CN112720556B - 可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，该机械手包括外部的圆柱形套筒、安装在套筒内的抓取装置以及安装在套筒上端的自适应连接装置；所述的抓取装置包括盘形主体、设置在盘形主体的下表面并沿圆周均布的至少三个相同的内撑机构；所述的内撑机构包括有，固定在盘形主体的下表面垂直向外伸出的支撑腿，沿盘形主体的径向贯穿该支撑腿下端滑动孔的滑动块，固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，在内撑体的外侧设有圆弧条形的弹性调节板，在弹性调节板与内撑体之间还连接有若干个用于改变弹性调节板曲率半径的伸缩调节机构，本发明能够用于抓取不同半径的工件，使用成本低，工作效率高。

Description

可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作 业自适应柔顺机械手

技术领域

本发明涉及机器人的技术领域，特别涉及一种可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手。

背景技术

对于工业生产机器人来说，取料和放料是最基本的功能，对于不同类型的产品所需要的夹头也不一样，对于圆柱类零件，一般采用外夹式夹头，即从工件的外部来夹持工件，而这些夹头多是利用三个夹爪组成类圆柱孔来夹紧并移动圆柱体类零件的；对于管状类零件，一般采用内撑式夹头，但是对于易碎薄壁圆柱形内壁工件，采用传统的三个夹爪，参考现有技术（申请号：CN201910141096.6，主题名称：易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式抓取与装配柔性机械手），在实际生产作业中，当机械手抓取工件并与待装配工件进行装配时，因工件与待装配工件之间难免会出现形貌与位姿的偏差，此时机械手夹持工件以刚性的压力再继续进行装配，必然会损坏工件、待装配工件或两者均损坏，尤其是装配易碎工件，影响生产的连续性，降低生产效率、增加生产成本，更有甚者还会损坏机械手，容易造成更大的经济损失；然而现有技术（申请号：CN202010355810.4，主题名称：易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手）针对性地解决了上述的问题，但是其仍然存在不足，比如，当抓取工件的直径发生变化后，由于内撑体的曲率半径是不变的，此时再通过该内撑体抓取工件时，内撑体与工件之间的接触面积就会变小甚至变成线接触，同样压力的情况下就会使得工件局部受到的压强增大，操作过程中不稳定且极易损坏工件，不能保证工作效率，若各种尺寸的工件均采用与其严格匹配的内撑体，将使得设备占有量大，大大增加生产成本，降低设备的使用率，同时会造成资源浪费。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手。

具体内容如下：可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，该机械手包括外部的圆柱形套筒、安装在套筒内的抓取装置以及安装在套筒上端的自适应连接装置，其特征是：

所述的抓取装置包括盘形主体、设置在盘形主体的下表面并沿圆周均布的至少三个相同的内撑机构；

所述的内撑机构包括有，固定在盘形主体的下表面垂直向外伸出的支撑腿，该支撑腿外侧面到盘形主体中心的最大距离小于盘形主体的半径；沿盘形主体的径向贯穿该支撑腿下端滑动孔的滑动块，两端分别通过铰接轴连接滑动块里端和直线运动驱动器的活动部件之间的连杆，该连杆的下端与滑动块的里端铰接；固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，该内撑体上表面的中间位置固定在对应滑动块外端的下表面上，在内撑体的外侧设有圆弧条形的弹性调节板，该弹性调节板与内撑体之间连接有中心螺柱，该中心螺柱的外端垂直固定在弹性调节板内圆弧面的中心，中心螺柱的内端贯穿内撑体中心位置上的通孔并通过两个夹紧螺母将两者固定，两个夹紧螺母均通过螺纹连接在中心螺柱上且分别夹紧在内撑体的内外圆弧面上，在弹性调节板与内撑体之间还连接有若干个用于改变弹性调节板曲率半径的伸缩调节机构，若干个伸缩调节机构对称分布在中心螺柱的两侧，在弹性调节板的外圆弧面上设有厚度均匀的橡胶减震层，且每个弹性调节板上的橡胶减震层的外圆弧面均在同一圆柱面上。

优选的，所述的滑动块包括滑动伸缩连接的固定块和调节块，固定块的内端与连杆的下端铰接，调节块的外端固定在内撑体上，固定块的外端面上垂直固定有水平向外伸出的方形导向连接杆，调节块的内部设有沿其长度方向水平贯通且与导向连接杆匹配的滑动孔，导向连接杆从调节块的内端插入滑动孔内形成滑动副，且固定块和调节块的横截面轮廓对应匹配，在调节块两侧面设有对称的且与滑动孔连通的螺纹孔，每个螺纹孔内均通过螺纹连接有与其匹配的且顶紧在导向连接杆侧面的顶丝。

优选的，所述的伸缩调节机构包括调节螺杆，该调节螺杆的外端连接在弹性调节板的内圆弧面上，调节螺杆的内端贯穿内撑体上对应的摆动孔并与内撑体连接，上述的摆动孔水平设置，且所有调节螺杆的中心线与中心螺柱的中心线均在同一水平面上。

优选的，所述的调节螺杆的外端固定在弹性调节板的内圆弧面上，调节螺杆的内端贯穿内撑体上对应的摆动孔并通过两个手动螺母将两者固定，两个手动螺母均通过螺纹连接在调节螺杆上且分别夹紧在内撑体的内外圆弧面上。

优选的，所述的摆动孔为长圆孔，在摆动孔的内端口设有紧贴在内撑体内圆弧面上的球面垫圈，对应的调节螺杆从球面垫圈的内部贯穿，且球面垫圈被夹紧在对应侧的夹紧螺母与内撑体之间。

优选的，所述的调节螺杆的外端通过竖直的第一铰接轴铰接在铰接座上，该铰接座对应固定在弹性调节板的内圆弧面上。

优选的，所述的调节螺杆的外端设有圆环形的定位槽，该定位槽上同轴安装有与其匹配形成转动副的卡环，该卡环上固定有上下对称的第一固定耳，每个第一固定耳均通过第二铰接轴对应铰接在与弹性调节板内圆弧面固定的第二固定耳上，在调节螺杆上通过螺纹连接有固定螺母，该固定螺母上固定有上下对称的第三固定耳，每个第三固定耳均通过第三铰接轴对应铰接在与内撑体外圆弧面固定的第四固定耳上，且第一铰接轴和第二铰接轴平行且竖直，所述的调节螺杆的内端面设有内六方调节孔。

优选的，所述的调节螺杆的内端圆周面上设有直径大于其外径的圆环形凸台，调节螺杆的外圆周还设有圆环形的卡槽，该卡槽上卡装有与其匹配的卡簧，卡簧与圆环形凸台之间形成上述的定位槽。

优选的，所述的中心螺柱上套装有普通垫圈，该普通垫圈夹紧在内撑体的内圆弧面和对应夹紧螺母之间。

本发明的有益技术效果：本发明是一种可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，首先，滑动块采用伸缩连接的固定块和调节块组合而成，在一定范围内调节滑动块的整体长度以适应工件直径的变化，同时，内撑体与弹性调节板之间设有伸缩调节机构，通过改变伸缩调节机构中调节螺杆的实际作用长度，来调节弹性调节板的曲率半径，从而使得弹性调节板的曲率半径与工件的内径相匹配，在弹性调节板抓取工件时，使得弹性调节板外圆弧面上的橡胶减震层与工件内壁之间的夹紧接触面积最大化，保证作业稳定的同时减少工件单位面积承受的压强，避免损坏工件；因此本发明的机械手能够用于不同作业半径的工件，操作过程安全稳定，保证工作效率，减少设备占有量，提高设备的使用率，降低生产成本，便于应用和推广。

附图说明

图1为本发明机械手的立体结构示意图；

图2为内撑机构安装在盘形主体上的仰视图；

图3为内撑体与弹性调节板连接的原理示意图；

图4为图3中A-A方向的剖视图；

图5为内撑体与弹性调节板连接的具体结构示意图一；

图6为图5中B-B方向的剖视图；

图7为内撑体与弹性调节板连接的具体结构示意图二；

图8为图7中C-C方向的剖视图；

图9为图5或图7中内撑体的立体结构示意图；

图10为内撑体与弹性调节板连接的具体结构示意图三；

图11为图10中D-D方向的剖视图；

图12为图10中内撑体的立体结构示意图；

图13为图10中调节螺杆的立体结构示意图；

图14为图10中弹性调节板的立体结构示意图；

图中：31.驱动模组、32.驱动滑块、33.柔顺环、34.连接筒、35.限位环、36.预警弹簧、1.套筒、13.柔性减震环、22.复位弹簧、23.直线运动驱动器、25.支撑腿、28.滑动块、29.盘形主体；

101.内撑体、102.弹性调节板、103.橡胶减震层、104.伸缩调节机构、105.调节块、106.固定块、107.中心螺柱、108.导向连接杆、109.顶丝、112.螺纹孔、113.滑动孔、114.夹紧螺母、115.普通垫圈、116.调节螺杆、117.手动螺母、118.球面垫圈、119.铰接座、120.第一铰接轴、121.通孔、122.摆动孔、123.第二固定耳、124.第二铰接轴、125.第一固定耳、126.卡环、127.固定螺母、128.第三固定耳、129.第三铰接轴、130.第四固定耳、131.内六方调节孔、132.定位槽、133.圆环形凸台、134.卡簧、135.卡槽、136.工件。

具体实施方式

实施例一，参见图1-14，可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，该机械手包括外部的圆柱形套筒、安装在套筒内的抓取装置以及安装在套筒上端的自适应连接装置；本发明中的套筒、自适应连接装置和抓取装置等未描述部分的具体机构，本发明中就不再一一赘述，具体请参见已公开的专利申请文件（申请号：CN202010355810.4，主题名称：易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手）；

所述的抓取装置包括盘形主体、设置在盘形主体的下表面并沿圆周均布的至少三个相同的内撑机构；

所述的内撑机构包括有，固定在盘形主体的下表面垂直向外伸出的支撑腿，该支撑腿外侧面到盘形主体中心的最大距离小于盘形主体的半径；沿盘形主体的径向贯穿该支撑腿下端滑动孔的滑动块，两端分别通过铰接轴连接滑动块里端和直线运动驱动器的活动部件之间的连杆，该连杆的下端与滑动块的里端铰接；固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，该内撑体上表面的中间位置固定在对应滑动块外端的下表面上，在内撑体的外侧设有圆弧条形的弹性调节板，该弹性调节板与内撑体之间连接有中心螺柱，该中心螺柱的外端垂直固定在弹性调节板内圆弧面的中心，中心螺柱的内端贯穿内撑体中心位置上的通孔并通过两个夹紧螺母将两者固定，两个夹紧螺母均通过螺纹连接在中心螺柱上且分别夹紧在内撑体的内外圆弧面上，在弹性调节板与内撑体之间还连接有若干个用于改变弹性调节板曲率半径的伸缩调节机构，通过伸缩调节机构长短的变化来改变弹性调节板的曲率半径，当弹性调节板的曲率半径改变较大时，还可以通过调节中心螺柱的实际作用长度，以快速改变弹性调节板的曲率半径，若干个伸缩调节机构对称分布在中心螺柱的两侧，在弹性调节板的外圆弧面上设有厚度均匀的橡胶减震层，且每个弹性调节板上的橡胶减震层的外圆弧面均在同一圆柱面上。

所述的滑动块包括滑动伸缩连接的固定块和调节块，固定块的内端与连杆的下端铰接，调节块的外端固定在内撑体上，固定块的外端面上垂直固定有水平向外伸出的方形导向连接杆，调节块的内部设有沿其长度方向水平贯通且与导向连接杆匹配的滑动孔，导向连接杆从调节块的内端插入滑动孔内形成滑动副，且固定块和调节块的横截面轮廓对应匹配，在调节块两侧面设有对称的且与滑动孔连通的螺纹孔，每个螺纹孔内均通过螺纹连接有与其匹配的且顶紧在导向连接杆侧面的顶丝。

所述的伸缩调节机构包括调节螺杆，该调节螺杆的外端连接在弹性调节板的内圆弧面上，调节螺杆的内端贯穿内撑体上对应的摆动孔并与内撑体连接，上述的摆动孔水平设置，且所有调节螺杆的中心线与中心螺柱的中心线均在同一水平面上。

所述的调节螺杆的外端固定在弹性调节板的内圆弧面上，调节螺杆的内端贯穿内撑体上对应的摆动孔并通过两个手动螺母将两者固定，两个手动螺母均通过螺纹连接在调节螺杆上且分别夹紧在内撑体的内外圆弧面上。

所述的摆动孔为长圆孔，在摆动孔的内端口设有紧贴在内撑体内圆弧面上的球面垫圈，对应的调节螺杆从球面垫圈的内部贯穿，且球面垫圈被夹紧在对应侧的夹紧螺母与内撑体之间。

所述的调节螺杆的外端通过竖直的第一铰接轴铰接在铰接座上，该铰接座对应固定在弹性调节板的内圆弧面上。

所述的调节螺杆的外端设有圆环形的定位槽，该定位槽上同轴安装有与其匹配形成转动副的卡环，该卡环上固定有上下对称的第一固定耳，每个第一固定耳均通过第二铰接轴对应铰接在与弹性调节板内圆弧面固定的第二固定耳上，在调节螺杆上通过螺纹连接有固定螺母，该固定螺母上固定有上下对称的第三固定耳，每个第三固定耳均通过第三铰接轴对应铰接在与内撑体外圆弧面固定的第四固定耳上，且第一铰接轴和第二铰接轴平行且竖直，所述的调节螺杆的内端面设有内六方调节孔，所述的调节螺杆的内端圆周面上设有直径大于其外径的圆环形凸台，调节螺杆的外圆周还设有圆环形的卡槽，该卡槽上卡装有与其匹配的卡簧，卡簧与圆环形凸台之间形成上述的定位槽，卡簧可拆卸，便于将调节螺杆按要求安装在卡环上。

所述的中心螺柱上套装有普通垫圈，该普通垫圈夹紧在内撑体的内圆弧面和对应夹紧螺母之间。

本发明的工作过程及原理：

根据工件的直径尺寸，调节滑动块的具体长度，即将顶丝松开，拉动调节块至合适位置，然后拧紧顶丝将调节块与固定块上的导向连接杆相固定，再调节弹性调节板的曲率半径，即改变各个伸缩调节机构中调节螺杆的实际作用长度，来调节弹性调节板的曲率半径，使得弹性调节板的曲率半径与工件的内径相匹配；内撑机构调节完毕后，然后进行工件的抓取，本发明机械手抓取工件的具体的过程请参见已公开的专利申请文件（申请号：CN202010355810.4，主题名称：易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手）中的工作过程部分。

本发明中，滑动块采用伸缩连接的固定块和调节块组合而成，在一定范围内，通过调节滑动块的整体长度以适应工件直径的变化，由于内撑体的曲率半径固定，采用内撑体与待抓工件直接接触，则无法在两者之间形成面接触，为了形成对工件的可靠抓取，产生摩擦力所需的压力将在内撑体与待抓工件之间形成局部高压力，有可能对易碎薄壁圆柱形内壁工件造成破坏，为此，设计有弹性调节板，且内撑体与弹性调节板之间设有伸缩调节机构，通过改变伸缩调节机构中调节螺杆的实际作用长度，来调节弹性调节板的曲率半径，从而使得弹性调节板的曲率半径与工件的内径相匹配，在弹性调节板抓取工件时，使得弹性调节板外圆弧面上的橡胶减震层与工件内壁之间的夹紧接触面积最大化，保证作业稳定的同时减少工件承受的压强，避免损坏工件；因此本发明的机械手能够用于不同作业半径的工件，操作过程安全稳定，保证工作效率，减少设备占有量，提高设备的使用率，降低生产成本，便于应用和推广。

Claims (7)

1.可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，该机械手包括外部的圆柱形套筒、安装在套筒内的抓取装置以及安装在套筒上端的自适应连接装置，其特征是：

所述的抓取装置包括盘形主体、设置在盘形主体的下表面并沿圆周均布的至少三个相同的内撑机构；

所述的内撑机构包括有，固定在盘形主体的下表面垂直向外伸出的支撑腿，该支撑腿外侧面到盘形主体中心的最大距离小于盘形主体的半径；沿盘形主体的径向贯穿该支撑腿下端滑动孔的滑动块，两端分别通过铰接轴连接滑动块里端和直线运动驱动器的活动部件之间的连杆，该连杆的下端与滑动块的里端铰接；固定在滑动块外端的圆弧条状的内撑体，该内撑体上表面的中间位置固定在对应滑动块外端的下表面上，在内撑体的外侧设有圆弧条形的弹性调节板，该弹性调节板与内撑体之间连接有中心螺柱，该中心螺柱的外端垂直固定在弹性调节板内圆弧面的中心，中心螺柱的内端贯穿内撑体中心位置上的通孔并通过两个夹紧螺母将两者固定，两个夹紧螺母均通过螺纹连接在中心螺柱上且分别夹紧在内撑体的内外圆弧面上，在弹性调节板与内撑体之间还连接有若干个用于改变弹性调节板曲率半径的伸缩调节机构，若干个伸缩调节机构对称分布在中心螺柱的两侧，在弹性调节板的外圆弧面上设有厚度均匀的橡胶减震层，且每个弹性调节板上的橡胶减震层的外圆弧面均在同一圆柱面上；

所述的伸缩调节机构包括调节螺杆，该调节螺杆的外端连接在弹性调节板的内圆弧面上，调节螺杆的内端贯穿内撑体上对应的摆动孔并与内撑体连接，上述的摆动孔水平设置，且所有调节螺杆的中心线与中心螺柱的中心线均在同一水平面上；

所述的调节螺杆的外端固定在弹性调节板的内圆弧面上，调节螺杆的内端贯穿内撑体上对应的摆动孔并通过两个手动螺母将两者固定，两个手动螺母均通过螺纹连接在调节螺杆上且分别夹紧在内撑体的内外圆弧面上。

2.根据权利要求1所述的可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，其特征是：所述的滑动块包括滑动伸缩连接的固定块和调节块，固定块的内端与连杆的下端铰接，调节块的外端固定在内撑体上，固定块的外端面上垂直固定有水平向外伸出的方形导向连接杆，调节块的内部设有沿其长度方向水平贯通且与导向连接杆匹配的滑动孔，导向连接杆从调节块的内端插入滑动孔内形成滑动副，且固定块和调节块的横截面轮廓对应匹配，在调节块两侧面设有对称的且与滑动孔连通的螺纹孔，每个螺纹孔内均通过螺纹连接有与其匹配的且顶紧在导向连接杆侧面的顶丝。

3.根据权利要求1所述的可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，其特征是：所述的摆动孔为长圆孔，在摆动孔的内端口设有紧贴在内撑体内圆弧面上的球面垫圈，对应的调节螺杆从球面垫圈的内部贯穿，且球面垫圈被夹紧在对应侧的夹紧螺母与内撑体之间。

4.根据权利要求3所述的可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，其特征是：所述的调节螺杆的外端通过竖直的第一铰接轴铰接在铰接座上，该铰接座对应固定在弹性调节板的内圆弧面上。

5.根据权利要求1所述的可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，其特征是：所述的调节螺杆的外端设有圆环形的定位槽，该定位槽上同轴安装有与其匹配形成转动副的卡环，该卡环上固定有上下对称的第一固定耳，每个第一固定耳均通过第二铰接轴对应铰接在与弹性调节板内圆弧面固定的第二固定耳上，在调节螺杆上通过螺纹连接有固定螺母，该固定螺母上固定有上下对称的第三固定耳，每个第三固定耳均通过第三铰接轴对应铰接在与内撑体外圆弧面固定的第四固定耳上，且第一铰接轴和第二铰接轴平行且竖直，所述的调节螺杆的内端面设有内六方调节孔。

6.根据权利要求5所述的可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，其特征是：所述的调节螺杆的内端圆周面上设有直径大于其外径的圆环形凸台，调节螺杆的外圆周还设有圆环形的卡槽，该卡槽上卡装有与其匹配的卡簧，卡簧与圆环形凸台之间形成上述的定位槽。

7.根据权利要求1所述的可用于不同作业半径的易碎薄壁圆柱形内壁工件的内撑式作业自适应柔顺机械手，其特征是：所述的中心螺柱上套装有普通垫圈，该普通垫圈夹紧在内撑体的内圆弧面和对应夹紧螺母之间。

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