CN110561466A - 一种大行程双自锁自动化零件抓手及抓取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大行程双自锁自动化零件抓手及抓取方法，包括安装底座、正反对中丝杆、对中驱动装置、对中移栽板、锁紧块自锁机构和夹爪；夹爪包括锁紧块和固定夹爪；锁紧块的锁紧面和固定夹爪的锁紧面均呈竖直状态且相向设置；固定夹爪的另一端与固定夹爪座的底端相连接，固定夹爪座竖直设置；锁紧块自锁机构与竖直平面呈第一夹角α，该第一夹角α小于夹爪与待抓取工件间的摩擦角；锁紧块自锁机构包括自锁夹爪座和锁紧块驱动装置；自锁夹爪座顶端与另一对中移栽板相连接，锁紧块驱动装置安装在自锁夹爪座底部，锁紧块驱动装置的活塞杆底端与锁紧块连接。本发明在在具备自锁功能的情况下，具有超大行程，能够兼容很大范围内的工件。

Description

一种大行程双自锁自动化零件抓手及抓取方法

技术领域

本发明涉及自动化领域，特别是一种大行程双自锁自动化零件抓手及抓取方法。

背景技术

目前，自动化领域的兼容工件范围大的夹爪，主要靠正压力产生的摩擦力来提升工件，这种类型的夹爪存在着如下不足，有待进行改进：

1、在进行质量大的工件抓取时结构非常笨重，需要很大的驱动装置来实现。

2、在突发断电或断气的情况下，工件会掉落，安全性极差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种大行程双自锁自动化零件抓手及抓取方法，该大行程双自锁自动化零件抓手及抓取方法在具备自锁功能的情况下，具有超大行程，能够兼容很大范围内的工件。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种大行程双自锁自动化零件抓手，包括安装底座、正反对中丝杆、对中驱动装置、对中移栽板、锁紧块自锁机构和夹爪。

安装底座设置在移栽装置上，对中驱动装置设置在安装底座上，正反对中丝杆的一端与对中驱动装置连接，并在对中驱动装置的驱动下绕自身轴线转动；正反对中丝杆上设置有一段正向丝杆和一段反向丝杆，正向丝杆和反向丝杠的螺纹方向相反；正向丝杆和反向丝杠上均螺纹连接有一个对中移栽板。

夹爪包括锁紧块和固定夹爪；锁紧块的锁紧面和固定夹爪的锁紧面均呈竖直状态且相向设置。

固定夹爪的另一端与固定夹爪座的底端相连接，固定夹爪座竖直设置，固定夹爪座的顶端与其中一块对中移栽板相连接。

锁紧块自锁机构与竖直平面呈第一夹角α，该第一夹角α小于夹爪与待抓取工件间的摩擦角。

锁紧块自锁机构包括自锁夹爪座和锁紧块驱动装置；自锁夹爪座顶端与另一对中移栽板相连接，锁紧块驱动装置安装在自锁夹爪座底部，锁紧块驱动装置的活塞杆底端与锁紧块直接或间接相连接。

锁紧块自锁机构还包括锁紧块导向装置；自锁夹爪座与竖直平面呈第一夹角α，锁紧块驱动装置内置在自锁夹爪座底部，锁紧块驱动装置的活塞杆底端与锁紧块导向装置相连接，锁紧块导向装置能沿自锁夹爪座滑移，锁紧块的连接面与锁紧块导向装置相连接。

正向丝杆和反向丝杠均为自锁丝杆。

正向丝杆和反向丝杠上的螺纹齿均呈梯形，梯形的升降导程角小于正向丝杆或反向丝杠与丝母间的摩擦角。

锁紧块受向下的力为F2，则F2=G/2，其中，G为抓取工件的重力。

安装底座底部设置有与正反对中丝杆相平行的导轨；每个对中移栽板的顶部均连接一个对中导向装置，每个对中导向装置均能沿导轨进行滑移。

一种大行程双自锁自动化零件的抓取方法，包括如下步骤。

步骤1，夹爪打开：移栽装置将大行程双自锁自动化零件抓手至待抓取工件的正上方，对中驱动装置驱动正反对中丝杆旋转，锁紧块和固定夹爪反向运动，夹爪打开，使得锁紧块锁紧面和固定夹爪锁紧面之间的距离大于待抓取工件的最大宽度；

步骤2，夹爪与待抓取工件预夹紧：锁紧块和固定夹爪在移栽装置的作用下，高度竖直下降，直至与待抓取工件上待抓取部位的高度相等；此时，锁紧块的锁紧面和固定夹爪的锁紧面对称布设在待抓取工件上待抓取部位的两侧；对中驱动装置驱动正反对中丝杆旋转，锁紧块和固定夹爪相向运动，直至锁紧块的锁紧面和固定夹爪的锁紧面与待抓取工件上待抓取部位相接触配合。

步骤3，夹爪与待抓取工件二次夹紧及自锁：锁紧块导向装置与竖直平面呈第一夹角α，该第一夹角α小于夹爪与待抓取工件间的摩擦角；锁紧块驱动装置驱动锁紧块导向装置沿着第一夹角α的方向向下移动，使得夹爪与待抓取工件形成二次紧密夹紧及自锁。

步骤4，待抓取工件移栽：移栽装置带动待抓取工件移动，移栽过程中，锁紧块受向下的力为F2，则F2=G/2，其中，G为抓取工件的重力；由于抓取工件的重力保持不变，故锁紧块受向下的力F2保持不变，夹爪在抓取工件上的抓取部位保持不变。

步骤2中，采用距离传感器对固定夹爪的锁紧面或锁紧块的锁紧面与待抓取工件上待抓取部位之间的距离进行检测。

本发明具有如下有益效果：

1、具有超大行程，能够兼容很大范围内的工件的夹取。夹爪兼容工件的行程最终由正反对中丝杆的行程决定，因而只需根据工件的最大宽度，选择合适的正反对中丝杆即可。

2、夹紧力由工件自身产生，夹爪只需提供预压紧力即可，不需要很大的驱动装置。

3、具有自锁能够，在断电或断气等突发情况下保证工件夹紧，防止工件掉落，保证安全。

附图说明

图1显示了本发明一种大行程双自锁自动化零件抓手的结构示意图。

图2显示了本发明中工件的受力分析示意图。

图3显示了本发明中锁紧块的受力分析图。

图4显示了几种不同类型待抓取工件的示意图。

其中有：

1.安装底座、2.对中导向装置、3.正反对中丝杆、4.对中驱动装置、5.对中移载板、6.固定夹爪座、7.固定夹爪、8.自锁夹爪座、9.锁紧块驱动装置、10.锁紧块导向装置、11.锁紧块、12.距离传感器；13.底板、14.厚工件、15.T形工件、16.薄工件。

另外，图2-3中有：G为工件重力；F为工件受向上的力；N1为锁紧块给工件的正压力；N2为固定夹爪给工件的正压力；f为夹爪与工件的摩擦系数；F2为锁紧块受向下的力；N3为工件给锁紧块的正压力；N4为锁紧块导向装置给锁紧块的正压力；f为夹爪与工件的摩擦系数；α为锁紧块自锁机构或锁紧块导向装置与竖直平面之间的夹角。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图4所示，一种结构件主要由底板13和三种不同形式的工件组成，三个工件分别为厚工件14、T形工件15和薄工件16。按工艺指示，需要将三个工件精确的放置到底板上指定的位置，由于对工件放置位置的精度高，因而要求抓手每次抓取的三维坐标位置保持不变。由于三个工件相互之间共有的特征就是具有一块立板，所以采用立板为基准进行定位和抓取。尽管三个工件均具有立板，但是在厚度方向尺寸差距较大，特别是T形工件15，该T形工件15需要越过上面的横置板材才能接触到立板。然而，T形工件上的横置板材宽度宽，对抓手的抓取行程要大，同时还需具有严格的三维抓取坐标位置。因而，采用现有夹爪无法完成对上述三种工件的精确抓取、移载和定位。本发明的大行程双自锁自动化工件抓手，则可以填补此项空白。

如图1所示，一种大行程双自锁自动化工件抓手，包括安装底座1、正反对中丝杆3、对中驱动装置4、对中移栽板5、锁紧块自锁机构和夹爪。

安装底座设置在移栽装置上，对中驱动装置设置在安装底座上，正反对中丝杆的一端与对中驱动装置连接，并在对中驱动装置的驱动下绕自身轴线转动。对中驱动装置优选为电机等。

正反对中丝杆上设置有一段正向丝杆和一段反向丝杆，正向丝杆和反向丝杠的螺纹方向相反；正向丝杆和反向丝杠均优选为自锁丝杆。正向丝杆和反向丝杠上的螺纹齿均优选呈梯形，梯形的升降导程角小于正向丝杆或反向丝杠与丝母间的摩擦角，从而能够自锁。

正向丝杆和反向丝杠上均螺纹连接有一个对中移栽板。

安装底座底部设置有与正反对中丝杆相平行的导轨；每个对中移栽板的顶部均连接一个对中导向装置2，每个对中导向装置均能沿导轨进行滑移。

夹爪包括锁紧块11和固定夹爪7；锁紧块的锁紧面和固定夹爪的锁紧面均呈竖直状态且相向设置。

固定夹爪的另一端与固定夹爪座的底端相连接，固定夹爪座竖直设置，固定夹爪座的顶端与其中一块对中移栽板相连接。固定夹爪和/或锁紧块上优选设置有距离传感器12，距离传感器检测到工件后，对中驱动装置停止工作。

锁紧块自锁机构与竖直平面呈第一夹角α，该第一夹角α小于夹爪与待抓取工件间的摩擦角。

锁紧块自锁机构包括同轴设置的自锁夹爪座8、锁紧块驱动装置9和锁紧块导向装置10，其轴线与竖直平面呈第一夹角α。

自锁夹爪座顶端与另一对中移栽板相连接，锁紧块驱动装置优选内置在自锁夹爪座底部，

锁紧块驱动装置优选内置在自锁夹爪座底部，锁紧块驱动装置的活塞杆底端与锁紧块导向装置相连接，锁紧块导向装置能沿自锁夹爪座滑移，锁紧块的连接面与锁紧块导向装置相连接。

从图2工件的受力分析可知，工件受向上的力与抓取工件的重力相等，也即F=G；锁紧块给工件的正压力N1则为：N1=（G/2）/f，其中，f为夹爪与工件的摩擦系数；固定夹爪给工件的正压力N2则为：N2=（G/2）/f。

从图3锁紧块的受力分析可知，工件给锁紧块的正压力N3=（G/2）/f；

F2/N3=tanα=（G/2）/（（G/2）/f），由此公式可得f= tanα，所有当α小于工件与锁紧块间的摩擦角时具有自锁功能。

锁紧块受向下的力为F2，则F2= f N2= G/2。

另外，锁紧块导向装置10的摩擦系数远小于夹爪（锁紧块和固定夹爪）与工件间的摩擦系数。因而，夹爪具有两级自锁机构，所以该抓手在进行工件抓取时能够自锁。

一种大行程双自锁自动化工件的抓取方法，包括如下步骤。

步骤1，夹爪打开：移栽装置将大行程双自锁自动化工件抓手至待抓取工件的正上方，对中驱动装置驱动正反对中丝杆旋转，锁紧块和固定夹爪反向运动，夹爪打开，使得锁紧块锁紧面和固定夹爪锁紧面之间的距离大于待抓取工件的最大宽度；

步骤2，夹爪与待抓取工件预夹紧：锁紧块和固定夹爪在移栽装置的作用下，高度竖直下降，直至与待抓取工件上待抓取部位的高度相等；此时，锁紧块的锁紧面和固定夹爪的锁紧面对称布设在待抓取工件上待抓取部位的两侧；对中驱动装置驱动正反对中丝杆旋转，锁紧块和固定夹爪相向运动，直至锁紧块的锁紧面和固定夹爪的锁紧面与待抓取工件上待抓取部位相接触配合。此时，优选采用距离传感器对固定夹爪的锁紧面或锁紧块的锁紧面与待抓取工件上待抓取部位之间的距离进行检测。

步骤3，夹爪与待抓取工件二次夹紧及自锁：锁紧块导向装置与竖直平面呈第一夹角α，该第一夹角α小于夹爪与待抓取工件间的摩擦角；锁紧块驱动装置驱动锁紧块导向装置沿着第一夹角α的方向向下移动，使得夹爪与待抓取工件形成二次紧密夹紧及自锁。

步骤4，待抓取工件移栽：移栽装置带动待抓取工件移动，移栽过程中，锁紧块受向下的力为F2，则F2=G/2，其中，G为抓取工件的重力；由于抓取工件的重力保持不变，故锁紧块受向下的力F2保持不变，夹爪在抓取工件上的抓取部位保持不变。在移动过程中如果发生断电或断气等突发情况，由锁紧块和正反对中丝杆均处于自锁状态，工件不会掉落，保证安全。

综上所述，本发明具有超大的行程，能够兼容很大范围内的工件的抓取，兼容范围大；该抓手能够可靠夹紧工件，工件在抓手上不会发生位移，能够保证移载过程中工件的位置精度。同时该夹爪不依靠夹爪正压紧力产生的摩擦力来实现抓取，而是依靠工件自身的重力自锁作用实现抓取，小巧轻便。同时在面临断电或断气的突发情况下，机构能够自锁，避免工件坠落，安全性高。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大行程双自锁自动化零件抓手，其特征在于：包括安装底座、正反对中丝杆、对中驱动装置、对中移栽板、锁紧块自锁机构和夹爪；

安装底座设置在移栽装置上，对中驱动装置设置在安装底座上，正反对中丝杆的一端与对中驱动装置连接，并在对中驱动装置的驱动下绕自身轴线转动；正反对中丝杆上设置有一段正向丝杆和一段反向丝杆，正向丝杆和反向丝杠的螺纹方向相反；正向丝杆和反向丝杠上均螺纹连接有一个对中移栽板；

夹爪包括锁紧块和固定夹爪；锁紧块的锁紧面和固定夹爪的锁紧面均呈竖直状态且相向设置；

固定夹爪的另一端与固定夹爪座的底端相连接，固定夹爪座竖直设置，固定夹爪座的顶端与其中一块对中移栽板相连接；

锁紧块自锁机构与竖直平面呈第一夹角α，该第一夹角α小于夹爪与待抓取工件间的摩擦角；

锁紧块自锁机构包括自锁夹爪座和锁紧块驱动装置；自锁夹爪座顶端与另一对中移栽板相连接，锁紧块驱动装置安装在自锁夹爪座底部，锁紧块驱动装置的活塞杆底端与锁紧块直接或间接相连接。

2.根据权利要求1所述的大行程双自锁自动化零件抓手，其特征在于：锁紧块自锁机构还包括锁紧块导向装置；自锁夹爪座与竖直平面呈第一夹角α，锁紧块驱动装置内置在自锁夹爪座底部，锁紧块驱动装置的活塞杆底端与锁紧块导向装置相连接，锁紧块导向装置能沿自锁夹爪座滑移，锁紧块的连接面与锁紧块导向装置相连接。

3.根据权利要求1所述的大行程双自锁自动化零件抓手，其特征在于：正向丝杆和反向丝杠均为自锁丝杆。

4.根据权利要求3所述的大行程双自锁自动化零件抓手，其特征在于：正向丝杆和反向丝杠上的螺纹齿均呈梯形，梯形的升降导程角小于正向丝杆或反向丝杠与丝母间的摩擦角。

5.根据权利要求1所述的大行程双自锁自动化零件抓手，其特征在于：锁紧块受向下的力为F2，则F2=G/2，其中，G为抓取工件的重力。

6.根据权利要求1所述的大行程双自锁自动化零件抓手，其特征在于：安装底座底部设置有与正反对中丝杆相平行的导轨；每个对中移栽板的顶部均连接一个对中导向装置，每个对中导向装置均能沿导轨进行滑移。

7.一种大行程双自锁自动化零件的抓取方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，夹爪打开：移栽装置将大行程双自锁自动化零件抓手至待抓取工件的正上方，对中驱动装置驱动正反对中丝杆旋转，锁紧块和固定夹爪反向运动，夹爪打开，使得锁紧块锁紧面和固定夹爪锁紧面之间的距离大于待抓取工件的最大宽度；

步骤2，夹爪与待抓取工件预夹紧：锁紧块和固定夹爪在移栽装置的作用下，高度竖直下降，直至与待抓取工件上待抓取部位的高度相等；此时，锁紧块的锁紧面和固定夹爪的锁紧面对称布设在待抓取工件上待抓取部位的两侧；对中驱动装置驱动正反对中丝杆旋转，锁紧块和固定夹爪相向运动，直至锁紧块的锁紧面和固定夹爪的锁紧面与待抓取工件上待抓取部位相接触配合；

步骤3，夹爪与待抓取工件二次夹紧及自锁：锁紧块导向装置与竖直平面呈第一夹角α，该第一夹角α小于夹爪与待抓取工件间的摩擦角；锁紧块驱动装置驱动锁紧块导向装置沿着第一夹角α的方向向下移动，使得夹爪与待抓取工件形成二次紧密夹紧及自锁；

步骤4，待抓取工件移栽：移栽装置带动待抓取工件移动，移栽过程中，锁紧块受向下的力为F2，则F2=G/2，其中，G为抓取工件的重力；由于抓取工件的重力保持不变，故锁紧块受向下的力F2保持不变，夹爪在抓取工件上的抓取部位保持不变。

8.根据权利要求7所述的大行程双自锁自动化零件的抓取方法，其特征在于：步骤2中，采用距离传感器对固定夹爪的锁紧面或锁紧块的锁紧面与待抓取工件上待抓取部位之间的距离进行检测。