋转，本发明在套筒上增加了驱动轮，外部力矩作用在驱动轮上可以带动机械手高速旋转；为了使机械手具有良好的对中性，所有零件采用轴对称设计，使得夹爪夹持零件时圆跳动在0.04mm以内；由于整个机构和外部没有线缆牵连，所有机械手可以在各个工位之间来回周转。

为了实现夹爪张开与闭合，本发明用铰链销将两个夹爪铰接在套筒端部，夹爪可以绕铰链销自由转动，夹爪上的凸轮与夹持杆开口槽配合，保证夹爪在张开与闭合状态都有良好的对中性。

为了使得卸料方便，本发明在套筒端部安装了夹爪方向确认片，配合光电传感器，在每个工位都可以使得夹爪开口朝向为水平位置，方便零件卸料。

为了保证机械手在高速旋转下有较小的圆跳动，本发明采用夹持杆与套筒同轴紧密配合，导向部分长度是夹持杆直径的3倍以上，夹持杆相对于套筒只发生轴向移动，不转动；这些措施使得机械手夹持零件高速转动时，圆跳动在0.04mm以内。

本发明的有益效果在于：本发明采用弹簧作为机械手夹紧动力，提供机械手旋转运动的动力源与机械手分开，所有结构采用轴向对称布置，使得机械手在夹持零件的同时能够有良好的对中性，实现零件旋转高速、精密的加工。通过改变夹持杆开口槽形状以及夹爪半圆凸轮大小，可以改变夹爪张开距离，适应不同直径的微小零件的夹持。

附图说明

图1为本发明的装配结构示意图；

图2为本发明的外形结构示意图；

图3为本发明夹紧弹簧固定环结构示意图；

图4为本发明夹紧弹簧结构示意图；

图5为本发明夹爪方向确认片结构示意图；

图6为本发明套筒固定环结构示意图；

图7为本发明轴承座结构示意图；

图8为本发明套筒结构示意图；

图9为本发明图8的俯视图；

图10为本发明图8的左视图；

图11为本发明轴环结构示意图；

图12为本发明夹持杆结构示意图；

图13为本发明驱动轮结构示意图；

图14为本发明夹爪张开弹簧结构示意图；

图15为本发明铰链销结构示意图；

图16为本发明夹爪结构示意图；

图17为本发明图16的右视图；

图18为本发明夹爪闭合示意图；

图19为本发明夹爪张开示意图。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1和图2所示，分别为本发明的结构示意图和装配表达示意图，包括夹紧弹簧固定环1、夹紧弹簧2、夹爪方向确认片3、套筒固定环4、轴承座5、套筒6、轴环7、夹持杆8、驱动轮9、夹爪张开弹簧10、铰链销11以及夹爪12。

在该实施例中，所述夹紧弹簧固定环1选用纹、止动螺丝系列固定环，作为夹紧弹簧2的限位机构；所述夹紧弹簧2选用恒定负载弹簧，通过固定环1固定在夹持杆8上，用于提供夹爪12夹紧的动力；所述夹爪方向确认片3有同轴孔及开口槽，安装在套筒6端部，用于定位夹爪旋转的角度，确保卸料流畅；所述套筒固定环4选用带内螺纹、止动螺丝的固定环，用于防止套筒6相对于轴承座5轴向移动；所述轴承座内部安装有滚动轴承，保证能够实现夹爪夹持零件旋转加工；所述套筒6带台阶，外部连接轴承座5，内部为夹持杆8提供导向作用，一端安装夹爪方向确认片3及夹紧弹簧2，另一端安装夹爪12，是整个机构最关键的部分，影响夹爪转动时的圆跳动；所述轴环7套在套筒6上，安装在轴承座5与驱动轮9之间；所述夹持杆8外形为圆柱形，与套筒6同轴，一端有V形槽及螺纹，另一端有两面对称的凹槽，一端安装夹紧弹簧固定环1及夹紧弹簧2，另一端与夹爪12的半圆凸轮配合，控制夹爪12的张开与闭合；所述驱动轮9与套筒6同轴并且相对固定，力矩施加在驱动轮上，可以使得机械手高速旋转；所述夹爪张开弹簧10一端固定在套筒6上，另一端固定在夹爪12上，使得夹爪12半圆凸轮始终紧贴夹持杆8的凹槽上，实现两者的紧密配合；所述铰链销11固定在套筒6一端，使得夹爪12可以绕铰链销11自由旋转，从而保证夹爪12顺利张开与闭合；所述夹爪12一端有半圆凸轮，另一端有开口槽，凸轮与夹持杆8配合实现夹爪张开与闭合，开口槽视夹持的零件而定，可以夹持直径0.4～2mm、长度10～35mm的零件。

如图3所示为本发明夹紧弹簧固定环1的结构示意图，其上包括用于固定在夹持杆8上的内螺纹1.1，以及防松用的止动螺钉1.2及1.3；

如图4所示为本发明夹紧弹簧2的结构示意图，通过固定环1固定在夹持杆8上，用于提供夹爪12夹紧的动力。

如图5所示为本发明夹爪方向确认片3的结构示意图，其上包括让开夹紧弹簧2及夹持杆8的中心孔3.1，以及固定在套筒6端部的安装孔3.2，以及与光电传感器配合确认夹爪旋转角度的开口槽3.3。

如图6所示为本发明套筒固定环4的结构示意图，其上包括用于固定在夹套筒6上的内螺纹4.2，以及防松用的止动螺钉4.1及4.3；固定环4用于固定夹爪旋转部分，防止机构发生轴向移动。

如图7所示为本发明轴承座5的结构示意图，其上包括安装孔5.1，深沟球轴承5.2以及支撑体5.3；所述轴承座5安装在套筒6上，保证能够实现夹爪夹持零件旋转加工。

如图8-10所示为本发明套筒6的结构示意图，外形为圆柱体，端面有台阶6.3，限制轴承座5轴向移动；所述套筒6有同轴通孔6.1，与夹持杆8间隙配合，提供较好的导向作用，使得夹爪12有良好的对中性；所述套筒6有同轴沉孔6.2，用于固定夹紧弹簧2，配合夹紧弹簧固定环1，使夹持杆8有向后运动的趋势，配合夹爪12的半圆凸轮，使得夹爪12在自然状态处于夹紧状态；所述套筒6有通孔6.5，用于固定铰链销11，夹爪12固定在套筒6凹槽之间、与铰链销11铰接；所述套筒6有螺纹孔6.4，用于固定夹爪张开弹簧10；所述套筒6有同轴沉孔6.7及凹槽6.6，用于安装夹爪12，以及让开夹持零件，避免与零件产生干扰；所述套筒6有螺纹孔6.8，用于固定夹爪方向确认片3。

如图11所示为本发明轴环7的结构示意图，所述轴环7套在套筒6上，安装在轴承座5与驱动轮9之间，防止机械手旋转部分与固定部分发生干涉。

如图12所示为本发明夹持杆8的结构示意图，所述夹持杆8圆柱体，与套筒6内通孔6.1间隙配合，使得夹持杆8轴向有良好的导向性，其一端有V形槽8.1，配合同样是V形的顶杆，可以使得夹爪12张开时开口完全处于水平位置；所述夹持杆8一端有螺纹8.2，用于固定夹紧弹簧固定环1；所述夹持杆8另一端有两面对称凹槽8.3，夹爪12半圆形凸轮在凹槽内移动，可以实现夹爪的张开与闭合；

如图13所示为本发明驱动轮9的结构示意图，整体为圆柱形，内侧为金属层9.1，增加驱动轮强度，中心有通孔，套在套筒6上；所述驱动轮9外侧为聚氨酯层9.2，增加摩擦力、耐冲击力，增加外部动力传递的效率；所述驱动轮9周向90度分布两个止动螺钉9.3，用于将驱动轮9固定在套筒6上，为机械手提供旋转动力。

如图14所示为本发明夹爪张开弹簧10的结构示意图，一端固定在套筒6上，另一端固定在夹爪12上，使得夹爪12半圆凸轮始终紧贴夹持杆8的凹槽上，保证凸轮机构的正常运行，为夹爪张开提供动力。

如图15所示为本发明铰链销11的结构示意图，铰链销11.1嵌入套筒通孔6.5，使得夹爪12可以绕铰链销11自由旋转，从而保证夹爪12顺利张开与闭合；卡扣11.2将铰链销11固定在套筒6上，防止铰链销11脱落。

如图16-17所示为本发明夹爪12的结构示意图，端部有半圆形凸轮12.1，与夹持杆凹槽8.3配合，当夹持杆8轴向移动的时候，可以实现夹爪12的张开与闭合；沉孔12.2与夹爪张开弹簧10配合，使得夹爪12凸轮始终紧贴夹持杆凹槽8.3，并且为夹爪12的张开提供动力；通孔12.3与铰链销11配合，保证夹爪绕铰链销自由转动；端部开口槽12.4用于夹持加工的零件，开口形状与尺寸视零件大小而定，已经测试可以夹持直径0.4～2mm、长度10～35mm的零件。

如图18-19所示为本发明夹爪张开与闭合示意图，其中L1为夹爪闭合时，夹爪凸轮12.1与夹持杆凹槽8.3斜面接触点距夹持杆凹槽8.3水平面距离；L2为夹爪凸轮12.1圆心距夹爪安装孔12.3圆心距离；L3为爪安装孔12.3圆心距夹爪开口槽12.4中心距离。

需要注意的是，同一开口槽直径的夹爪只能加工一种直径的零件，不过长度可以不同，还可以加工不同尺寸带弯曲部分的零件；不同直径的零件需要更换不同开口槽的夹爪。

Claims (8)

1.一种用于夹持微小零件的机械手，其特征在于：包括固定部分和旋转部分；

其中固定部分包括两个轴承座(5)；旋转部分包括夹紧弹簧固定环(1)、夹紧弹簧(2)、夹爪方向确认片(3)、套筒固定环(4)、套筒(6)、轴环(7)、夹持杆(8)、驱动轮(9)、夹爪张开弹簧(10)、铰链销(11)以及夹爪(12)；

所述套管(6)为机械手主体，外形为圆柱体，内部有同轴通孔及沉孔，一端有开口槽及台阶；所述套筒(6)中部套有驱动轮(9)、两端套有轴承座(5)，轴环(7)隔开驱动轮(9)与轴承座(5)；所述套筒(6)一端有套筒固定环(4)；所述套筒(6)一端有夹爪方向确认片(3)；所述套筒(6)内部通孔安装夹持杆(8)，夹持杆(8)一端有V形槽及螺纹，另一端有对称开口槽，夹持杆(8)螺纹端安装夹紧弹簧固定环(1)和夹紧弹簧(2)，夹持杆(8)开口槽一端与夹爪(12)配合；所述套筒(6)台阶端安装有夹爪张开弹簧(10)、铰链销(11)以及夹爪(12)，夹爪(12)可绕铰链销(11)做旋转运动，夹爪张开弹簧(10)使得夹爪(12)始终紧贴夹持杆(8)开口槽，形成凸轮副；外力作用在夹持杆(8)V形槽端，可以使得夹爪(12)张开；外力矩作用在驱动轮(9)上，可以实现夹持零件的高速旋转加工。

2.如权利要求1所述的用于夹持微小零件的机械手，其特征在于：所述夹爪方向确认片(3)为圆形薄片，其端部有开口槽(3.3)；中心有孔(3.1)，用于通过压紧弹簧(2)及夹持杆(8)；中心孔(3.1)周边有通孔(3.2)，可将夹爪方向确认片(3)固定在套筒(6)的端面。

3.如权利要求1所述的用于夹持微小零件的机械手，其特征在于：所述套筒(6)外形为圆柱体，端面有台阶(6.3)，限制轴承座(5)轴向移动；所述套筒(6)有同轴通孔(6.1)，与夹持杆(8)间隙配合；所述套筒(6)有同轴沉孔(6.2)，用于固定夹紧弹簧(2)，配合夹紧弹簧固定环(1)，使夹持杆(8)有向后运动的趋势，配合夹爪(12)的半圆凸轮，使得夹爪(12)在自然状态处于夹紧状态；所述套筒(6)有通孔(6.5)，用于固定铰链销(11)，夹爪(12)固定在套筒(6)凹槽之间、与铰链销(11)铰接；所述套筒(6)有螺纹孔(6.4)，用于固定夹爪张开弹簧(10)；所述套筒(6)有同轴沉孔(6.7)及凹槽(6.6)，用于安装夹爪(12)；所述套筒(6)有螺纹孔(6.8)，用于固定夹爪方向确认片(3)。

4.如权利要求1所述的用于夹持微小零件的机械手，其特征在于：所述夹持杆(8)圆柱体，与套筒(6)内通孔(6.1)间隙配合，使得夹持杆(8)轴向有良好的导向性，其一端有V形槽(8.1)，配合同样是V形的顶杆，可以使得夹爪(12)张开时开口完全处于水平位置；所述夹持杆(8)一端有螺纹(8.2)，用于固定夹紧弹簧固定环(1)；所述夹持杆(8)另一端有两面对称凹槽(8.3)，夹爪(12)半圆形凸轮在凹槽内移动，可以实现夹爪的张开与闭合。

5.如权利要求1所述的用于夹持微小零件的机械手，其特征在于：所述驱动轮(9)为圆柱形，内侧为金属层(9.1)，中心有通孔，套在套筒(6)上；所述驱动轮(9)外侧为聚氨酯层(9.2)；所述驱动轮(9)周向90度分布两个止动螺钉，用于将驱动轮(9)固定在套筒(6)上。

6.如权利要求1所述的用于夹持微小零件的机械手，其特征在于：所述夹爪(12)端部有半圆形凸轮(12.1)，与夹持杆开口槽(8.3)配合，当夹持杆(8)轴向移动的时候，可以实现夹爪(12)的张开与闭合；沉孔(12.2)与夹爪张开弹簧(10)配合，使得夹爪(12)凸轮始终紧贴夹持杆开口槽(8.3)，形成凸轮副；通孔(12.3)与铰链销(11)配合；端部开口槽(12.4)用于夹持加工的零件。

7.如权利要求1所述的用于夹持微小零件的机械手，其特征在于：所述夹紧弹簧固定环(1)、夹紧弹簧(2)、夹爪方向确认片(3)、套筒固定环(4)、套筒(6)、轴环(7)、夹持杆(8)、驱动轮(9)、夹爪张开弹簧(10)、铰链销(11)以及夹爪(12)均为轴对称结构。

8.如权利要求1所述的用于夹持微小零件的机械手，其特征在于：所述夹爪(12)的端部设有开口槽。