CN110757486A - 一种锻造机器人双头两爪欠秩夹具 - Google Patents

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张全兵
何淑婷
余洋
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Abstract

本发明公开一种锻造机器人双头两爪欠秩夹具，包括夹具连接机构、左两爪欠秩夹具和右两爪欠秩夹具。夹具连接机构通过步进电机带动一对啮合的锥齿轮组转动，从而实现左、右两爪欠秩夹具的旋转。左、右两爪欠秩夹具结构完全相同且对称位于夹具连接机构的左、右端。左、右两爪欠秩夹具结构都固定在滑台气缸上可以实现夹具沿与其轴向相垂直的方向移动。左、右两爪欠秩夹具结构都包括夹具底座、夹具上前座、夹具上后座和夹持装置，夹持装置又包括夹持传动机构和指形连接机构。本发明的双头结构实现了一模二件锻件的夹取；夹具的旋转和移动扩大了抓取范围；基于欠秩机构原理的两爪夹具提高了有内孔形状特征且不同尺寸的锻件自适应抓取，提高了工作效率。

Description

一种锻造机器人双头两爪欠秩夹具
技术领域
本发明属于工业机器人技术领域，尤其涉及到一种锻造机器人双头两爪欠秩夹具。
背景技术
锻造生产为典型的高温、震动、噪音、粉尘等复杂环境，并且劳动强度高、危险性大。基于人工操作的锻造生产，不仅用工困难、人力成本高，而且生产效率低、质量不稳定。近年来，随着科技的发展，以及对锻件质量稳定性和同一性的产品要求越来越高，利用锻造机器人替代人工，实现关键工序智能化、生产过程智能化控制成为产业技术升级的必然。但锻造机器人的使用，很大程度上离不开机械手端部夹具，其是实现工件精确夹持，协助机器人完成作业的关键。常用专用夹具虽然制造简单、控制方便，但是缺乏通用性，而锻造行业锻件通常品种多、形状各异，因此需要一种能满足多任务和高适应性需求的夹具。
基于欠秩机构原理的机械手夹具能根据工件形状进行自适应抓取而具有被动柔顺的优点，此外其欠驱动能最大程度减少夹具驱动元件，因而受到广泛关注。因此，基于欠秩机构原理开发锻造机器人的机械手夹具，有助于提高机器人的锻件夹持效率，扩大夹具操作范围，从而协助机器人完成复杂、精巧的工作任务。
发明内容
本发明的目的在于针对有内孔形状特征锻件，且是一模两件需同时上下料的夹具，提供一种双头两爪欠秩夹具，从而提高锻造机器人对此类锻件的夹持精度和效率。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种锻造机器人双头两爪欠秩夹具，包括机械手臂1，所述机械手臂1的末端固定连接有夹具连接机构2，所述夹具连接机构2的左端和右端分别对称固定连接有结构完全相同的左两爪欠秩夹具3和右两爪欠秩夹具4。
所述的夹具连接机构2包括夹具连接壳5，所述夹具连接壳5内安置有第一步进电机6和与所述第一步进电机6的轴相垂直的圆锥中心轴9，所述第一步进电机6的轴的端部装有的第一圆锥齿轮7，所述圆锥中心轴9装有的第二圆锥齿轮8，所述第一圆锥齿轮7垂直啮合着第二圆锥齿轮8，所述的圆锥中心轴9的左端，依次从右向左连接有联轴器10、法兰轴承11、气缸垫板12和滑台气缸13，右端，由左向右同样依次连接有相同的联轴器、法兰轴承、气缸垫板和滑台气缸。
所述的左两爪欠秩夹具3或右两爪欠秩夹具4，包括固定连接在所述滑台气缸13上的夹具底座14，所述夹具底座14上方通过连接板17相向安装有夹具上前座15和夹具上后座16，在所述夹具底座14内部和所述夹具上前座15和夹具上后座16之间安装有夹持装置18，所述夹持装置18由夹持传动机构19和指形连接机构20构成。
所述夹持传动机构19包括第二步进电机21和通过第一轴承29和第二轴承30平行安装在夹具上前座15和夹具上后座16内壁上的第一阶梯轴25和第二阶梯轴28，所述第二步进电机21的轴端固定连接有蜗杆22，所述蜗杆22通过凹形轴承座23固定在夹具底座14上，所述蜗杆22与安装在第一阶梯轴25上的蜗轮24相啮合，所述第一阶梯轴25上紧贴涡轮24还安装有第一齿轮26，所述第一齿轮26与安装在第二阶梯轴28上的第二齿轮27相啮合。
所述指形连接机构20包括紧贴第一齿轮26套装在第一阶梯轴25上的右曲杆31，所述右曲杆31的右端通过圆柱销连接着第一叉形杆32的下端，所述第一叉形杆32的上端通过圆柱销与第一连接杆33右端和右夹紧指34右端连接，所述第一连接杆33左端通过第一销钉35固定在夹具上后座16内壁上，所述右夹紧指34左端通过圆柱销连接着第二连接杆36右端，所述第二连接杆36左端通过圆柱销连接着第三连接杆37右端，所述第三连接杆37左端通过第二销钉38固定在夹具上后座16内壁上；所述第二阶梯轴28上紧贴第二齿轮27套装有左曲杆39，所述左曲杆39与所述右曲杆31相同的连接方式依次连接有第二叉形杆40、第四连接杆41、左夹紧指42、第五连接杆43、第六连接杆44。
所述第一圆锥齿轮7与第一步进电机6轴的连接，所述圆锥中心轴9与第二圆锥齿轮8的连接，所述蜗轮24、第一齿轮26与所述第一阶梯轴25的连接，所述第二齿轮27与第二阶梯轴28的连接均为键连接。
所述指形连接机构20中的左夹紧指42和右夹紧指34的纵截面为L形板状结构，底部横板中部开有缺口，两端均设有销孔，上部竖板两面均为防滑层表面；所述的防滑层表面为交叉网纹形。
有益效果
(1)双头夹具实现了一模两件的锻件夹持，提高了工作效率；
(2)利用步进电机、锥齿轮啮合实现左右两爪欠秩夹具的同步旋转，有助于不同工件夹持时旋转方向的定位调整；
(3)利用滑台气缸实现左右两爪欠秩夹具沿与其轴向相垂直方向的位移，扩大了抓取范围；
(4)基于欠秩机构原理的两指夹具非常适合有内孔形状特征且不同尺寸的锻件自适应抓取，提高了工作效率。
附图说明：
图1为双头两爪欠秩夹具总示意图，
图2为夹具连接机构内部解剖图，
图3为左两爪欠秩夹具总示意图，
图4为左两爪欠秩夹具内部解剖图，
图5为夹持传动机构示意图，
图6为指形连接机构示意图，
图7为两爪欠秩夹具夹持某内孔形异形锻件前示意图，
图8为两爪欠秩夹具夹持某内孔形异形锻件后示意图，
图中的附图标记为，1.机械手臂，2.夹具连接机构，3.左两爪欠秩夹具，4.右两爪欠秩夹具，5.夹具连接壳，6.第一步进电机，7.第一圆锥齿轮，8.第二圆锥齿轮，9.圆锥中心轴，10.联轴器，11.法兰轴承，12.气缸垫板，13.滑台气缸，14.夹具底座，15.夹具上前座，16.夹具上后座，17.连接板，18.夹持装置，19.夹持传动机构，20.指形连接机构，21.第二步进电机，22.蜗杆，23.凹形轴承座，24.蜗轮，25.第一阶梯轴，26.第一齿轮，27.第二齿轮，28.第二阶梯轴，29.第一轴承，30.第二轴承，31.右曲杆，32.第一叉形杆，33.第一连接杆，34.右夹紧指，35.第一销钉，36.第二连接杆，37.第三连接杆，38.第二销钉，39.左曲杆，40.第二叉形杆，41.第四连接杆，42.左夹紧指，43.第五连接杆，44.第六连接杆，45.内孔形异形锻件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于夹具本身而言，指向夹具内部的方向为内，反之为外，而非对本发明的夹具的特定限定。
本发明中所述的“上、下”的含义指的是:“上”是指位置在高处的，与“下”相对，即上边；“下”是指位置在低处的，与“上”相对，即下层。而非对本夹具的特定限定。
本发明中所述的“左、右”的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左，阅读者的右边即为右，而非对本发明的夹具的特定限定。
本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
本发明中所述的“前、后”的含义指的是阅读者正对附图时，离阅读者近的即为前，离阅读者远的即为后，而非对本发明的夹具的特定限定。
本发明中所述的“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。
如图1所示，本发明的一种锻造机器人双头两爪欠秩夹具，包括机械手臂1，所述机械手臂1的末端固定连接有夹具连接机构2，所述夹具连接机构2的左端和右端分别对称固定连接有结构完全相同的左两爪欠秩夹具3和右两爪欠秩夹具4。
如图2所示，本发明的一种锻造机器人双头两爪欠秩夹具的夹具连接机构2，由夹具连接壳5、第一步进电机6、第一圆锥齿轮7、第二圆锥齿轮8、圆锥中心轴9等组成。所述夹具连接壳5内安置有第一步进电机6和与所述第一步进电机6的轴相垂直的圆锥中心轴9，所述第一步进电机6的轴的端部装有的第一圆锥齿轮7，所述圆锥中心轴9装有的第二圆锥齿轮8，所述第一圆锥齿轮7垂直啮合着第二圆锥齿轮8，所述的圆锥中心轴9的左端，依次从右向左连接有联轴器10、法兰轴承11、气缸垫板12和滑台气缸13，右端，由左向右同样依次连接有相同的联轴器、法兰轴承、气缸垫板和滑台气缸。第一步进电机6通过驱动一对啮合的第一圆锥齿轮7和第二圆锥齿轮8，可以带动左两爪欠秩夹具3和右两爪欠秩夹具4的同步旋转，有助于不同工件夹持时旋转方向的定位调整；而左右对称的滑台气缸可以实现左两爪欠秩夹具3和右两爪欠秩夹具4沿与其轴向相垂直方向的位移，扩大了抓取范围。
如图1、3和4所示，本发明中的左两爪欠秩夹具3或右两爪欠秩夹具4，由夹具底座14、夹具上前座15、夹具上后座16和夹持装置18等组成。所述夹具底座14固定连接在滑台气缸13上，夹具底座14上方通过连接板17相向安装有夹具上前座15和夹具上后座16，在所述夹具底座14内部和所述夹具上前座15和夹具上后座16之间安装有夹持装置18，所述夹持装置18由夹持传动机构19和指形连接机构20构成。
如图4和5所示，本发明中的夹持传动机构19包括第二步进电机21和通过第一轴承29和第二轴承30平行安装在夹具上前座15和夹具上后座16内壁上的第一阶梯轴25和第二阶梯轴28，所述第二步进电机21的轴端固定连接有蜗杆22，所述蜗杆22通过凹形轴承座23固定在夹具底座14上，所述蜗杆22与安装在第一阶梯轴25上的蜗轮24相啮合，所述第一阶梯轴25上紧贴涡轮24还安装有第一齿轮26，所述第一齿轮26与安装在第二阶梯轴28上的第二齿轮27相啮合。
如图4、5和6所示，本发明中的指形连接机构20包括第一阶梯轴25、右曲杆31、第一叉形杆32、右夹紧指34、第二阶梯轴28、左曲杆39、第二叉形杆40、左夹紧指42等组成。紧贴第一齿轮26，在第一阶梯轴25上套装着右曲杆31，所述右曲杆31的右端通过圆柱销连接着第一叉形杆32的下端，所述第一叉形杆32的上端通过圆柱销与第一连接杆33右端和右夹紧指34右端连接，所述第一连接杆33左端通过第一销钉35固定在夹具上后座16内壁上，所述右夹紧指34左端通过圆柱销连接着第二连接杆36右端，所述第二连接杆36左端通过圆柱销连接着第三连接杆37右端，所述第三连接杆37左端通过第二销钉38固定在夹具上后座16内壁上；所述第二阶梯轴28上紧贴第二齿轮27套装有左曲杆39，所述左曲杆39与所述右曲杆31相同的连接方式依次连接有第二叉形杆40、第四连接杆41、左夹紧指42、第五连接杆43、第六连接杆44。所述指形连接机构20中的左夹紧指42和右夹紧指34的纵截面为L形板状结构，底部横板中部开有缺口，两端均设有销孔，上部竖板两面均为防滑层表面；所述的防滑层表面为交叉网纹形。第二步进电机21通过驱动蜗轮蜗杆啮合、齿轮啮合实现指形连接机构20的张合。
图7为本发明锻造机器人双头两爪欠秩夹具夹持某内孔形异形锻件前的示意。
图8为本发明锻造机器人双头两爪欠秩夹具夹持某内孔形异形锻件后的示意。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锻造机器人双头两爪欠秩夹具，包括机械手臂(1)，其特征在于：所述机械手臂(1)的末端固定连接有夹具连接机构(2)，所述夹具连接机构(2)的左端和右端分别对称固定连接有结构完全相同的左两爪欠秩夹具(3)和右两爪欠秩夹具(4)，其中，
所述的夹具连接机构(2)包括夹具连接壳(5)，所述夹具连接壳(5)内安置有第一步进电机(6)和与所述第一步进电机(6)的轴相垂直的圆锥中心轴(9)，所述第一步进电机(6)的轴的端部装有的第一圆锥齿轮(7)，所述圆锥中心轴(9)装有的第二圆锥齿轮(8)，所述第一圆锥齿轮7垂直啮合着第二圆锥齿轮(8)，所述的圆锥中心轴(9)的左端，依次从右向左连接有联轴器(10)、法兰轴承(11)、气缸垫板(12)和滑台气缸(13)，右端，由左向右同样依次连接有相同的联轴器、法兰轴承、气缸垫板和滑台气缸；
所述的左两爪欠秩夹具(3)或右两爪欠秩夹具(4)，包括固定连接在所述滑台气缸(13)上的夹具底座(14)，所述夹具底座(14)上方通过连接板(17)相向安装有夹具上前座(15)和夹具上后座(16)，在所述夹具底座(14)内部和所述夹具上前座(15)和夹具上后座(16)之间安装有夹持装置(18)，所述夹持装置(18)由夹持传动机构(19)和指形连接机构(20)构成。
2.根据权利要求1所述的锻造机器人双头两爪欠秩夹具，其特征在于：所述夹持传动机构(19)包括第二步进电机(21)和通过第一轴承(29)和第二轴承(30)平行安装在夹具上前座(15)和夹具上后座(16)内壁上的第一阶梯轴(25)和第二阶梯轴(28)，所述第二步进电机(21)的轴端固定连接有蜗杆(22)，所述蜗杆(22)通过凹形轴承座(23)固定在夹具底座(14)上，所述蜗杆(22)与安装在第一阶梯轴(25)上的蜗轮(24)相啮合，所述第一阶梯轴(25)上紧贴涡轮(24)还安装有第一齿轮(26)，所述第一齿轮(26)与安装在第二阶梯轴(28)上的第二齿轮(27)相啮合。
3.根据权利要求1所述的锻造机器人双头两爪欠秩夹具，其特征在于：所述指形连接机构(20)包括紧贴第一齿轮(26)套装在第一阶梯轴(25)上的右曲杆(31)，所述右曲杆(31)的右端通过圆柱销连接着第一叉形杆(32)的下端，所述第一叉形杆(32)的上端通过圆柱销与第一连接杆(33)右端和右夹紧指(34)右端连接，所述第一连接杆(33)左端通过第一销钉(35)固定在夹具上后座(16)内壁上，所述右夹紧指(34)左端通过圆柱销连接着第二连接杆(36)右端，所述第二连接杆(36)左端通过圆柱销连接着第三连接杆(37)右端，所述第三连接杆(37)左端通过第二销钉(38)固定在夹具上后座(16)内壁上；所述第二阶梯轴(28)上紧贴第二齿轮(27)套装有左曲杆(39)，所述左曲杆(39)与所述右曲杆(31)相同的连接方式依次连接有第二叉形杆(40)、第四连接杆(41)、左夹紧指(42)、第五连接杆(43)、第六连接杆(44)。
4.根据权利要求2所述的锻造机器人双头两爪欠秩夹具，其特征在于：所述第一圆锥齿轮(7)与第一步进电机(6)轴的连接，所述圆锥中心轴(9)与第二圆锥齿轮(8)的连接，所述蜗轮(24)、第一齿轮(26)与所述第一阶梯轴(25)的连接，所述第二齿轮(27)与第二阶梯轴(28)的连接均为键连接。
5.根据权利要求3所述的锻造机器人双头两爪欠秩夹具，其特征在于：所述指形连接机构(20)中的左夹紧指(42)和右夹紧指(34)的纵截面为L形板状结构，底部横板中部开有缺口，两端均设有销孔，上部竖板两面均为防滑层表面。
6.根据权利要求5所述的锻造机器人双头两爪欠秩夹具，其特征在于：所述的防滑层表面为交叉网纹形。
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