CN112718978B - 一种管件旋转夹持器及机器人弯管工作站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管件旋转夹持器及机器人弯管工作站，属于自动化设备技术领域。包括：转盘能绕其轴心方向自转。摆动块设置于转盘的一侧，两摆动块能相互靠近或远离，且摆动块的中部开设有夹紧孔，夹紧孔与管件相匹配，且两摆动块相互靠近的一侧留有间隙。连接块设置于转盘的一侧，两摆动块分别与连接块铰接，且连接块开设有贯穿的通孔，该通孔与两摆动块之间的间隙相对。顶升机构的一端能穿过通孔伸入两摆动块之间的间隙之间，或从两摆动块之间的间隙以及通孔中抽出。机器人通过该夹持器来移动待弯折的管件。本发明提供的一种管件旋转夹持器及机器人弯管工作站，简化布局，减少了操作人员，提高了自动化程度。

Description

一种管件旋转夹持器及机器人弯管工作站

技术领域

本发明涉及自动化设备技术领域，具体是涉及一种管件旋转夹持器及机器人弯管工作站。

背景技术

目前弯管工艺在船舶制造、家具、桥梁、汽车行业等领域都有着广泛的应用，弯管质量将直接影响产品的安全性、稳定性和可靠性。传统弯管工厂大规模生产、工艺繁多，对于管件折弯作业需要大量的人力。目前在智能制造的背景及各厂商对生产效率和精度的追求下，机器自动化对于弯管生产提供了有效的解决方案，弯管厂生产线多采用专用的弯管机进行弯管，但需要通过人工进行上下料辅助，自动化程度相对较低，对机器人及集成技术缺乏了解，通过人工上下料，将人员安排在弯管机旁工作穿梭存在较大的安全隐患。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，旨在提供一种管件旋转夹持器及机器人弯管工作站，管件旋转夹持器可以结合机器人进行管件的上下料，还简化布局，减少了操作人员，提高了自动化程度，且该管件旋转夹持器主要适用于中型管件。

具体技术方案如下：

一种管件旋转夹持器，包括：转盘、摆动块、连接块、顶升机构、第一驱动装置以及第二驱动装置。

转盘能绕其轴心方向自转。

摆动块设置于转盘的一侧，两摆动块能相互靠近或远离，且摆动块的中部开设有夹紧孔，夹紧孔与管件相匹配，且两摆动块相互靠近的一侧留有间隙。

连接块设置于转盘的一侧，两摆动块分别与连接块铰接，且连接块开设有贯穿的通孔，该通孔与两摆动块之间的间隙相对。

顶升机构的一端能穿过通孔伸入两摆动块之间的间隙之间，或从两摆动块之间的间隙以及通孔中抽出。

第一驱动装置与转盘驱动连接。

第二驱动装置与顶升机构驱动连接。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，还包括手爪浮动机构，转盘通过该手爪浮动机构与机器人连接。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，手爪浮动机构包括连接板、若干弹簧组件以及气缸穿销定位机构，连接板与转盘连接，连接板与机器人活动连接，且连接板与机器人之间设置有若干弹簧组件；此外机器人开设有定位孔，气缸穿销定位机构与定位孔相匹配。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，还包括齿轮传动机构，齿轮传动机构包括主动齿轮和若干从动齿轮，主动齿轮与第一驱动机构驱动连接，主动齿轮通过若干从动齿轮与转盘的外侧的轮齿相啮合。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，第一驱动机构为旋转位移执行器，第二驱动机构为直线位移执行器。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，连接块的通孔与顶升机构相正对时，转盘位于原点位置，且转盘的一侧设置有开口，该开口与夹紧孔相对。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，还包括弹簧部件和拉簧部件，弹簧部件，弹簧部件套设于顶升机构的一端，弹簧部件的两端分别与顶升机构、连接块接触，拉簧部件的两端分别与摆动块和转盘连接。

机器人弯管工作站，包括管件上料机、下料架、机器人以及固定式弯管机，机器人靠近固定式弯管机，机器人靠近固定式弯管机的端部设置有管件旋转夹持器，且管件上料机和下料架分别位于固定式弯管机的两侧。

上述的一种机器人弯管工作站中，还具有这样的特征，还包括用于检测管件的定位机构，定位机构位于机器人的活动范围内。

上述的一种机器人弯管工作站中，还具有这样的特征，定位机构与机器人通讯连接。

上述技术方案的积极效果是：

本发明提供的一种管件旋转夹持器及包含其的机器人弯管工作站，

1、单齿盘旋转夹持器集成了旋转夹持功能使结构更为紧凑，外观小巧，齿轮传动机构能有效消除齿隙并提高旋转精度，使管件的位置调整更为准确，该管件夹持旋转手爪为机器人弯管提供了协作辅助，优化了设备布局，减少了操作人员，提高了设备的自动化程度；

2、手爪浮动机构增加手爪柔性，消除或减小机械臂的刚性受力，以延长机械臂的使用寿命；

3、管件旋转夹持器配合机器人、固定式弯管机、上下料机构等组成简易的弯管工作站，全流程无需人工参与，实现全自动化作业，使工作人员远离弯管作业区域，提高了人员安全性。

附图说明

图1为本发明的一种管件旋转夹持器的实施例的结构示意图；

图2为本发明的一种管件旋转夹持器的实施例中夹紧孔处于关闭的结构示意图；

图3为本发明的一种管件旋转夹持器的实施例中夹紧孔处于开启的结构示意图；

图4为本发明的一种机器人弯管工作站的实施例的俯视图；

图5为本发明的一种机器人弯管工作站的实施例的立体图。

附图中：1、管件上料机；2、机器人；3、管件旋转夹持器；31、转盘；32、摆动块；321、夹紧孔；33、连接块；331、通孔；34、顶升机构；35、第一驱动装置；36、第二驱动装置；37、手爪浮动机构；371、气缸穿销定位机构；38、齿轮传动机构；391、弹簧部件；392、拉簧部件；4、固定式弯管机；5、下料架；6、管件。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1至附图5对本发明提供的一种管件旋转夹持器及机器人弯管工作站作具体阐述。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在该管件旋转夹持器中，转盘31能绕其轴心方向自转，具体的，转盘31为单个齿盘，齿盘的外圆周向分布有若干齿数，且该齿盘的端面还用作承载平台。

一般摆动块32包括相对设置的两个，摆动块32设置于转盘31的一侧，两摆动块32能相互靠近或远离，两摆动块32相互靠近后能将管件6夹紧，相互远离后能将管件6松开，且摆动块32的中部开设有夹紧孔321，夹紧孔321与管件6相匹配，一般夹紧孔321为圆形设置，每一摆动块32相互靠近的一侧设置有一半圆形的缺口，两缺口相互拼合后构成用于夹紧管件6的夹紧孔321，当然也可以采用其他形状的缺口，只要能将管件6夹紧即可，且两摆动块32相互靠近的一侧留有间隙，进而可供顶升机构34伸入该间隙内，且该间隙的大小是渐变的，为了供顶升机构34伸入该间隙，该间隙变大的过程中，两摆动块32会发生相对摆动，从而使两缺口打开，用于准备夹持管件6或者将管件6松开。

连接块33设置于转盘31的一侧，两摆动块32分别与连接块33铰接，其中一摆动块32与连接块33长度方向的一端铰接，另外一摆动块32与连接块33长度方向的另一端铰接，且连接块33开设有贯穿的通孔331，一般该通孔331沿竖直方向布置，该通孔331与两摆动块32之间的间隙相对，该通孔331可供顶升机构34穿过，可用作顶升机构34的移动导向以及限位作用。

具体的，顶升机构34的端部纵截面为一渐变的楔形结构，顶升机构34的一端能穿过通孔伸入两摆动块32之间的间隙之间，由于顶升机构34的端部是渐变的楔形结构，在顶升机构34从上往下的移动过程中，能将相邻两摆动块32之间的间距逐渐撑开，相邻两摆动块32以相互背离的方向转动，或从两摆动块32之间的间隙以及通孔331中抽出，两摆动块32之间的间隙逐渐变小，相邻两摆动块32以相互靠近的方向转动。

第一驱动装置35与转盘31驱动连接，第一驱动装置35输出转动扭矩，进而使转盘31转动，第二驱动装置36与顶升机构34驱动连接，第二驱动装置36输出直线位移，进而使两摆动块32相互靠近或分离。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2、图3所示，还包括手爪浮动机构37，转盘通过该手爪浮动机构37与机器人2连接，通过增设该手爪浮动机构37，在进行弯管时增加手爪的柔性，以消除或减少机器人2的刚性受力，进而保护机器人。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2、图3所示，手爪浮动机构37包括连接板、若干弹簧组件以及气缸穿销定位机构371，连接板与转盘31连接，连接板与机器人2活动连接，且连接板与机器人2之间设置有若干弹簧组件，进一步的机器人2与连接板之间通过杆件活动连接，若干弹簧组件套设在该杆件的外侧，从而来提升机器人2与转盘31之间的柔性。此外机器人2开设有定位孔，气缸穿销定位机构371与定位孔相匹配，可用于锁定机器人2与转盘31之间的相对位置。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2、图3所示，还包括齿轮传动机构38，齿轮传动机构38包括主动齿轮和若干从动齿轮，具体的包括一主动齿轮和两从动齿轮，其中从动齿轮的轮径小于主动齿轮的轮径，主动齿轮与两从动齿轮相匹配啮合，主动齿轮与第一驱动机构驱动连接，主动齿轮通过若干从动齿轮与转盘的外侧的轮齿相啮合，从而带动齿盘的旋转，通过在齿盘与主动齿轮之间设置两个从动齿轮用来消除齿隙提高旋转精度，若由伺服电机驱动，齿盘可旋转至任意指定角度，旋转精度可达±0.1°。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2、图3所示，第一驱动机构35为旋转位移执行器，旋转位移执行器用于控制转盘的旋转，具体的，旋转位移执行器可以为电机、旋转气缸、旋转电缸中的一种，优选的可采用伺服电机作为旋转的动力源，以提升旋转精度；第二驱动机构36为直线位移执行器，直线位移执行器用于控制顶升机构34的升降，具体的直线位移执行器为直线型气缸或直线型电缸。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2、图3所示，连接块33的通孔与顶升机构34相正对时，转盘31位于原点位置，用于确认转盘31在完成一个工作流程后返回至原点位置，以便开始下一个工作流程，以保证两摆动块32之间的夹紧孔321能够打开，且转盘31的一侧设置有开口，该开口与夹紧孔321相对，该开口可为管件6夹持时，提供一定的夹持空间，而不是仅让摆动块32夹持住管件6的端部，以提升夹持的稳定性。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2、图3所示，还包括弹簧部件391和拉簧部件392，弹簧部件391，弹簧部件391套设于顶升机构34的一端，弹簧部件391的两端分别与顶升机构34、连接块33接触，具体的顶升机构34包括固定部件和活动部件，活动部件可相对固定部件移动，弹簧部件391的一端与固定部件相抵靠，弹簧部件的另一端与连接块33的上端面相抵靠，当顶升机构34的活动部件需要收回时，弹簧部件391可辅助活动部件进行复位，拉簧部件392的两端分别与摆动块32和转盘31连接，具体的摆动件32相互背离的一侧均设置有至少一个拉簧部件392，其中拉簧部件392的一端与摆动块32的一端连接，拉簧部件392的另一端与转盘31连接，当顶升机构34的活动部件需要收回时，该拉簧部件392能够辅助摆动块32进行复位即两摆动块32相互靠近，夹紧孔321闭合。

参照图4和图5，机器人弯管工作站，包括管件上料机1、下料架5、机器人2以及固定式弯管机4，将该管件旋转夹持器3应用在机器人弯管工作站，安装在机器人2的端部，与机器人2配套使用完成管件送料和旋转操作，管件夹紧精度：±0.05mm，旋转夹持精度：±0.1°，最大转速：60r/min。管件上料机1用于堆积未进行弯折的管件6，以平行姿态进行堆叠便于后续的夹取，机器人2靠近固定式弯管机4，机器人2将管件从管件上料机1取下放置在固定式弯管机4内进行弯管作业，机器人2靠近固定式弯管机4的端部设置有管件旋转夹持器3，便于对管件6进行夹持移动，且管件上料机1和下料架5分别位于固定式弯管机4的两侧，下料架5用于暂时放置经弯折完毕的管件。

在一种优选的实施方式中，如图4和图5所示，还包括用于检测管件6的定位机构(图中未示出)，定位机构位于机器人2的活动范围内，定位机构用于实时检测待弯折管件6是否被输送至预定位置，便于机器人2配合管件旋转夹持器3对管件进行夹持旋转等。

在一种优选的实施方式中，如图4和图5所示，定位机构与机器人2通讯连接，当定位机构检测到管件6的位置后，定位机构将发送信号至机器人2，该机器人2的管件旋转夹持器3移动至预设位置对管件进行夹取，以便开展后续的弯折作业。

以下，以一种具体的实施方式进行说明，需要指出的是，以下实施方式中所描述之结构、工艺、选材仅用以说明实施方式的可行性，并无限制本发明保护范围之意图。

该管件旋转夹持器及机器人弯管工作站的工作原理：管件上料机将堆料中的一根推出送到机器人操作范围内定位机构位置处，定位机构信号确认后并将信号发送至机器人，机器人利用安装在手部的管件旋转夹持器抓取管件；机器人将管件送至固定式弯管机夹模位置，固定式弯管机夹紧管件，机器人手爪再松开管件；固定式弯管机将管件折弯后机器人再次抓取管件，并将工件旋转至指定角度后，再由固定式弯管机对管件进行夹紧折弯；机器人手爪夹紧管件后固定式弯管机松开，机器人将管件下料至指定位置；然后再循环重复以上动作，以完成所有管件的弯折作业。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种管件旋转夹持器，其特征在于，包括：

转盘，所述转盘能绕其轴心方向自转；

摆动块，所述摆动块设置于所述转盘的一侧，两所述摆动块能相互靠近或远离，且所述摆动块的中部开设有夹紧孔，所述夹紧孔与管件相匹配，且两所述摆动块相互靠近的一侧留有间隙；

连接块，所述连接块设置于所述转盘的一侧，两所述摆动块分别与所述连接块铰接，且所述连接块开设有贯穿的通孔，该所述通孔与两所述摆动块之间的间隙相对；

顶升机构，所述顶升机构的一端的纵截面呈楔形结构设置，所述顶升机构的一端能穿过所述通孔伸入两所述摆动块之间的间隙之间并使得两所述摆动块相互远离，或从两所述摆动块之间的间隙以及所述通孔中抽出并使得两所述摆动块相互靠近；

第一驱动装置，所述第一驱动装置与所述转盘驱动连接；

第二驱动装置，所述第二驱动装置与所述顶升机构驱动连接；

还包括手爪浮动机构，所述转盘通过该所述手爪浮动机构与机械手连接；

所述手爪浮动机构包括连接板、若干弹簧组件以及气缸穿销定位机构，所述连接板与所述转盘连接，所述连接板与所述机械手活动连接，且所述连接板与所述机械手之间设置有若干弹簧组件；此外所述机械手开设有定位孔，所述气缸穿销定位机构与所述定位孔相匹配；

其中，所述连接块的通孔与所述顶升机构相正对时，所述转盘位于原点位置，且所述转盘的一侧设置有开口，该所述开口与所述夹紧孔相对。

2.根据权利要求1所述的一种管件旋转夹持器，其特征在于，还包括齿轮传动机构，所述齿轮传动机构包括主动齿轮和若干从动齿轮，所述主动齿轮与所述第一驱动机构驱动连接，所述主动齿轮通过若干所述从动齿轮与所述转盘的外侧的轮齿相啮合。

3.根据权利要求1所述的一种管件旋转夹持器，其特征在于，所述第一驱动机构为旋转位移执行器，所述第二驱动机构为直线位移执行器。

4.根据权利要求1所述的一种管件旋转夹持器，其特征在于，还包括弹簧部件和拉簧部件，所述弹簧部件，所述弹簧部件套设于所述顶升机构的一端，所述弹簧部件的两端分别与顶升机构、所述连接块接触，所述拉簧部件的两端分别与所述摆动块和所述转盘连接。

5.机器人弯管工作站，包括权利要求1-4任意一项所述的管件旋转夹持器，其特征在于，包括管件上料机、下料架、机械手以及固定式弯管机，所述机械手靠近所述固定式弯管机，所述机械手靠近所述固定式弯管机的端部设置有所述管件旋转夹持器，且所述管件上料机和所述下料架分别位于所述固定式弯管机的两侧。

6.根据权利要求5所述的机器人弯管工作站，其特征在于，还包括用于检测管件的定位机构，所述定位机构位于所述机械手的活动范围内。

7.根据权利要求6所述的机器人弯管工作站，其特征在于，所述定位机构与所述机械手通讯连接。

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