CN113146217B

CN113146217B - 一种面向螺纹装配的夹持器

Info

Publication number: CN113146217B
Application number: CN202110416798.8A
Authority: CN
Inventors: 程红太; 李惠惠; 田忠来
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2022-07-15
Anticipated expiration: 2041-04-19
Also published as: CN113146217A

Abstract

本发明属于机器人领域，特别涉及一种面向螺纹装配的夹持器。所述的夹持器包括基座总成，连杆总成，末端手指总成，连接板，电批。所述连杆总成用于连接末端手指总成，所述连接板用来连接基座总成、电批和多自由度机械臂末端；所述电批安装在连接板上，在末端手指总成将螺栓或垫片送达指定位置后开始运行，完成装配任务。本发明在平面内运行，结构简单，体积小，控制简单，成本低，可以实现3mm‑16mm直径的螺栓或垫片的夹取，气动控制手指开合，夹取力大，可以根据指令实现位置控制及插补运动。

Description

一种面向螺纹装配的夹持器

技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种面向螺纹装配的夹持器。

背景技术

螺纹装配作为装配过程中比较关键的一环，具有十分重要的作用。实现螺纹装配的自动化，是实现装配自动化的必要条件。完成螺纹装配工作较为复杂，单一的装配机(机器人、机械手和其他装配机)无法独立完成这项装配工作。此时，辅助机械的使用就尤为重要。

目前用于螺纹装配的夹持器多为二指夹爪，装置体积较大，结构复杂，专用性低。由于面向螺纹装配的夹持器装置通常作为多关节机械臂的末端执行器，要求其质量、体积尽量小，同时追求控制及结构简单，为此本发明提出了一种面向螺纹装配的夹持器，该夹持器是一个平面机构，各个关节均可独立运动，共有2个自由度，结构简单，控制方便，可以满足科研与工业场景的应用需求。

发明内容

针对现有的技术的需求，本发明的提供一种面向螺纹装配的夹持器，以实现螺纹装配的自动化。该装置结构简单，体积小，可有效实现自动化装配，提高装配效率。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种面向螺纹装配的夹持器，包括基座总成，连杆总成，末端手指总成、连接板，电批。

所述基座总成用于支撑连杆总成同时为连杆总成转动提供动力，包括电机支撑板、HT-S-40电机、电机法兰、A型S3M带轮、紧定螺钉、3mm内径轴套、MF63ZZ轴承、3mm直径销轴、底座、卡簧。所述电机支撑板有两个，用于支撑HT-S-40电机，通过螺栓螺母安装在底座上。所述HT-S-40电机有两个，分别固定在两个电机支撑板101上。所述电机法兰安装在HT-S-40电机的输出端，电机法兰的输出轴是直径7mm-5mm-3mm的阶梯轴，直径5mm轴段有切面，用于固定A型S3M带轮。所述A型S3M带轮通过紧定螺钉固定在电机法兰的输出轴上。所述紧定螺钉用于固定A型S3M带轮。所述3mm内径轴套有两个，用于连杆总成中连杆的轴向定位。所述MF63ZZ轴承共有两个，分别安装在底座两个轴承孔外侧，用于支撑3mm直径销轴。所述3mm直径销轴通过MF63ZZ轴承的支撑安装在底座上，用于连接底座与连杆总成。所述底座用于连接电机支撑板从而固定HT-S-40电机，同时通过3mm直径销轴和HT-S-40电机输出端连接连杆总成。所述卡簧安装在3mm直径销轴的卡槽里，用于固定MF63ZZ轴承。

所述连杆总成用于连接末端手指总成，包括主动连杆、F623ZZ轴承、连杆、卡簧A、5mm直径销轴、F685ZZ轴承、中间主动连杆、3mm直径销轴、卡簧B、S3M162同步带、MF63ZZ轴承、从动连杆、3mm直径销轴、中间从动连杆、末端连杆、紧定螺钉A、A型S3M带轮、3mm内径短轴套、3mm内径短轴套、3mm内径短轴套、5mm内径短轴套。所述主动连杆为中空结构，连接在HT-S-40电机上，由一个HT-S-40电机提供动力，两侧有轴承孔。所述F623ZZ轴承共有13个，1个安装在主动连杆连接HT-S-40电机一侧的轴承孔中，用于支撑电机法兰的3mm直径输出轴一端；2个分别安装在两个连杆的轴承孔，用于支撑3mm直径销轴；2个安装在中间从动连杆一端轴承孔内侧，用于支撑3mm直径销轴；2个安装在中间从动连杆一端轴承孔外侧，2个安装在中间主动连杆轴承孔外侧，4个分别安装在末端连杆的两个轴承孔的两侧，分别用于支撑两个3mm直径销轴。所述连杆共有两个，用于连接主动连杆和中间主动连杆、从动连杆和中间从动连杆。所述卡簧A安装在5mm直径销轴的卡槽里，用于固定F685ZZ轴承。所述5mm直径销轴用于连接主动连杆和中间主动连杆。所述F685ZZ轴承共有5个，1个用于支撑电机法兰的5mm直径输出轴一端，2个安装在连杆的轴承孔，2个安装在主动连杆的轴承孔外侧，共同用于支撑5mm直径销轴。所述中间主动连杆安装在A型S3M带轮上。所述3mm直径销轴有两个，分别用于中间主动连杆和中间从动连杆与末端连杆的连接。所述卡簧B共有3个，用于固定F623ZZ轴承。所述S3M162同步带连接A型S3M带轮和A型S3M带轮，用于一个HT-S-40电机向中间主动连杆的传动。所述MF63ZZ轴承共有4个，安装在从动连杆的轴承孔内。所述从动连杆一端连接在底座上，一端与中间从动连杆和连杆连接在一起。所述3mm直径销轴用于连接从动连杆、中间从动连杆和连杆。所述中间从动连杆一端连接从动连杆和连杆，一端连接末端连杆。所述末端连杆用于连接中间主动连杆和中间从动连杆，安装末端手指总成。所述紧定螺钉A固定A型S3M带轮。所述A型S3M带轮有3个2mm直径的螺纹通孔，用于安装中间主动连杆。所述3mm内径短轴套共有2个，用于安装在中间从动连杆轴承孔中的F623ZZ轴承的轴向定位。所述3mm内径短轴套共有2个，用于安装在从动连杆轴承孔中的F685ZZ轴承的轴向定位。所述3mm内径短轴套共有4个，用于安装在末端连杆轴承孔中的F623ZZ轴承的轴向定位。所述5mm内径短轴套共有两个，用于安装在主动连杆轴承孔中的F685ZZ轴承的轴向定位。

所述末端手指总成用于夹取螺栓或垫片，包括MHF2-8D气动手指滑台平行气缸、左手指、右手指。所述MHF2-8D气动手指滑台平行气缸安装在末端连杆上。所述左手指和右手指用于夹持螺栓或垫片，分别安装在MHF2-8D气动手指滑台平行气缸的左、右滑块上。

所述连接板用来连接基座总成、电批和多自由度机械臂末端。

所述电批安装在连接板上，在末端手指总成将螺栓或垫片送达指定位置后开始运行，完成装配任务。

一种面向螺纹装配的夹持器的工作过程：

首先夹持器上电，各个关节电机驱动电路初始化，主控电路板控制各个关节电机转动)，使连杆总成、末端手指总成回到初始姿态。

上位机向主控电路板发送指令，通过位置控制与插补运动使夹持器的末端手指总成到达螺栓或垫片所在的指定位置，通过控制电磁换向阀实现末端手指总成的手指开合，夹取零件后送达装配位置，控制电批完成装配。

执行完装配任务后，控制各关节电机恢复到初始状态。

一种面向螺纹装配的夹持器工作过程：

首先夹持器上电，各个关节电机驱动电路初始化，主控电路板控制各个关节电机转动(这里关节电机指两个HT-S-40电机102)，使连杆总成、末端手指总成回到初始姿态。

执行完装配任务后，控制各关节电机恢复到初始状态。

本发明的有益效果为：

本发明在平面内运行，结构简单，体积小，控制简单，成本低，可以实现3mm-16mm直径的螺栓或垫片的夹取，气动控制手指开合，夹取力大，可以根据指令实现位置控制及插补运动。

附图说明

图1为面向螺纹装配的夹持器结构示意图；

图2为基座总成示意图；

图3为基座总成内部连接结构图；

图4为连杆总成示意图；

图5为主动连杆与被动连杆装配示意图；

图6为中间主动连杆与带轮装配示意图；

图7为从动连杆与中间从动连杆装配和中间从动连杆与末端连杆装配示意图；

图8为主动连杆与中间主动连杆装配示意图；

图9为末端手指总成结构示意图；

图10为末端手指总成俯视图；

图11为连接板俯视图；

图中：1基座总成；101电机支撑板；102HT-S-40电机；103电机法兰；104第一A型S3M带轮；105紧定螺钉；106轴套；107第一MF63ZZ轴承；108第一3mm直径销轴；109底座；110卡簧；

2连杆总成；201主动连杆；202F623ZZ轴承；203连杆；204卡簧A；205 5mm直径销轴；206F685ZZ轴承；207中间主动连杆；208第二3mm直径销轴；209卡簧B；210S3M162同步带；211第二MF63ZZ轴承；212从动连杆；213第三3mm直径销轴；214中间从动连杆；215末端连杆；216紧定螺钉A；217第二A型S3M带轮；218第一3mm内径短轴套；219第二3mm内径短轴套；220第三3mm内径短轴套；221 5mm内径短轴套；

3末端手指总成；301MHF2-8D气动手指滑台平行气缸；302左手指；303右手指。

4连接板。

5电批。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明进行详细阐述。

如图1-图10所示，一种面向螺纹装配的夹持器，包括基座总成1，连杆总成2，末端手指总成3。其中基座总成1包括电机支撑板101、HT-S-40电机102、电机法兰103、第一A型S3M带轮104、紧定螺钉105、3mm内径轴套106、第一MF63ZZ轴承107、第一3mm直径销轴108、底座109、卡簧110；连杆总成2包括主动连杆201、F623ZZ轴承202、连杆203、卡簧204、5mm直径销轴205、F685ZZ轴承206、中间主动连杆207、第二3mm直径销轴208、卡簧209、S3M162同步带210、第二MF63ZZ轴承211、从动连杆212、第三3mm直径销轴213、中间从动连杆214、末端连杆215、紧定螺钉216、第二A型S3M带轮217、第一3mm内径短轴套218、第二3mm内径短轴套219、第三3mm内径短轴套220、5mm内径短轴套221；末端手指总成3包括MHF2-8D气动手指滑台平行气缸301、左手指302、右手指303。

电机支撑板101共有两个，通过螺栓螺母安装在底座109上，每个电机支撑板101上都有30mm直径圆周均布的4个3mm直径沉孔，用于安装HT-S-40电机102。HT-S-40电机102有两个，固定端分别安装在两个电机支撑板101上，给整个机构提供动力。电机法兰103安装在一个HT-S-40电机102的输出端，电机法兰103的输出轴是直径7mm-5mm-3mm的阶梯轴，直径5mm轴段有切面，用于固定第一A型S3M带轮104。第一A型S3M带轮104通过紧定螺钉105固定在电机法兰103的输出轴上，随着HT-S-40电机102的运行而转动，通过S3M162同步带210向中间主动连杆207传递转矩。紧定螺钉105将第一A型S3M带轮104固定在电机法兰103的输出轴直径5mm轴段。3mm内径轴套106有两个，与第一3mm直径销轴108配合，用于防止从动连杆212在机构运行过程中沿第一3mm直径销轴108产生偏移。第一MF63ZZ轴承107共有两个，分别与第一3mm直径销轴108和底座109配合，主要用于减少第一3mm直径销轴108和底座109转动时的摩擦力。第一3mm直径销轴108两端通过第一MF63ZZ轴承107支撑，主要用于支撑底座109与从动连杆212之间的相对转动。底座109与电批一起固定于安装在机械臂上的连接板上，用于连接电机支撑板101从而固定HT-S-40电机102，同时通过第一3mm直径销轴108和HT-S-40电机102输出端连接从动连杆212。卡簧110安装在第一3mm直径销轴108的卡槽里，主要用于防止第一MF63ZZ轴承107在机构运行过程中发生轴向偏移。

主动连杆201为中空结构，一侧连接在一个HT-S-40电机102上，由HT-S-40电机102提供转矩，两侧有轴承孔，一侧安装F623ZZ轴承202，该侧轴承孔为阶梯孔，F623ZZ轴承202的法兰边完全嵌入主动连杆201，一侧安装F685ZZ轴承206，电机法兰103输出轴从安装F685ZZ轴承206的一侧穿过。F623ZZ轴承202共有13个，1个安装在主动连杆201连接HT-S-40电机102一侧的阶梯轴承孔中，与电机法兰103的3mm直径输出轴一端配合；2个分别安装在两个连杆203的轴承孔，与第三3mm直径销轴213配合；2个安装在中间从动连杆214一端轴承孔内侧，与第三3mm直径销轴213配合；2个安装在中间从动连杆214一端轴承孔外侧，2个安装在中间主动连杆207轴承孔外侧，4个分别安装在末端连杆215的两个轴承孔的两侧，分别与两个第二3mm直径销轴208配合。连杆203共有两个，用于连接主动连杆201和中间主动连杆207、从动连杆212和中间从动连杆214，主动连杆201、从动连杆212、底座109和连杆203构成一个平行四边形结构，底座109固定，机构运行过程中连杆203始终平行于底座109，保持水平方向的运动。卡簧204安装在5mm直径销轴205的卡槽里，主要用于防止F685ZZ轴承206在机构运行过程中发生轴向偏移。5mm直径销轴205通过F685ZZ轴承206支撑，用于支撑主动连杆201、中间主动连杆207和连杆203的相对转动。F685ZZ轴承206共有5个，1个与电机法兰103的5mm直径输出轴一端配合，2个安装在连杆203的轴承孔，2个安装在主动连杆201的轴承孔外侧，共同与5mm直径销轴205配合。中间主动连杆207安装在第二A型S3M带轮217上，S3M162同步带210穿过主动连杆201的中空结构，连接到S3M162同步带210实现从HT-S-40电机102到中间主动连杆207的传动。第二3mm直径销轴208有两个，通过F623ZZ轴承202支撑，分别用于支撑中间主动连杆207、中间从动连杆214与末端连杆215之间的相互转动。卡簧209共有3个，分别安装在一个第三3mm直径销轴213和两个3mm直径销轴203的卡槽里，主要用于防止F623ZZ轴承202在机构运行过程中发生轴向偏移。S3M162同步带210连接A型S3M带轮104和第二A型S3M带轮217，用于一个HT-S-40电机102向中间主动连杆207的传动。第二MF63ZZ轴承211共有4个，安装在从动连杆212的轴承孔内，与两个第二3mm直径销轴208配合。从动连杆212一端连接在底座109上，一端与中间从动连杆214和连杆203连接在一起，HT-S-40电机102驱动主动连杆201，从而带动从动连杆212的转动。第三3mm直径销轴213通过F623ZZ轴承202支撑，用于支撑从动连杆212、中间从动连杆214和连杆203之间的相互转动。中间从动连杆214一端连接从动连杆212和连杆203，一端连接末端连杆215，HT-S-40电机102通过S3M162同步带210的传动驱动中间主动连杆207，从而带动中间从动连杆214的转动。末端连杆215用于连接中间主动连杆207和中间从动连杆214，安装末端手指总成3，中间主动连杆207、中间从动连杆214、两个连杆203和末端连杆215构成一个平行四边形结构，保证机构运行过程过末端连杆215始终保持与连杆203平行，从而与底座109平行。述紧定螺钉216固定第二A型S3M带轮217。第二A型S3M带轮217有3个2mm直径的螺纹通孔，用于安装中间主动连杆207，HT-S-40电机102通过S3M162同步带210的传动带动第二A型S3M带轮217转动。第一3mm内径短轴套218共有2个，与第三3mm直径销轴213配合，防止中间从动连杆214沿第三3mm直径销轴213发生偏移。第二3mm内径短轴套219共有2个，与第三3mm直径销轴213配合，防止从动连杆212沿第三3mm直径销轴213发生偏移。第三3mm内径短轴套220共有4个，分别与两个第二3mm直径销轴208配合，防止末端连杆215沿第二3mm直径销轴208发生偏移。5mm内径短轴套221共有两个，与5mm直径销轴205配合，防止主动连杆201沿5mm直径销轴205发生偏移。

MHF2-8D气动手指滑台平行气缸301安装在末端连杆215上，通过控制电磁换向阀控制MHF2-8D气动手指滑台平行气缸301滑台的开合。左手指302和右手指303用于夹持螺栓或垫片，分别安装在MHF2-8D气动手指滑台平行气缸301的左、右滑台上，通过控制滑台的开合实现左手指302和右手指303的开合夹取、放置。

连接板4上连接电批5和基座总成1，有110直径圆周均布的10个3mm内径的通孔，用于安装到多自由度机械臂的末端。

电批5通过螺栓螺母安装在连接板4上，末端手指总成3夹取零件后送达装配位置，控制电批5旋紧螺丝，完成装配，批头可以根据需求更换。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种面向螺纹装配的夹持器，其特征在于，包括基座总成（1）、连杆总成（2）、末端手指总成（3）、连接板（4）和电批（5）；

所述连杆总成（2）用于连接末端手指总成（3），所述连接板（4）用来连接基座总成（1）、电批（5）和多自由度机械臂末端；所述电批（5）安装在连接板（4）上，在末端手指总成（3）将螺栓或垫片送达指定位置后开始运行，完成装配任务；

所述基座总成（1）用于支撑连杆总成（2）同时为连杆总成（2）转动提供动力，包括电机支撑板（101）、HT-S-40电机（102）、电机法兰（103）、第一A型S3M带轮（104）、3mm内径轴套（106）、第一MF63ZZ轴承（107）、第一3mm直径销轴（108）、底座（109）、卡簧（110）；

所述电机支撑板（101）有两个，用于支撑HT-S-40电机（102），通过螺栓螺母安装在底座（109）上；所述HT-S-40电机（102）有两个，分别固定在两个电机支撑板（101）上；所述电机法兰（103）安装在HT-S-40电机（102）的输出端，所述第一A型S3M带轮（104）通过紧定螺钉（105）固定在电机法兰（103）的输出轴上；所述3mm内径轴套（106）有两个，用于连杆总成（2）中连杆的轴向定位；所述第一MF63ZZ轴承（107）共有两个，分别安装在底座（109）两个轴承孔外侧，用于支撑第一3mm直径销轴（108）；所述第一3mm直径销轴（108）通过第一MF63ZZ轴承（107）的支撑安装在底座（109）上，用于连接底座（109）与连杆总成（2）；所述底座（109）用于连接电机支撑板（101）从而固定HT-S-40电机（102），同时通过第一3mm直径销轴（108）和HT-S-40电机（102）输出端连接连杆总成（2）；所述卡簧（110）安装在第一3mm直径销轴（108）的卡槽里，用于固定第一MF63ZZ轴承（107）；

所述连杆总成（2）用于连接末端手指总成（3），包括主动连杆（201）、F623ZZ轴承（202）、连杆（203）、卡簧A（204）、5mm直径销轴（205）、F685ZZ轴承（206）、中间主动连杆（207）、第二3mm直径销轴（208）、卡簧B（209）、S3M162同步带（210）、第二MF63ZZ轴承（211）、从动连杆（212）、第三3mm直径销轴（213）、中间从动连杆（214）、末端连杆（215）、第二A型S3M带轮（217）、第一3mm内径短轴套（218）、第二3mm内径短轴套（219）；所述主动连杆（201）为中空结构，连接在HT-S-40电机（102）上，由一个HT-S-40电机（102）提供动力，两侧有轴承孔；所述F623ZZ轴承（202）共有13个，1个安装在主动连杆（201）连接HT-S-40电机（102）一侧的轴承孔中，用于支撑电机法兰（103）的3mm直径输出轴一端；2个分别安装在两个连杆（203）的轴承孔，用于支撑第三3mm直径销轴（213）；2个安装在中间从动连杆（214）一端轴承孔内侧，用于支撑第三3mm直径销轴（213）；2个安装在中间从动连杆（214）一端轴承孔外侧，2个安装在中间主动连杆（207）轴承孔外侧，4个分别安装在末端连杆（215）的两个轴承孔的两侧，分别用于支撑两个第二3mm直径销轴（208）；所述连杆（203）共有两个，用于连接主动连杆（201）和中间主动连杆（207）、从动连杆（212）和中间从动连杆（214）；所述卡簧A（204）安装在5mm直径销轴（205）的卡槽里，用于固定F685ZZ轴承（206）；所述5mm直径销轴（205）用于连接主动连杆（201）和中间主动连杆（207）；所述F685ZZ轴承（206）共有5个，1个用于支撑电机法兰（103）的5mm直径输出轴一端，2个安装在连杆（203）的轴承孔，2个安装在主动连杆（201）的轴承孔外侧，共同用于支撑5mm直径销轴（205）；所述中间主动连杆（207）安装在第二A型S3M带轮（217）上；所述第二3mm直径销轴（208）有两个，分别用于中间主动连杆（207）和中间从动连杆（214）与末端连杆（215）的连接；所述卡簧B（209）共有3个，用于固定F623ZZ轴承（202）；所述S3M162同步带（210）连接第一A型S3M带轮（104）和第二A型S3M带轮（217），用于一个HT-S-40电机（102）向中间主动连杆（207）的传动；所述第二MF63ZZ轴承（211）共有4个，安装在从动连杆（212）的轴承孔内；所述从动连杆（212）一端连接在底座（109）上，一端与中间从动连杆（214）和连杆（203）连接在一起；所述第三3mm直径销轴（213）用于连接从动连杆（212）、中间从动连杆（214）和连杆（203）；所述中间从动连杆（214）一端连接从动连杆（212）和连杆（203），一端连接末端连杆（215）；所述末端连杆（215）用于连接中间主动连杆（207）和中间从动连杆（214），安装末端手指总成（3）；紧定螺钉A（216）固定第二A型S3M带轮（217）；所述第一3mm内径短轴套（218）共有2个，用于安装在中间从动连杆（214）轴承孔中的F623ZZ轴承（202）的轴向定位；所述第二3mm内径短轴套（219）共有2个，用于安装在从动连杆（212）轴承孔中的F685ZZ轴承（206）的轴向定位。

2.如权利要求1所述的一种面向螺纹装配的夹持器，其特征在于，所述末端手指总成（3）用于夹取螺栓或垫片，包括MHF2-8D气动手指滑台平行气缸（301）、左手指（302）、右手指（303）；所述MHF2-8D气动手指滑台平行气缸（301）安装在末端连杆（215）上；所述左手指（302）和右手指（303）用于夹持螺栓或垫片，分别安装在MHF2-8D气动手指滑台平行气缸（301）的左、右滑块上。

3.如权利要求1或2所述的一种面向螺纹装配的夹持器，其特征在于，所述的电机法兰（103）的输出轴是直径7mm-5mm-3mm的阶梯轴，直径5mm轴段有切面，用于固定第一A型S3M带轮（104）。

4.如权利要求1所述的一种面向螺纹装配的夹持器，其特征在于，所述的第二A型S3M带轮（217）有3个2mm直径的螺纹通孔，用于安装中间主动连杆（207）。

5.如权利要求1所述的一种面向螺纹装配的夹持器，其特征在于，还包括第三3mm内径短轴套（220）和5mm内径短轴套（221），第三3mm内径短轴套（220）共有4个，用于安装在末端连杆（215）轴承孔中的F623ZZ轴承（202）的轴向定位；所述5mm内径短轴套（221）共有两个，用于安装在主动连杆（201）轴承孔中的F685ZZ轴承（206）的轴向定位。