CN112372660A - 一种对物体形状自调整的机械臂夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，公开了一种对物体形状自调整的机械臂夹具，包括座体和夹持机构。所述座体一端和外部机器人或其他夹持机器的机械臂末端相连，另一端固定连接夹持机构；所述夹持机构包括滑动调节机构、夹板和可伸缩部件；所述夹板分为两个，相对布置，上设多个安装孔用以安装可伸缩部件，可伸缩部件包括支柱、弹簧和吸盘。工作时，通过滑动调节机构，带动上下两个夹板直线移动，由于被夹持物形状不同使得夹持点的弹簧受力不同，通过弹簧形变和支柱伸缩，使得夹具对不同夹持物保持大面积接触夹持，从而保证加工可靠性。此外座体还设有第一电机，为夹持机构增加一个旋转自由度，使得夹持更加灵活便捷。

Description

一种对物体形状自调整的机械臂夹具

技术领域

本发明涉及工业机器人机械手夹具技术领域，具体涉及一种对物体形状自调整的机械臂夹具。

背景技术

随着信息技术、人工智能技术等科学技术的快速发展与广泛应用，引起了全球制造业的巨大变革。工业机器人作为一种高新数字化智能装备，以其高效率、高灵活性等优点被广泛应用于机械加工、电子装配、汽车及汽车零部件制造等工业领域，成为了工业自动化(FA)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)的先进自动化工具。而机械手夹具在机械制造过程中用来固定加工对象，使其占有正确的位置以接受加工或者检测，在零部件生产过程中扮演着重要的角色。

然而，面对不同行业“品种多、数量少、更新快”的个性化生产需求，常规的专用夹具、可调夹具和组合夹具等方案因其通用性不足等问题，使工业机械手迟迟未能为传统企业转型自动化产生及时地促进助力。由此可见，工装夹具领域也亟需改良配备通用性更大的柔性夹具，以达到满足新型自动化生产的需求。由于日常物件的外形大多是不规则的，所以传统的固定夹具只能通过切点进行受力，接触面积小，固定形式也比较单一，造成在使用过程中受到的限制比较多，导致夹紧效果差，可能会导致在加工时晃动摇摆，影响加工效率和加工质量，此外，定位过程中定位困难，需要进行多次尝试。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种对物体形状自调整的机械臂夹具，该装置能有效解决传统夹具的夹持面小、固定形式单一、夹紧效果差的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种对物体形状自调整的机械臂夹具，包括座体和夹持机构，所述座体一端和外部机器人或其他夹持机器的机械臂末端相连，另一端固定连接所述夹持机构；所述夹持机构包括滑动调节机构、夹板和可伸缩部件；

所述夹板分为相对布置的两个，结构相同，上设多个安装孔用以安装可伸缩部件；每个夹板呈悬臂状，其固定端固定于滑动调节机构上，并通过滑动调节机构来改变两个夹板的间距。

所述可伸缩部件有多个，每个包括支柱、弹簧和吸盘；所述每个支柱的一端安装于夹板的安装孔内，并可以在安装孔内上下滑动，支柱的另一端固定连接吸盘，所述弹簧套设于支柱上，一端紧靠所述夹板表面，另一端顶住所述吸盘。

工作时，通过滑动调节机构，带动上下两个夹板直线移动，从而使得两个夹板的相对距离发现变化，以实现夹取和放松物体的作用。通过在夹板上设置多个可伸缩部件，当夹持物体时，尤其是形状不规则的物体，各夹持点形状不同，导致该点处的弹簧受力也不同，通过弹簧的形变以及支柱在夹板内部的滑动伸缩，从而使得夹具可以对不同待夹持物体的大面积接触夹持，保证了加工可靠性。

进一步的，所述可伸缩部件还包括可活动部件，所述可活动部件套设在支柱外，一端紧靠夹板表面，另一端顶住弹簧端部，其外径大于夹板上安装孔的内径。通过设置可活动部件，使得弹簧不是直接顶住夹板表面，而是顶在可活动部件上，增大受力面积，使得夹板受力更合理且均匀。

进一步的，该可活动部件可以用自制的圆环或直接选用标准尺寸的垫圈。

进一步的，所述座体还包括第一电机，所述第一电机固定于底座，其输出轴通过法兰盘和夹持机构连接。此时，第一电机旋转，通过法兰盘带动夹持机构旋转，为夹持机构增加了一个旋转自由度，使得夹持过程中更加灵活、便捷、快速。

进一步的，所述座体还包括主动轮、从动轮和旋转轴，具体连接和传动方式为，在底座上的第一电机的输出轴固定连接主动轮，底座上转动安装旋转轴，所述旋转轴上固定连接从动轮，所述主动轮与从动轮传动连接，所述旋转轴的末端通过法兰盘与夹持机构连接。此时，第一电机旋转带动主动轮旋转，主动轮带动从动轮旋转，从动轮通过旋转轴带动法兰盘旋转，最后由法兰盘带动夹持机构旋转；为夹持机构增加一个旋转自由度，使得夹持过程中更加灵活、便捷、快速。

进一步的，所述滑动调节机构包括：支架、第一导轨、第二导轨、第二电机、转动盘、连杆、第一滑块、第二滑块；所述支架的固定端固定连接于座体或法兰盘，和该固定端相对的一端的两侧分别设置第一导轨和第二导轨，和该固定端垂直的一侧固定第二电机，第二电机的输出轴固定连接转动盘，两个结构相同的连杆对称连接于该转动盘上，两个连杆的另一端分别和两个第一滑块固定连接，两个第一滑块置于第一导轨上并可相对其滑动；所述每个夹板固定端的一侧固定于所述第一滑块上，其固定端的另一侧固定第二滑块，所述第二滑块置于第二导轨上并可以相对其滑动。

工作时，第二电机转动，带动转动盘旋转，转动盘带动两个连杆，两个连杆再分别带动两个第一滑块在第一导轨上直线滑动；这样通过两个连杆，将第二电机的转动转化为两个第一滑块的直线移动；然后再由两个第一滑块分别带动上下两个夹板直线移动，从而使得两个夹板的相对距离发生变化，以实现夹取和放松物体的作用。同时，由于在两个夹板上还分别固定有两个第二滑块，当夹板上下移动的时候，也带动两个第二滑块在第二导轨上实现直线滑移，保持了夹板工作的平衡。

可选的，所述第一导轨和第二导轨可以是滑槽，也可以是滑杆；当为滑槽时，第一滑块和第二滑块可滑动地置于滑槽中；当为滑杆时，则第一滑块和第二滑块可滑动地贯穿于滑杆；当第一滑块和第二滑块滑动时，两夹板的距离就发生变化，从而可以夹取物体。

进一步的，所述夹板上的安装孔为贯通于夹板的外侧孔径大、内侧孔径小的阶梯孔，所述支柱置于阶梯孔内，可伸缩部件的支柱头部外径尺寸介于夹板上阶梯孔的外侧孔径和内侧孔径之间；支柱柱体部分外径小于夹板的阶梯孔孔径，柱体伸出阶梯孔的部分依次穿过可活动部件和弹簧，其末端固定连接吸盘。

当夹持物体时，夹持点对可伸缩部件进行压缩，使得支柱在夹板的阶梯孔内伸缩，同时弹簧被压缩；被压缩的弹簧会有恢复力，该恢复力施加在吸盘上，使得吸盘对被夹持点进行挤压和充分接触，起到夹紧的作用。

进一步的，设置在夹板上的可伸缩部件，从夹板的固定端到其悬臂端高度逐渐减小。这样使得夹板悬臂端的开口要比固定端更宽，夹取更为方便。

进一步的，所述可伸缩部件的吸盘选用高弹性塑料或橡胶制作，优选硅橡胶制作。选用高弹性材料，使得吸盘的贴合力更好，更容易和被夹取物体无缝接触，增加接触面积，夹紧效果更好，同时又不会损伤被夹取物表面。

本发明具有如下有益效果：

1.当第二电机转动时，带动转动盘旋转，转动盘带动两个连杆，两个连杆再分别带动两个第一滑块在第一导轨上直线滑动；这样通过两个连杆，将第二电机的转动转化为两个第一滑块的直线移动；然后再由两个第一滑块分别带动两个夹板直线移动，从而使得两个夹板的相对距离发现变化，以实现夹取和放松物体的作用。同时，由于在两个夹板上还分别固定有两个第二滑块，当夹板直线移动的时候，也带动两个第二滑块在第二导轨上实现直线滑移，保持了夹板工作的平衡。此外，通过在夹板上设置多个可伸缩部件，当夹持物体时，尤其是形状不规则的物体，各夹持点形状不同，导致该点处的弹簧受力也不同，通过弹簧的形变以及支柱在夹板内部的滑动伸缩，从而使得夹具可以对不同待夹持物体的大面积接触夹持，保证了加工可靠性。

2.进一步的，本发明还设置第一电机和主动轮、从动轮、旋转轴和法兰盘等组成的传动机构。当第一电机旋转带动主动轮旋转，主动轮带动从动轮旋转，从动轮通过旋转轴带动法兰盘旋转，最后由法兰盘带动夹持机构旋转；为夹持机构增加一个旋转自由度，使得夹持过程中更加灵活、便捷、快速。

3.此外，本发明的可伸缩部件的吸盘选用高弹性塑料或橡胶等高弹性材料，吸盘的贴合力更好，更容易和被夹取物体无缝接触，增加接触面积，夹紧效果更好，同时又不会损伤被夹取物表面

附图说明

图1是本发明一种对物体形状自调整的机械臂夹具的实施例的结构示意图。

图2是本发明一种对物体形状自调整的机械臂夹具的实施例的结构示意图。

图3是本发明一种对物体形状自调整的机械臂夹具的实施例的主视图。

图4是本发明一种对物体形状自调整的机械臂夹具的实施例的后视图。

图5是本发明的夹持机构的实施例的立体结构图的后视图。

图6是本发明的底座的实施例的立体结构图。

图7是本发明夹板及可伸缩部件的实施例的立体结构图以及局部剖视图。

图8是本发明的可伸缩部件的实施例的立体结构放大图。

图中：1为座体、11底座、12为第一电机、13为主动轮、14为从动轮、15为旋转轴、16为法兰盘、17为底座安装孔、2为夹持机构、21为支架、22为第一导轨、23为第二导轨、24为第二电机、25为转动盘、26为连杆、27为第一滑块、28为第二滑块、29为夹板、20为可伸缩部件、20-1为支柱、20-2为可活动部件、20-3为弹簧、20-4为吸盘。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细地描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1为一种对物体形状自调整的机械臂夹具的实施例的结构示意图，包括固定连接的座体1和夹持机构2两部分，通常所述夹持机构2通过座体1和外部机器人或其他有夹持功能的机械臂的末端相连；所述夹持机构2包括滑动调节机构、夹板29和可伸缩部件20。

图2具体标明了一种对物体形状自调整的机械臂夹具的一个实施例的各部分具体结构的名称。图3为该实施例的主视图，图4为该实施例的后视图，图5为夹持机构2的立体结构图。所述夹板29分为上下两个，面对面对称布置，上面设有多个安装孔用以安装可伸缩部件20；每个夹板29的结构相同，为悬臂状，其固定端的一侧固定于滑动调节机构上，并通过相对滑动调节机构滑动来改变两个夹板的间距。

图8为本发明可伸缩部件20的立体结构放大图，所述可伸缩部件20包括支柱20-1、弹簧20-3、吸盘20-4；所述支柱20-1的一端安装于夹板29的安装孔内，并可以在安装孔内上下滑动，支柱20-1的另一端固定连接吸盘20-4，所述弹簧20-3套在支柱20-1外，一端紧靠夹板29表面，另一端顶住吸盘20-4。

工作时，通过滑动调节机构，带动上下两个夹板29直线移动，从而使得两个夹板29的相对距离发现变化，以实现夹取和放松物体的作用。此外，通过在夹板29上设置多个可伸缩部件20，当夹持物体时，尤其是形状不规则的物体，各夹持点形状不同，导致该点处的弹簧20-3受力也不同，通过弹簧20-3的形变以及支柱20-1在夹板29内部的滑动伸缩，从而使得夹具可以对不同待夹持物体的大面积接触夹持，保证了加工可靠性。

进一步的，上述可伸缩部件20还包括可活动部件20-2，所述可活动部件20-2套设在支柱20-1外，一端紧靠夹板29表面，另一端顶住弹簧20-3端部，其外径大于夹板29上安装孔的内径。通过设置可活动部件20-2，使得弹簧20-3不是直接顶住夹板29表面，而是顶在可活动部件20-2上，将弹簧的受力分散到整个可活动部件20-1并传递给夹板29，使得夹板受力更合理且均匀。

进一步的，该可活动部件20-2可以用自制的圆环，或直接选用标准尺寸的垫圈。

此外，对所述座体1也可以进行改善，在座体1上设置第一电机12，所述第一电机12固定于底座11，其输出轴通过法兰盘16和夹持机构2连接。此时，第一电机12旋转，通过法兰盘16带动夹持机构2旋转，为夹持机构2增加了一个旋转自由度，使得夹持过程中更加灵活、便捷、快速。

进一步的，所述座体1还包括主动轮13、从动轮14和旋转轴15(参见图6)，座体1可以通过其底座11上的底座安装孔17固定在外部机器人的机械臂末端。具体连接和传动方式为，在底座11上的第一电机12的输出轴固定连接主动轮13，底座上转动安装旋转轴15，所述旋转轴15上固定连接从动轮14，所述主动轮13与从动轮14传动连接，所述旋转轴15的末端通过法兰盘16与夹持机构2连接。此时，第一电机12旋转带动主动轮13旋转，主动轮13带动从动轮14旋转，从动轮14再通过旋转轴15带动法兰盘16旋转，最后由法兰盘16带动固定在其上的夹持机构2旋转；为夹持机构2增加一个旋转自由度，使得夹持过程中更加灵活、便捷、快速。

进一步的，所述滑动调节机构包括：支架21、第一导轨22、第二导轨23、第二电机24、转动盘25、连杆26、第一滑块27、第二滑块28；

其中，支架21的主体为一个包含三个侧面的框架结构，所述支架21的固定端固定连接于座体1上的法兰盘16上，和该固定端相对的一端的两侧分别设置有第一导轨22和第二导轨23，和该固定端垂直的一侧上面固定第二电机24，第二电机的输出轴固定连接转动盘25，在转动盘25上对称连接两个结构相同的连杆26，两个连杆26的另一端分别和两个第一滑块27固定连接，两个第一滑块27再置于第一导轨22上并可相对第一导轨22滑动(参见夹持机构的后视图图5)；

工作时，第二电机24转动，带动转动盘25旋转，转动盘带动两个连杆26，两个连杆再分别带动两个第一滑块27在第一导轨22上直线滑动；这样通过两个连杆26，将第二电机24的转动转化为两个第一滑块27的直线移动；然后再由两个第一滑块27分别带动上下两个夹板29直线移动，从而使得两个夹板29的相对距离发现变化，以实现夹取和放松物体的作用。同时，由于在上下夹板29上还分别固定有两个第二滑块28，当夹板29上下移动的时候，也带动两个第二滑块28在第二导轨23上实现直线滑移，第二滑块28和第二导轨23的设置主要是为了保持了夹板29的连接稳定和工作平衡。

可选的，所述第一导轨22和第二导轨23可以是滑槽，也可以是滑杆；当为滑槽时，第一滑块27和第二滑块28可滑动地置于滑槽中；当为滑杆时，则第一滑块27和第二滑块28可滑动地贯穿于滑杆；当第一滑块27和第二滑块28滑动时，两夹板29的距离就发生变化，从而可以夹取物体。

进一步的，所述夹板29上的安装孔为贯通于上或下夹板29的阶梯孔；相对设置的上或下夹板间接触被夹持物，为便于表述称为夹板的内侧，远离被夹持物的一侧称为外侧，如图7中的局部剖视图可见，夹板29上的阶梯孔外侧孔径大、内侧孔径小，所述可伸缩部件20的支柱20-1置于阶梯孔内，支柱20-1头部外径尺寸介于夹板29阶梯孔的外侧孔径和内侧孔径之间；支柱20-1柱体部分外径小于夹板29阶梯孔孔径，柱体20-1伸出阶梯孔的部分依次穿过可活动部件20-2和弹簧20-3，其末端固定连接吸盘20-4。当夹持物体时，夹持点对可伸缩部件20进行压缩，使得支柱20-1在夹板29的阶梯孔内伸缩，同时弹簧20-3被压缩；被压缩的弹簧20-3会有恢复力，该恢复力施加在吸盘20-4上，使得吸盘20-4对被夹持点进行挤压和充分接触，起到夹紧的作用。

进一步的，为了方便夹板29夹取物体，可以采用高度不一的可伸缩部件20，优选的，设置在夹板29上的可伸缩部件，从夹板29的固定端到其悬臂端高度逐渐减小。这样使得夹板悬臂端的开口要比固定端更宽，夹取更为方便。

进一步的，所述可伸缩部件20的吸盘20-4选用高弹性塑料或橡胶等高弹性材料制作，优选硅橡胶制作。选用高弹性材料，使得吸盘20-4的贴合力更好，更容易和被夹取物体无缝接触，增加接触面积，夹紧效果更好，同时又不会损伤被夹取物表面。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，只要是在上述实施例基础上实现的非实质性改进的技术方案，均应视为包含在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种对物体形状自调整的机械臂夹具，其特征在于，包括座体(1)和夹持机构(2)，所述座体(1)一端和机械臂末端相连，另一端固定连接所述夹持机构(2)，所述夹持机构(2)包括滑动调节机构、夹板(29)和可伸缩部件(20)；

所述夹板(29)分为两个，上设多个安装孔，每个夹板(29)呈悬臂状，每个夹板(29)的固定端固定于滑动调节机构上，并通过滑动调节机构来改变两个夹板的间距；

所述可伸缩部件(20)有多个，每个包括支柱(20-1)、弹簧(20-3)和吸盘(20-4)；所述每个支柱(20-1)的一端滑动安装于夹板(29)的安装孔中，另一端固定连接吸盘(20-4)，所述弹簧(20-3)套设于支柱(20-1)外，一端紧靠所述夹板(29)表面，另一端顶住所述吸盘(20-4)。

2.根据权利要求1所述的一种对物体形状自调整的机械臂夹具，其特征在于：

所述可伸缩部件(20)还包括可活动部件(20-2)，所述可活动部件(20-2)套设在支柱(20-1)外，一端紧靠所述夹板(29)表面，另一端顶住所述弹簧(20-3)端部，所述可活动部件(20-2)的外径大于夹板(29)上安装孔的内径。

3.根据权利要求2所述的一种对物体形状自调整的机械臂夹具，其特征在于：所述可活动部件(20-2)为自制的圆环或直接选用标准尺寸的垫圈。

4.根据权利要求1或2或3任意一项所述的一种对物体形状自调整的机械臂夹具，其特征在于：所述座体(1)还包括第一电机(12)，所述第一电机固定在底座(11)上，其输出轴通过法兰盘(16)和夹持机构(2)固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种对物体形状自调整的机械臂夹具，其特征在于：所述座体(1)还包括主动轮(13)、从动轮(14)和旋转轴(15)，所述第一电机(12)的输出轴固定连接所述主动轮(13)，所述底座上转动安装旋转轴(15)，所述旋转轴(15)上固定连接从动轮(14)，所述从动轮(14)与所述主动轮(13)传动连接，所述旋转轴(15)的末端通过法兰盘(16)与夹持机构(2)连接。

6.根据权利要求1、2、5任意一项所述的一种对物体形状自调整的机械臂夹具，其特征在于，所述滑动调节机构包括：支架(21)、第一导轨(22)、第二导轨(23)、第二电机(24)、转动盘(25)、连杆(26)、第一滑块(27)、第二滑块(28)；

所述支架(21)的固定端固定连接于座体(1)或座体上的法兰盘(16)，和该固定端相对的一端两侧分别设置第一导轨(22)和第二导轨(23)，和该固定端垂直的一侧固定第二电机(24)；所述第二电机(24)的输出轴固定连接转动盘(25)，两个结构相同的连杆(26)对称连接于所述转动盘(25)上，两个连杆(26)的另一端分别和两个第一滑块(27)固定连接，两个第一滑块(27)分别滑动连接于第一导轨(22)；所述每个夹板(29)的固定端一边固定于所述第一滑块(27)上，另一边固定连接第二滑块(28)，所述第二滑块(28)滑动连接于所述第二导轨(23)。

7.根据权利要求6所述的一种对物体形状自调整的机械臂夹具，其特征在于：所述第一导轨(22)和第二导轨(23)为滑槽或滑杆；当为滑槽时，第一滑块(27)和第二滑块(28)可滑动地置于滑槽中；当为滑杆时，则第一滑块(27)和第二滑块(28)可滑动地贯穿于滑杆上。

8.根据权利要求2、3任意一项所述的一种对物体形状自调整的机械臂夹具，其特征在于：所述夹板(29)上的安装孔为贯通于夹板(29)的外侧孔径大、内侧孔径小的阶梯孔，所述可伸缩部件(20)的支柱(20-1)置于阶梯孔内，支柱(20-1)头部外径尺寸介于夹板(29)上阶梯孔的外侧孔径和内侧孔径之间；支柱(20-1)柱体部分外径小于夹板(29)的阶梯孔孔径，柱体伸出阶梯孔的部分依次穿过可活动部件(20-2)和弹簧(20-3)，其末端固定连接吸盘(20-4)。

9.根据权利要求1、2、5任意一项所述的一种对物体形状自调整的机械臂夹具，其特征在于：从夹板(29)固定端到悬臂端所设置的可伸缩部件(20)高度逐渐减小。

10.根据权利要求1、2、5任意一项所述的一种对物体形状自调整的机械臂夹具，其特征在于：所述可伸缩部件(20)的吸盘(20-4)采用硅橡胶。

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