CN111216098A - 一种带夹爪的自动装配机器人装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装配机器人技术领域，具体地说是一种带夹爪的自动装配机器人装置，其包括桁架机器人、沿桁架机器人长度方向设在桁架机器人顶部横梁下表面的机器人导轨、与导轨轨接的机器人手臂、与机器人手臂连接的夹爪；所述的夹爪包括设若干弧形的导向孔的导向孔板，顶部滑动连接于导向孔内的若干夹指，与夹指轨接的若干导轨，驱动导向孔板旋转的驱动装置。本发明与现有技术相比，可实现自动化更换，减轻劳动力；其通过夹爪上的轴向压紧装置可将轴承端盖压紧在一起随轴承搬运，在搬运过程轴承不散落各部件保持固定。

Description

一种带夹爪的自动装配机器人装置

技术领域

本发明涉及装配机器人技术领域，具体地说是一种带夹爪的自动装配机器人装置。

背景技术

就目前而言国内所使用的高铁轴承装配都是人工装配，即通过人工将各种不同种类的轴承搬运并套至压装机轴上，每种轴承的重量在40至50公斤，并且机器人夹爪必须满足几十种规格的轴承，装配的过程中分体轴承零件处于松动状态人工难以装配。

国外虽然已有相关轴承自动装配机器人，但这些现有的自动装配机器人只是针对于一种型号的轴承，不具兼容性，并且装配精度要求不高。

发明内容

本发明的目的克服现有技术的中不足，提供一种自动装配机器人，提高装配效率，节约人工成本；其兼有径向压紧装置和轴向压紧装置，可以兼容性多种类型的轴承进行自动装配，且能保证分体式轴承不散落、不坠落，避免砸伤工人的风险。

为实现上述目的，本发明设计了一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于，包括桁架机器人、沿桁架机器人长度方向设在桁架机器人顶部横梁下表面的机器人导轨、与导轨轨接的机器人手臂、与机器人手臂连接的夹爪；所述的夹爪包括：

——导向孔板，其上沿圆周均布若干弧形的导向孔，若干导向孔的内端位于同一内圆上，若干导向孔的外端位于与所述内圆呈同心圆的同一外圆上，每个导向孔的两端不在所述同心圆的同一半径上，以使若干导向孔沿顺时针或逆时针向同一方向倾斜布置形成螺旋形；

——与导向孔一一对应的轴向布置的若干夹指，其沿圆周均布形成围合状，且夹指上部设有轨接结构和滑动轴承；其自由端呈L形结构；

——与夹指数量一致的若干导轨，每根导轨的长度方向与同心圆的半径方向一致；轨接结构与相应的导轨轨接；滑动轴承滑动连接于导向孔板的相应导向孔内；

——驱动装置，其驱动连接所述导向孔板正、反旋转，从而带动滑动轴承在导向孔内滑动，滑动轴承再带动轨接结构、夹指沿导轨往复移动，当滑动轴承滑动至导向孔的内端时，若干夹指之间相对收拢径向夹紧，当滑动轴承滑动至导向孔的外端时，若干夹指之间张开，形成开合运动完成抓取与放开被执行对象的动作；

——与外部执行装置连接用的装配头，其位于与夹指相对侧的导向孔板的一侧面；

——轴向夹紧装置，包括位于若干夹指之间并与导向孔板平行的卡盘、位于导向孔板与卡盘之间的导轨座、两端分别连接卡盘与导轨座以驱动卡盘轴向运动的轴向驱动装置；

——连接柱，其顶端连接所述装配头，其底端贯穿所述导向孔板后固定连接所述导轨座。

进一步的，所述的导轨座整体呈船舵形，其包括与导轨位置一一对应的若干延伸臂，若干延伸臂的内端连接在同一公共平台上；且若干延伸臂及公共平台位于同一平面上；

所述的轨接结构包括固定在夹指顶端上的拱门架、嵌设在拱门架内且底面与夹指顶端相应处固定连接的滑块；所述滑块的上表面开设有轨槽；

所述的滑动轴承的底端固定在拱门架的顶端上；所述的导轨穿过相应的拱门架，且导轨的底面与滑块的轨槽轨接；导轨的上表面固定在相应延伸臂的下表面。

进一步的，所述装配头采用快换接头；

所述的快换接头的工作端连接一下安装盘的上表面，下安装盘与导向孔板之间的连接柱上套设有回转支承，连接柱的顶端固定连接在下安装盘的底面上。

进一步的，所述的驱动装置包括气缸或液压缸、一端连接在气缸的伸缩端上或液压缸的伸缩端上的连杆、固定在下安装盘侧壁上的轴耳、固定在对应气缸或液压缸最远行程范围处的导向孔板上的连接轴；

气缸的本体的一端或液压缸的本体的一端旋转连接于轴耳内，连杆的另一端旋转连接于所述连接轴上。

进一步的，所述的装配头的顶部采用上安装盘连接力矩传感器；

所述驱动装置采用自锁气缸或自锁液压缸；所述的自锁气缸或自锁液压缸上设有到位检测开关，用于检测夹指是否夹持到位；

所述的轴向驱动装置上还设有光电开关，用于检测是否夹持到被执行对象；

所述的到位检测开关的信号端、光电开关的信号端本地连接或远程连接智能控制器的相应信号输入端，智能控制器的信号输出端连接报警装置。

进一步的，所述的轴向驱动装置采用压紧气缸或压紧液压缸，所述的轴向驱动装置沿卡盘的圆周均布若干个。

进一步的，所述的卡盘采用环形结构，且其外边缘对应夹指处设有夹指避让槽；相邻两个夹指避让槽之间的卡盘边缘上还设有轴向驱动装置避让槽。

进一步的，所述夹指的内侧壁设有防磨条。

进一步的，所述机器人手臂采用ABB倒挂关节机器人。

进一步的，所述桁架机器人采用重载桁架机器人。

本发明与现有技术相比，可实现自动化更换，减轻劳动力；其通过夹爪上的轴向压紧装置可将轴承端盖压紧在一起随轴承搬运，在搬运过程轴承不散落，各部件保持固定；

且夹爪采用设有斜置弧形导向孔的导向孔板，并配合轨道及设有连杆机构的驱动装置，只要正反转动导向孔板就可实现夹爪的开合，结构新颖简单，节省结构成本，且运行流畅；

进一步的，夹爪的径向夹紧装置的驱动装置具有自锁功能，可在供能装置中断时保证夹指的夹持力，使轴承不会掉落，且夹爪的轴向驱动装置上安装有光电开关，可检测夹指是否夹住轴承，若轴承未被抓取，系统可报警和停机等待人工处理；

进一步，采用快换接头，提高了生产、搬运和组装的灵活性，更换机器人手臂或夹爪的末端执行部分时，通过快换接头可大幅减少、甚至完全取代手动操作；

进一步，装配头上设力矩传感器能防止套装过程碰撞和别死。

附图说明

图1为本发明在使用时的立体结构图。

图2为本发明在实施例中机器人手臂连接夹爪的立体结构图。

图3为本发明中夹爪在实施例中一个视角的立体图。

图4为本发明中夹爪在实施例中的另一个视角的立体图。

图5为本发明中夹爪在实施例中的爆炸图。

图6为本发明中夹爪在实施例中的仰视图。

图7为本发明中夹爪在实施例中夹取轴承后的立体图。

图8为本发明设置防护网及操作平台时的立体结构图。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参见附图1～7，本发明提供一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于，包括桁架机器人21、沿桁架机器人长度方向设在桁架机器人顶部横梁下表面的机器人导轨22、与导轨22轨接的机器人手臂23、与机器人手臂23连接的夹爪28；

所述的夹爪28包括：

——导向孔板1，本例中采用圆形的导向孔板，其上沿圆周均布3个弧形的导向孔1-1，3个导向孔1-1的内端位于同一内圆上，3个导向孔1-1的外端位于与所述内圆呈同心圆的同一外圆上，每个导向孔1-1的两端不在所述同心圆的同一半径上，以使若干导向孔1-1沿顺时针或逆时针向同一方向倾斜布置形成螺旋形；本例中导向孔板1上还设有若干走线孔1-2，其中一个走线孔1-2处的导向孔板1上设有接线端子盒12；

——与导向孔1-1一一对应的轴向布置的3个夹指2，其沿圆周均布形成围合状，且夹指上部设有轨接结构4-1和滑动轴承4-2；其自由端呈L形结构，形成防坠结构2-1，配合夹指2在夹持轴承时，可以同时勾住轴承的前挡圈，进一步保证轴承不掉落；

——与夹指2数量一致的3个导轨3，每根导轨3的长度方向与同心圆的半径方向一致；轨接结构4-1与相应的导轨3轨接；滑动轴承4-2滑动连接于导向孔板1的相应导向孔1-1内；

——驱动装置5，其驱动连接所述导向孔板1正、反旋转，从而带动滑动轴承4-2在导向孔1-1内滑动，滑动轴承4-2再带动轨接结构4-1、夹指2沿导轨3往复移动，当滑动轴承4-2滑动至导向孔1-1的内端时，若干夹指2之间相对收拢径向夹紧，当滑动轴承4-2滑动至导向孔1-1的外端时，若干夹指2之间张开，形成开合运动完成抓取与放开被执行对象的动作；

——与外部执行装置连接用的装配头7，其位于与夹指2相对侧的导向孔板1的一侧面；本例中执行装置可为机器人手臂，当然也可以是其它机械驱动设备；这样装配头7以下部分，则构成了夹爪的末端执行部分；

——轴向夹紧装置，包括位于若干夹指2之间并与导向孔板1平行的卡盘6-1、位于导向孔板1与卡盘6-1之间的导轨座3-1、两端分别连接卡盘6-1与导轨座3-1以驱动卡盘6-1轴向运动的轴向驱动装置6-2；

——连接柱11，其顶端连接所述装配头7，其底端贯穿所述导向孔板1的中心后固定连接所述导轨座3-1上表面的中心部位。

进一步的，所述的导轨座3-1整体呈船舵形，其包括与导轨位置一一对应的若干延伸臂3-11，若干延伸臂3-11的内端连接在同一公共平台3-12上；且若干延伸臂3-11及公共平台3-12位于同一平面上，也即连接柱11的底端固定连接在公共平台3-12的上表面中心处；

所述的轨接结构4-1包括固定在夹指2顶端上的拱门架4-12、嵌设在拱门架4-12内且底面与夹指2顶端相应处固定连接的滑块4-11；所述滑块4-11的上表面开设有轨槽；当然夹指2的顶端如果太细，可以设置一块平台式的安装板，方便与拱门架4-12配合安装；

所述的滑动轴承4-2的底端固定在拱门架4-12的顶端上；所述的导轨3穿过相应的拱门架4-12，且导轨3的底面与滑块4-11的轨槽轨接；导轨3的上表面固定在相应延伸臂3-11的下表面。

进一步的，所述装配头7采用快换接头；所述的快换接头7的工作端连接一下安装盘8-1的上表面，下安装盘8-1与导向孔板1之间的连接柱11上套设有回转支承10，以承受各向力的综合载荷，连接柱11的顶端固定连接在下安装盘8-1的底面上。本例中快换接头7可采用一个公头和两个母头组成的快换接头，其通过内部钢珠闭合实现锁紧，比较常见的如雄克快换接头或JRT快换接头。本例中采用快换接头7，以轴承为例，是考虑到轴承的种类多样，有高铁轴承、动车轴承、货车轴承、地铁轴承等多种规格，需要使用到快换接头来自动更换相应规格的夹爪的末端执行部分，一般本例中可满足轴承外径最大直径240mm，最小直径220mm。快换接头可通过其内气压驱动里面滚珠卡住快换接头上的卡槽或脱离卡槽，从而实现吸附连接或脱开连接，提高了生产、搬运和组装的灵活性，减少更换时间，甚至完全取代手动操作。采用传统结构的装配头一般需要十至三十分钟，而快换接头可将其降至60秒以内，而锁定和解锁操作则仅需几毫秒。

进一步的，所述的驱动装置5包括气缸或液压缸、一端连接在气缸的伸缩端上或液压缸的伸缩端上的连杆5-2、固定在下安装盘8-1侧壁上的轴耳5-1、固定在对应气缸或液压缸最远行程范围处的导向孔板1上的连接轴5-3；气缸的本体的一端或液压缸的本体的一端旋转连接于轴耳5-1内，连杆5-2的另一端旋转连接于所述连接轴5-3上，当然连接轴5-3的底部也可设底座5-4。驱动装置可采用自锁气缸或自锁液压缸，当其采用自锁气缸时，其采用设有SMC先导阀的自锁气缸，在断电和断气情况下SMC先导阀内的截止阀锁死，使气缸两头气体封闭，从而保证气缸的伸缩杆不位移，以保持夹指之间的夹持力，保证轴承不会掉落。如果采用液压缸的可采用自锁液压缸。另外，所述的自锁气缸或自锁液压缸上设有到位检测开关(图中未示出)，用于检测夹指2是否夹持到位。

进一步的，所述的装配头7的顶部采用上安装盘8-2连接力矩传感器9。机器人在套装轴承的过程中，由于孔与轴承的精度要求比较高，单边间隙在0.125mm，而机器人本身是没有力的反馈的，在套装过程中需要使用力矩传感器9配合机器人实现柔性套装，防止套装过程碰撞和别死；

而在轴向驱动装置6-2上还设有光电开关6-6，用于检测是否夹持到被执行对象；本例中可采用抱箍将光电开关6-6固定在其外壁上；

所述的到位检测开关的信号端、光电开关6-6的信号端本地连接或远程连接智能控制器的相应信号输入端，智能控制器的信号输出端连接报警装置。

进一步的，所述的轴向驱动装置6-2采用压紧气缸或压紧液压缸，本例中，可采用Z形连接件6-3的上水平板的底面固定连接轴向驱动装置6-2的顶端，Z形连接件6-3的下水平板连接位于相邻两个延伸臂3-11之间的导轨座3-1的公共平台3-12；

所述的轴向驱动装置6-2沿卡盘6-1的圆周均布3个。本例中采用3个小型的直线压紧气缸配合卡盘6-1，在压紧轴承的后挡圈的同时，还可压紧轴承内部的中间隔圈，防止在套装过程中中间隔圈掉落导致无法装配。工作时，还可利用车间内蓖麻油喷涂设备上的立杆对轴承的中隔圈进行对中。

进一步的，所述的卡盘6-1采用环形结构，且其外边缘对应夹指2处设有夹指避让槽6-4；相邻两个夹指避让槽6-4之间的卡盘6-1边缘上还设有轴向驱动装置避让槽6-5。

进一步的，所述夹指2的内侧壁设有防磨条2-2。

进一步的，所述机器人手臂23采用ABB倒挂关节机器人，所述桁架机器人21采用重载桁架机器人，使本发明形成七轴联动机器人。

参见图1，在桁架机器人21内的地面上，沿长度方向设置若干工件装配工位27，工件装配工位27上放置待装轴承的工件26，并在桁架机器人21的一端放置若干待装轴承24，在桁架机器人21的另一端放置若干待换的夹爪的末端执行部分25。在工作时，控制机器人手臂23沿桁架机器人21上的机器人导轨22移动至桁架机器人21的另一端，通过夹爪28的快换接头快速装配合适的待换的夹爪的末端执行部分25，然后机器人手臂23移动至桁架机器人21的一端，通过夹爪28夹取一个待装轴承24，机器人手臂23再移动至某工件装配工位27，将待装轴承24装配至待装轴承的工件26上，然后夹爪28松开，重复上述操作。

参见图8，当然为了安全起见，本发明中桁架机器人21周围可以设置防护网。且可以将桁架机器人21设置在操作平台上。且操作平台上对应工件装配工位27处可以设置工作滑轨，便于某些轮式工件通过工作滑轨滚动至工件装配工位27处。

Claims (10)

1.一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于，包括桁架机器人(21)、沿桁架机器人长度方向设在桁架机器人顶部横梁下表面的机器人导轨(22)、与导轨(22)轨接的机器人手臂(23)、与机器人手臂(23)连接的夹爪；所述的夹爪包括：

——导向孔板(1)，其上沿圆周均布若干弧形的导向孔(1-1)，若干导向孔(1-1)的内端位于同一内圆上，若干导向孔(1-1)的外端位于与所述内圆呈同心圆的同一外圆上，每个导向孔(1-1)的两端不在所述同心圆的同一半径上，以使若干导向孔(1-1)沿顺时针或逆时针向同一方向倾斜布置形成螺旋形；

——与导向孔(1-1)一一对应的轴向布置的若干夹指(2)，其沿圆周均布形成围合状，且夹指上部设有轨接结构(4-1)和滑动轴承(4-2)；其自由端呈L形结构；

——与夹指(2)数量一致的若干导轨(3)，每根导轨(3)的长度方向与同心圆的半径方向一致；轨接结构(4-1)与相应的导轨(3)轨接；滑动轴承(4-2)滑动连接于导向孔板(1)的相应导向孔(1-1)内；

——驱动装置(5)，其驱动连接所述导向孔板(1)正、反旋转，从而带动滑动轴承(4-2)在导向孔(1-1)内滑动，滑动轴承(4-2)再带动轨接结构(4-1)、夹指(2)沿导轨(3)往复移动，当滑动轴承(4-2)滑动至导向孔(1-1)的内端时，若干夹指(2)之间相对收拢径向夹紧，当滑动轴承(4-2)滑动至导向孔(1-1)的外端时，若干夹指(2)之间张开，形成开合运动完成抓取与放开被执行对象的动作；

——与外部执行装置连接用的装配头(7)，其位于与夹指(2)相对侧的导向孔板(1)的一侧面；

——轴向夹紧装置，包括位于若干夹指(2)之间并与导向孔板(1)平行的卡盘(6-1)、位于导向孔板(1)与卡盘(6-1)之间的导轨座(3-1)、两端分别连接卡盘(6-1)与导轨座(3-1)以驱动卡盘(6-1)轴向运动的轴向驱动装置(6-2)；

——连接柱(11)，其顶端连接所述装配头(7)，其底端贯穿所述导向孔板(1)后固定连接所述导轨座(3-1)。

2.如权利要求1所述的一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于，

所述的导轨座(3-1)整体呈船舵形，其包括与导轨位置一一对应的若干延伸臂(3-11)，若干延伸臂(3-11)的内端连接在同一公共平台(3-12)上；且若干延伸臂(3-11)及公共平台(3-12)位于同一平面上；

所述的轨接结构(4-1)包括固定在夹指(2)顶端上的拱门架(4-12)、嵌设在拱门架(4-12)内且底面与夹指(2)顶端相应处固定连接的滑块(4-11)；所述滑块(4-11)的上表面开设有轨槽；

所述的滑动轴承(4-2)的底端固定在拱门架(4-12)的顶端上；所述的导轨(3)穿过相应的拱门架(4-12)，且导轨(3)的底面与滑块(4-11)的轨槽轨接；导轨(3)的上表面固定在相应延伸臂(3-11)的下表面。

3.如权利要求1所述的一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于：

所述装配头(7)采用快换接头；

所述的快换接头的工作端连接一下安装盘(8-1)的上表面，下安装盘(8-1)与导向孔板(1)之间的连接柱(11)上套设有回转支承(10)，连接柱(11)的顶端固定连接在下安装盘(8-1)的底面上。

4.如权利要求3项所述的一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于，

所述的驱动装置(5)包括气缸或液压缸、一端连接在气缸的伸缩端上或液压缸的伸缩端上的连杆(5-2)、固定在下安装盘(8-1)侧壁上的轴耳(5-1)、固定在对应气缸或液压缸最远行程范围处的导向孔板(1)上的连接轴(5-3)；

气缸的本体的一端或液压缸的本体的一端旋转连接于轴耳(5-1)内，连杆(5-2)的另一端旋转连接于所述连接轴(5-3)上。

5.如权利要求4所述的一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于，

所述的装配头(7)的顶部采用上安装盘(8-2)连接力矩传感器(9)；

所述驱动装置(5)采用自锁气缸或自锁液压缸；所述的自锁气缸或自锁液压缸上设有到位检测开关，用于检测夹指(2)是否夹持到位；

所述的轴向驱动装置(6-2)上还设有光电开关(6-6)，用于检测是否夹持到被执行对象；

所述的到位检测开关的信号端、光电开关(6-6)的信号端本地连接或远程连接智能控制器的相应信号输入端，智能控制器的信号输出端连接报警装置。

6.如权利要求1所述的一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于：所述的轴向驱动装置(6-2)采用压紧气缸或压紧液压缸，所述的轴向驱动装置(6-2)沿卡盘(6-1)的圆周均布若干个。

7.如权利要求6所述的一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于，所述的卡盘(6-1)采用环形结构，且其外边缘对应夹指(2)处设有夹指避让槽(6-4)；相邻两个夹指避让槽(6-4)之间的卡盘(6-1)边缘上还设有轴向驱动装置避让槽(6-5)。

8.如权利要求1所述的一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于，所述夹指(2)的内侧壁设有防磨条(2-2)。

9.如权利要求1所述的一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于，所述机器人手臂(23)采用ABB倒挂关节机器人。

10.如权利要求1所述的一种带夹爪的自动装配机器人装置，其特征在于，所述桁架机器人(21)采用重载桁架机器人。

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