CN111070235A - 一种异形枝芽锻件的三爪欠秩机械手夹具 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业机器人领域，具体涉及一种异形枝芽锻件的三爪欠秩机械手夹具。包括机械手臂、夹具连接机构、左、右三爪欠秩夹具；夹具连接机构固定在机械手臂末端，夹具连接机构的左侧和右侧分别对称固定着结构完全相同的左、右三爪欠秩夹具，夹具连接机构带动左、右三爪欠秩夹具同步转动；左、右三爪欠秩夹具均包括三爪卡盘和三个欠秩指；三个欠秩指的结构相同，三个欠秩指呈中心对称固定于三爪卡盘上；三个欠秩指均包括依次连接的近指节、中指节和末端指节。本发明的双头结构实现了一模二件异形枝芽锻件的夹取；夹具的旋转和移动扩大了抓取范围；基于欠秩机构原理的三爪欠秩夹具提高了异形枝芽锻件的自适应抓取，提高了工作效率。

Description

一种异形枝芽锻件的三爪欠秩机械手夹具

技术领域

本发明属于工业机器人领域，具体涉及一种异形枝芽锻件的三爪欠秩机械手夹具。

背景技术

锻件是装备制造行业的基础零部件，通常作为重要承力件、关键传动件和安全保障件，广泛应用于汽车、能源、轨道交通、电力、船舶和航天航空等工业领域，但锻造行业存在生产环境恶劣、危险性高和劳动强度大等问题。近年来，随着我国由制造大国向制造强国的方向转变，锻造行业也逐渐向自动化、数字化和智能化方向发展。锻造机器人在锻造行业开始推广使用，不仅提高了自动化生产程度和劳动生产率，而且降低了生产成本。但工业机器人的使用，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，协助工业机器人完成

随着人力成本不断攀升，以及工业生产的高效需求，工业机器人已经被广泛应用于工业生产中，不仅提高了自动化生产程度和劳动生产率，而且降低了生产成本。但工业机器人的使用，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，协助工业机器人完成作业的关键。

常用夹具主要有专用夹具、组合夹具等，但不具有通用性。汽车锻件里有很多诸如转向节的枝芽类异形件，常规夹具不能准确固定异形工件位置，导致加工工件倾斜且不稳定，进而给后续工件加工增加难度，很难适应多种异形锻件的夹持任务需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异形枝芽锻件的三爪欠秩机械手夹具。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种异形枝芽锻件的三爪欠秩机械手夹具，包括：机械手臂、夹具连接机构、左三爪欠秩夹具和右三爪欠秩夹具；

所述夹具连接机构固定在所述机械手臂末端，所述夹具连接机构的左侧和右侧分别对称固定着结构完全相同的左三爪欠秩夹具和右三爪欠秩夹具，所述夹具连接机构带动左三爪欠秩夹具和右三爪欠秩夹具同步转动；

所述左三爪欠秩夹具和右三爪欠秩夹具均包括三爪卡盘和三个欠秩指；所述三个欠秩指的结构相同，所述三个欠秩指呈中心对称固定于三爪卡盘上，用于夹持锻件；

所述三个欠秩指均包括依次连接的近指节、中指节和末端指节。

进一步的，所述夹具连接机构包括夹具连接壳和位于夹具连接壳内的第一步进电机、第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮、圆锥中心轴；

所述第一步进电机的轴端部装有第一圆锥齿轮，所述第一圆锥齿轮垂直啮合着第二圆锥齿轮，所述第二圆锥齿轮的圆锥中心轴带动左三爪欠秩夹具和右三爪欠秩夹具同步转动。

进一步的，所述夹具连接机构还包括联轴器、法兰轴承、气缸垫板、滑台气缸；

所述圆锥中心轴左、右两侧均通过联轴器和法兰轴承连接气缸垫板，所述气缸垫板上设有滑台气缸，所述滑台气缸的滑台上固定三爪卡盘。

进一步的，所述近指节和中指节之间通过连杆、同步轮和同步带连接，所述末端指节通过键固定于中指节的支撑轴上。

进一步的，所述近指节包括近指壳、第二步进电机、第一齿轮、第二齿轮、第一支撑轴、第一连杆、限位开关、第一同步轮、第二连杆、第二支撑轴、第二同步轮、第三同步轮、第三连杆、第一同步带、第三支撑轴和第四连杆；

所述近指壳上通过电机座固定第二步进电机，所述第二步进电机的轴端连接第一齿轮，所述第一齿轮啮合第二齿轮，所述第二齿轮通过键固定在第一支撑轴上；

所述第一支撑轴上，在第二齿轮的右端依次通过键固定着第一连杆下端、限位开关、第一同步轮和第二连杆的下端；所述第一支撑轴两端通过轴承固定在近指壳上，所述第一支撑轴的上面平行放置着第二支撑轴，所述第二支撑轴的最左端通过键固定着第一连杆的上端，所述第二支撑轴上，在第一连杆的右端依次通过键固定着第二同步轮、第三同步轮、第二连杆的上端和第三连杆的下端；

所述第一同步轮和第三同步轮通过第一同步带传动，所述第一支撑轴的后面平行放置着第三支撑轴，所述第三支撑轴上通过键固定着第四连杆的下端，且第三支撑轴两端通过轴承固定在近指壳上。

进一步的，所述中指节包括中指壳、第四支撑轴、第五支撑轴、第四同步轮和第二同步带；

所述中指壳下部通过轴承固定着第四支撑轴，所述第四支撑轴上通过键从左到右依次固定着第四连杆的上端和第三连杆的中间孔，所述中指壳上部通过轴承固定着第五支撑轴，所述第五支撑轴上从左到右依次通过键固定着第三同步轮、末端指节和第三连杆的上端，所述第四同步轮和第二同步轮之间通过第二同步带来传动。

进一步的，所述末端指节为L形，且用于夹持锻件的表面上设有交叉网纹本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明基于欠秩机构原理的三爪夹具，其所有爪利用各自步进电机驱动近指节去接触锻件，同时中指节在同步带驱动下接触锻件，最后末端指节也在同步带驱动下接触锻件，进而实现了所有爪的三指节包络抓取方式，该方式非常适合异形枝芽锻件的自适应抓取，提高了工作效率；

(2)本发明利用步进电机、锥齿轮啮合实现左右三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)本发明利用滑台气缸实现左右三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)本发明的夹具采用双头夹具，实现了一模两件的异形枝芽锻件夹持，提高了工作效率。

附图说明

图1为三爪欠秩机械手夹具总示意图。

图2为三爪欠秩机械手夹具连接机构内部解剖图。

图3为三爪欠秩机械手夹具的欠秩指总示意图。

图4为欠秩指的近指节结构示意图。

图5为欠秩指的中指节和末端指节结构示意图。

图6为三爪欠秩机械手夹具夹持异形枝芽锻件前示意图。

图7为三爪欠秩机械手夹具夹持异形枝芽锻件后示意图。

附图标记说明：

1.机械手臂，2.夹具连接机构，3.左三爪欠秩夹具，4.右三爪欠秩夹具，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，14.三爪卡盘，15.欠秩指，16.近指节，17.中指节，18.末端指节，19.近指壳，20.第二步进电机，21.第一齿轮，22.第二齿轮，23.第一支撑轴，24.第一连杆，25.限位开关，26.第一同步轮，27.第二连杆，28.第二支撑轴，29.第二同步轮，30.第三同步轮，31.第三连杆，32.第一同步带，33.第三支撑轴，34.第四连杆，35.中指壳，36.第四支撑轴，37.第五支撑轴，38.第四同步轮，39.第二同步带，40.异形枝芽锻件。

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，为本发明的一种异形枝芽锻件的三爪欠秩夹具，包括机械手臂1，所述机械臂1末端固定着夹具连接机构2，所述夹具连接机构2的左端和右端分别对称固定着结构完全相同的左三爪欠秩夹具3和右三爪欠秩夹具4。

如图1和2所示，本发明的一种异形枝芽锻件的三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内固定着第一步进电机6，所述第一步进电机6的轴的端部装有第一圆锥齿轮7，所述第一圆锥齿轮7垂直啮合着第二圆锥齿轮8，所述第二圆锥齿轮8的圆锥中心轴9的左端，依次从右向左连接着联轴器10、法兰轴承11、气缸垫板12和滑台气缸13。所述滑台气缸13左侧的滑台通过螺丝固定着三爪卡盘14的右端，所述三爪卡盘14上对称固定着三个结构完全相同的欠秩指15。所述第二圆锥齿轮8的圆锥中心轴9的右端，由左向右也依次对称连接着相同的元件，即：联轴器、法兰轴承、气缸垫板、滑台气缸和右三爪欠秩夹具4。第一步进电机6驱动一对啮合的第一圆锥齿轮7和第二圆锥齿轮8，第二圆锥齿轮8的圆锥中心轴9通过左右对称固定连接的联轴器、法兰轴承、气缸垫板、滑台气缸，进而带动左三爪欠秩夹具3和右三爪欠秩夹具4的同步旋转，这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三爪欠秩夹具3和右三爪欠秩夹具4沿与其轴向相垂直方向的位移，扩大了抓取范围。

如图2所示，本发明中的左三爪欠秩夹具3包括三爪卡盘14，所述三爪卡盘14上对称固定着三个结构完全相同的欠秩指15。

如图2和3所示，本发明中的欠秩指15从下向上依次由近指节16、中指节17和末端指节18组成。

如图3和4所示，本发明的近指节16包括近指壳19，所述近指壳19上通过电机座固定着第二步进电机20，所述第二步进电机20的轴端连接着第一齿轮21，所述第一齿轮21啮合着第二齿轮22，所述第二齿轮22通过键固定在第一支撑轴23上，所述第一支撑轴23上，在第二齿轮22的右端依次通过键固定着第一连杆24下端、限位开关25、第一同步轮26和第二连杆27的下端，第一支撑轴23两端通过轴承固定在近指壳19上，所述第一支撑轴23的上面平行放置着第二支撑轴28，所述第二支撑轴28的最左端通过键固定着第一连杆24的上端，所述第二支撑轴28上，在第一连杆24的右端依次通过键固定着第二同步轮29、第三同步轮30、第二连杆27的上端和第三连杆31的下端，所述第一同步轮26和第三同步轮30通过第一同步带32传动，所述第一支撑轴23的后面平行放置着第三支撑轴33，所述第三支撑轴33上通过键固定着第四连杆34的下端，且第三支撑轴33两端也通过轴承固定在近指壳19上。

如图3和5所示，本发明的中指节17包括中指壳35，所述中指壳35下部通过轴承固定着第四支撑轴36，所述第四支撑轴36上通过键从左到右依次固定着第四连杆34的上端和第三连杆31的中间孔，所述中指壳35上部通过轴承固定着第五支撑轴37，所述第五支撑轴37上从左到右依次通过键固定着第三同步轮38、末端指节18和第三连杆31的上端，所述第四同步轮38和第二同步轮29之间通过第二同步带39来传动。

如图3和5所示，本发明的末端指节18为L形，且前表面上交叉网纹面。

图6为本发明异形枝芽锻件的三爪欠秩机械手夹具抓取某异形枝芽锻件前的示意。当锻造机器人接收到锻件抓取的控制指令后，三爪欠秩夹具中所有爪，利用各自第二步进电机驱动啮合的第一齿轮和第二齿轮，从而带动其近指节接触到锻件；同时在第一同步带驱动下带动中指节接触到锻件；最后在第二同步带驱动下也带动末端指节接触到锻件，进而完成了欠秩夹具中所有爪对锻件的三指节包络抓取。

图7为本发明异形枝芽锻件的三爪欠秩机械手夹具抓取某异形枝芽锻件后的示意。

本专利设计的基于欠秩机构原理的欠驱动夹具，其每个爪利用近指节中一个驱动，通过同步带将动力传递到中指节和末端指节，简化了控制、减轻了重量、降低了能耗。同时在这种驱动方式下，夹具中所有爪的近指节、中指节和末端指节能依次接触锻件并实现包络抓取，该抓取方式能实现锻造机器人对多品种异形枝芽类锻件的快速、精确和有力夹持，一旦推广，可为本单位带来可观的经济效益，推动我所机器人锻造相关产业的发展。

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 (7)

1.一种异形枝芽锻件的三爪欠秩机械手夹具，其特征在于，包括：机械手臂(1)、夹具连接机构(2)、左三爪欠秩夹具(3)和右三爪欠秩夹具(4)；

所述夹具连接机构(2)固定在所述机械手臂(1)末端，所述夹具连接机构(2)的左侧和右侧分别对称固定着结构完全相同的左三爪欠秩夹具(3)和右三爪欠秩夹具(4)，所述夹具连接机构(2)带动左三爪欠秩夹具(3)和右三爪欠秩夹具(4)同步转动；

所述左三爪欠秩夹具(3)和右三爪欠秩夹具(4)均包括三爪卡盘(14)和三个欠秩指(15)；所述三个欠秩指(15)的结构相同，所述三个欠秩指(15)呈中心对称固定于三爪卡盘(14)上，用于夹持锻件；

所述三个欠秩指(15)均包括依次连接的近指节(16)、中指节(17)和末端指节(18)。

2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述夹具连接机构(2)包括夹具连接壳(5)和位于夹具连接壳(5)内的第一步进电机(6)、第一圆锥齿轮(7)、第二圆锥齿轮(8)、圆锥中心轴(9)；

所述第一步进电机(6)的轴端部装有第一圆锥齿轮(7)，所述第一圆锥齿轮(7)垂直啮合着第二圆锥齿轮(8)，所述第二圆锥齿轮(8)的圆锥中心轴(9)带动左三爪欠秩夹具(3)和右三爪欠秩夹具(4)同步转动。

3.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于，所述夹具连接机构(2)还包括联轴器(10)、法兰轴承(11)、气缸垫板(12)、滑台气缸(13)；

所述圆锥中心轴(9)左、右两侧均通过联轴器(10)和法兰轴承(11)连接气缸垫板(12)，所述气缸垫板(12)上设有滑台气缸(13)，所述滑台气缸(13)的滑台上固定三爪卡盘(14)。

4.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述近指节(16)和中指节(17)之间通过连杆、同步轮和同步带连接，所述末端指节(18)通过键固定于中指节(17)的支撑轴上。

5.根据权利要求4所述的夹具，其特征在于，所述近指节(16)包括近指壳(19)、第二步进电机(20)、第一齿轮(21)、第二齿轮(22)、第一支撑轴(23)、第一连杆(24)、限位开关(25)、第一同步轮(26)、第二连杆(27)、第二支撑轴(28)、第二同步轮(29)、第三同步轮(30)、第三连杆(31)、第一同步带(32)、第三支撑轴(33)和第四连杆(34)；

所述近指壳(19)上通过电机座固定第二步进电机(20)，所述第二步进电机(20)的轴端连接第一齿轮(21)，所述第一齿轮(21)啮合第二齿轮(22)，所述第二齿轮(22)通过键固定在第一支撑轴(23)上；

所述第一支撑轴(23)上，在第二齿轮(22)的右端依次通过键固定着第一连杆(24)下端、限位开关(25)、第一同步轮(26)和第二连杆(27)的下端；所述第一支撑轴(23)两端通过轴承固定在近指壳(19)上，所述第一支撑轴(23)的上面平行放置着第二支撑轴(28)，所述第二支撑轴(28)的最左端通过键固定着第一连杆(24)的上端，所述第二支撑轴(28)上，在第一连杆(24)的右端依次通过键固定着第二同步轮(29)、第三同步轮(30)、第二连杆(27)的上端和第三连杆(31)的下端；

所述第一同步轮(26)和第三同步轮(30)通过第一同步带(32)传动，所述第一支撑轴(23)的后面平行放置着第三支撑轴(33)，所述第三支撑轴(33)上通过键固定着第四连杆(34)的下端，且第三支撑轴(33)两端通过轴承固定在近指壳(19)上。

6.根据权利要求5所述的夹具，其特征在于，所述中指节(17)包括中指壳(35)、第四支撑轴(36)、第五支撑轴(37)、第四同步轮(38)和第二同步带(39)；

所述中指壳(35)下部通过轴承固定着第四支撑轴(36)，所述第四支撑轴(36)上通过键从左到右依次固定着第四连杆(34)的上端和第三连杆(31)的中间孔，所述中指壳(35)上部通过轴承固定着第五支撑轴(37)，所述第五支撑轴(37)上从左到右依次通过键固定着第三同步轮(38)、末端指节(18)和第三连杆(31)的上端，所述第四同步轮(38)和第二同步轮(29)之间通过第二同步带(39)来传动。

7.根据权利要求6所述的夹具，其特征在于，所述末端指节(18)为L形，且用于夹持锻件的表面上设有交叉网纹。

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