CN113815011B - 一种工业机器人末端执行器装卡机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业机器人成套装备技术领域，具体涉及一种多功能单立柱工业机器人末端执行器装卡机构，包括夹持机构、连杆滑块机构和自锁机构，夹持机构包括活动卡爪和铰接轴，活动卡爪安装在内壳上，铰接轴与连杆滑块机构连接，连杆滑块机与自锁机构连接，自锁机构与大锥齿轮固定连接，大锥齿轮与小锥齿轮相啮合，通过转动小锥齿轮驱动大锥齿轮转动，自锁机构将周向转动转变为轴向运动并传递给连杆滑块机构，由连杆滑块机构控制夹持机构。本发明提出了一种结构简单、体积小、重量轻的自定心、自锁性能良好的一种工业机器人末端执行器装卡机构，用于给一种多功能单立柱工业机器人末端执行器装卡配套使用。

Description

一种工业机器人末端执行器装卡机构

技术领域：

本发明属于工业机器人成套装备技术领域，具体涉及一种多功能单立柱工业机器人末端执行器装卡机构。

背景技术：

随着我国社会经济发展水平的提高，企业生产经营逐步进入高成本时代，劳动力成本不断上升，尤其是劳动强度大，危险系数高，工作环境恶劣的岗位，企业面临着招工难、员工短缺的困境，大量采用机器人和自动化生产装备势在必然。在众多类型的机器人中，立柱式机器人是很多中小型企业所青睐的一款设备，它不仅体积小占地面积小，而且工作效率，设备功能，设备质量、价格等综合因素都非常适合中小型企业产量适中急需机器换人的现状。开发研制多功能单立柱机器人，通过改变自由可更换的末端执行器功能结构，使研制的机器人能够适应履带、薄板等不同功能产品的搬运、码垛等工作，以减轻人工劳动强度。机器人末端执行器装卡机构，其工作原理是利用在卡盘上的活动卡爪同时在径向位移，达到定位并夹紧工件的目的。

现有的绝大多数卡盘多为三爪、四爪普通卡盘，一般只适用于机床设备，其功能单一、体积较大、较为笨重，对于体积、质量、灵活性要求高的工业机器人末端执行器装卡无法适用。

2020年9月4日公开的公告号为CN111618324A的专利一种多连杆机构自锁卡盘，其多连杆机构与一端与活动卡爪连接，另一端的滑块通过螺纹与内壳连接。虽然也是通过锥齿轮啮合带动内壳转动，推进连杆轴向移动，从而收缩卡爪，但是多连杆结构相对复杂，连杆过细不能提供有力支撑，可靠性不高，且活动卡爪的夹持面平整光滑会导致工件滑动，这更需要增加夹持力度。另外，滑块与内壳的螺纹接触面比较小，受力程度有限，在承受连杆带来的较大推力时会出现螺纹掉扣，损坏螺纹的情况。

发明内容：

发明目的：

本发明旨在提出一种结构简单、体积小、重量轻的工业机器人末端执行器装卡机构，用于给多功能单立柱工业机器人末端执行器装卡配套使用。

技术方案：

一种工业机器人末端执行器装卡机构，其特征在于：该装卡机构中，内壳的一侧设有三组周向均匀布置的通槽，每个通槽内装有一组夹持机构，夹持机构与内壳铰接，内壳中间与自锁机构转动连接；连杆滑块机构一端与夹持机构连接，另一端与自锁结构连接；小锥齿轮通过外壳法兰一侧的通孔安装在内壳的平面凹槽内，小锥齿轮与大锥齿轮相啮合，大锥齿轮与自锁结构固定连接。

所述夹持机构由两个对向安装的活动卡爪和一个铰接轴组成，其中铰接轴与活动卡爪中间部位的滑槽滑动连接，铰接轴通过销轴与连杆滑块机构连接，活动卡爪的夹持面设有轴向的齿条。

所述连杆滑块机构为三组周向均匀布置，其中连接杆一端与铰接轴铰接，另一端与导向滑块和水平导杆的一端铰接，水平导杆另一端通过销轴与自锁结构铰接；导向滑块与外壳内壁的滑槽相匹配。

所述自锁结构中，外螺纹筒与内壳转动连接，外螺纹筒外圆面的矩形螺纹与内螺纹筒内圆面的矩形螺纹相配合，所述外螺纹筒右端轴面与大锥齿轮由内六角螺栓固定连接；水平导杆右端通过销轴与内螺纹筒铰接，内螺纹筒的外圆面设有导轨，导轨与外壳内壁法兰侧的滑槽相匹配。

所述小锥齿轮的小端面与阶梯轴相配合，阶梯轴与平面凹槽转动配合，小锥齿轮大端面与轴套相配合，轴套与外壳内侧凹槽相配合；小锥齿轮轴面与外壳法兰一侧的通孔转动配合，小锥齿轮轴端开有扳手方孔。

外壳、内壳法兰端面与右挡板通过内六角螺栓固定连接，另一端与左挡板通过内六角螺栓固定连接，法兰上均匀设置有多个用于固定的螺栓孔。

外螺纹筒与外壳通过大锥齿轮和小锥齿轮啮合形成相对转动。

优点及效果：

本发明具有以下优点和有益效果：

1)本发明相对传统的三爪、四爪卡盘体积更小、重量更轻、成本更低。

2)本发明采用连杆机构实现对工件的自定位和夹紧，其结构特性保证了活动卡爪的位移不会出现偏斜，避免了传统三爪、四爪卡盘容易出现的喇叭口状问题。

3)本发明安装、拆解方便，易于维护和维修。多连杆机构和自锁机构设置在外壳的内部，避免了暴露造成的损坏。

4)活动卡爪为三组六个，分成两层，活动卡爪上设有齿条，增大夹持的摩擦力，防止工件在加持过程中滑动。同时，连杆在相同进量时，本发明夹持机构的收缩幅度大，提高效率，外螺纹筒增加螺纹接触面积，防止夹持力度大时螺纹脱落。

附图说明：

图1是本发明内部结构示意图；

图2是本发明外部整体结构示意图；

图3是本发明外壳的结构示意图；

图4是本发明小锥齿轮、阶梯轴与轴套配合的结构示意图；

图5是本发明活动卡爪的示意图；

图6是本发明铰接轴的示意图。

附图标记说明：

1.活动卡爪；2.铰接轴；3.内壳；4.连接杆；5.导向滑块；6.水平导杆；7.外螺纹筒；8.内螺纹筒；9.导轨；10.大锥齿轮；11.小锥齿轮；12.平面凹槽；13.左挡板；14.外壳；15.右挡板；16.阶梯轴；17.轴套。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明提供一种工业机器人末端执行器装卡机构，为使本发明实施例的技术方案及效果更为明确的表述，下面参照附图并举实施例对本发明加以详细说明。

由图1、图2可知，本发明实施例中的一种工业机器人末端执行器装卡机构，包括内壳3，内壳3左侧安装有三组夹持机构，夹持机构包括活动卡爪1及铰接轴2，活动卡爪1与铰接轴2之间滑动连接，铰接轴2通过销轴与连杆滑块机构连接，连杆滑块机构由连接杆4、导向滑块5和水平导杆6组成，水平导杆6右端通过销轴与自锁机构连接，自锁机构包括外螺纹筒7和内螺纹筒8，在内螺纹筒8的外圆面设有导轨9，导轨9与外壳14内壁的滑槽相匹配，外螺纹筒7安装在内壳3的中间位置，外螺纹筒7的右端通过内六角螺栓与大锥齿轮10固定连接，大锥齿轮10与小锥齿轮11相啮合，小锥齿轮11小端面与阶梯轴16相配合，阶梯轴16安装在平面凹槽12内，小锥齿轮11大端面与轴套17相配合，小锥齿轮11轴面与外壳14右端的通孔相配合，外壳14左端面与左挡板13固定连接，右端与右挡板15固定连接。

图2所示右挡板15上设有六个周向均匀分布的螺栓孔，用于固定本发明所述右挡板15为可拆卸的法兰盘结构，可根据不同的安装条件进行更换，相较于传统卡盘通用性更强。

图3为本发明的外壳14示意图，图4为本发明小锥齿轮11、阶梯轴16与轴套17配合的结构示意图，所述外壳14左侧开有三条周向均匀分布的通槽，所述通槽与连杆滑块机构中的导向滑块5滑动配合，其作用是保证连杆滑块机构沿轴线方向移动；所述外壳14内壁的中间部位设有三条周向均匀分布的凹槽，所述凹槽与内螺纹筒8上的导轨9滑动配合，其作用是保证外螺纹筒8只能沿轴线方向运动；所述外壳14右侧设有一个圆形通孔，通孔的内侧开有圆形凹槽，所述通孔与小锥齿轮11转动配合，所述凹槽用于装配轴套17；所述小锥齿轮11大端面与轴套11相配合，小端面与阶梯轴16相配合，所述阶梯轴16下端面与平面凹槽12相配合。

图5为本发明活动卡爪1的示意图，图6为本发明铰接轴2的示意图，所述活动卡爪1左端为铰接孔，所述活动卡爪1通过销轴与内壳3铰接，卡爪中间部位开有滑槽，滑槽与铰接轴2的一侧半轴滑动配合。由两个对向安装的活动卡爪1和一个铰接轴2组成的夹持机构，可实现对各种回转体零件及不规则形状零件的夹持，相较于传统卡盘更为便捷、实用。

在实际应用时，使用专用工具顺时针(图1正视角度)转动小锥齿轮11，小锥齿轮11转动的同时驱动与之啮合的大锥齿轮10逆时针(图1左视角度)转动，与大锥齿轮10固定连接的外螺纹筒7逆时针(图1左视角度)转动，经过螺旋传动把外螺纹筒7的逆时针回转运动变为内螺纹筒8的向左滑动，在外螺纹筒8推动作用下，与之相连的连杆滑块机构发生位移，在导向滑块5的限制下水平导杆6向左移动，连接杆4左端被限制只能沿径向移动，在水平导杆6的驱动下连接杆4左端沿轴心方向移动，与连接杆4相连的铰接轴2推动活动卡爪1向轴心方向转动，三组卡爪同时收缩，完成对工件的夹紧动作，同时外螺纹筒7与内螺纹筒8组成的自锁机构将连杆滑块机构锁止，防止工件松脱。

本实施例基于上书实施例，在实际应用时，使用专用工具逆时针(图1正视角度)转动小锥齿轮11，小锥齿轮11转动的同时驱动与之啮合的大锥齿轮10顺时针(图1左视角度)转动，与大锥齿轮10固定连接的外螺纹筒7顺时针(图1左视角度)转动，经过螺旋传动把外螺纹筒7的顺时针回转运动变为内螺纹筒8的向右滑动，在外螺纹筒8拉动作用下，与之相连的连杆滑块机构发生位移，在导向滑块5的限制下水平导杆6向右移动，在水平导杆6的拉动下连接杆4左端沿轴心反方向移动，与连接杆4相连的铰接轴2拉动活动卡爪1向轴心反方向转动，三组卡爪同时扩张，完成对工件的松开动作。

工作原理：

一种工业机器人末端执行器装卡机构的夹持机构是由多个活动卡爪1及铰接轴2组成的多连杆机构，在夹持工件时，三组夹持机构利用多连杆装置的特性，在连杆滑块机构的推动下共同向内收缩，从而完成对工件的夹紧；由连接杆4、导向滑块5、水平导杆6组成的连杆滑块机构，将所传递的轴向力转变成推动夹持机构的径向力；由外螺纹筒7、内螺纹筒8组成的自锁机构，其原理是利用螺旋传动的特性，将外螺纹筒7的周向旋转运动变为内螺纹筒8的轴向运动，同时改机构利用了螺旋副的自锁原理，从而实现本发明的锁止功能；大锥齿轮10与小锥齿轮11的作用是改变传动方向，将小锥齿轮11的径向转动变为大锥齿轮10的轴向转动，使本发明布局更为合理。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种工业机器人末端执行器装卡机构，其特征在于：该装卡机构中，内壳（3）的一侧设有三组周向均匀布置的通槽，每个通槽内装有一组夹持机构，夹持机构与内壳（3）铰接，内壳（3）中间与自锁结构转动连接；连杆滑块机构一端与夹持机构连接，另一端与自锁结构连接；小锥齿轮（11）通过外壳（14）法兰一侧的通孔安装在内壳（3）的平面凹槽（12）内，小锥齿轮（11）与大锥齿轮（10）相啮合，大锥齿轮（10）与自锁结构固定连接；

所述夹持机构由两个对向安装的活动卡爪（1）和一个铰接轴（2）组成，其中铰接轴（2）与活动卡爪（1）中间部位的滑槽滑动连接，铰接轴（2）通过销轴与连杆滑块机构连接，活动卡爪（1）的夹持面设有轴向的齿条；

所述连杆滑块机构为三组周向均匀布置，其中连接杆（4）一端与铰接轴（2）铰接，另一端与导向滑块（5）和水平导杆（6）的一端铰接，水平导杆（6）另一端通过销轴与自锁结构铰接；导向滑块（5）与外壳（14）内壁的滑槽相匹配；

所述自锁结构中，外螺纹筒（7）与内壳（3）转动连接，外螺纹筒（7）外圆面的矩形螺纹与内螺纹筒（8）内圆面的矩形螺纹相配合，所述外螺纹筒（7）右端轴面与大锥齿轮（10）由内六角螺栓固定连接；水平导杆（6）右端通过销轴与内螺纹筒（8）铰接，内螺纹筒（8）的外圆面设有导轨（9），导轨（9）与外壳（14）内壁法兰侧的滑槽相匹配；

外螺纹筒（7）与外壳（14）通过大锥齿轮（10）和小锥齿轮（11）啮合形成相对转动。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人末端执行器装卡机构，其特征在于：所述小锥齿轮（11）的小端面与阶梯轴（16）相配合，阶梯轴（16）与平面凹槽（12）转动配合，小锥齿轮（11）大端面与轴套（17）相配合，轴套（17）与外壳（14）内侧凹槽相配合；小锥齿轮（11）轴面与外壳（14）法兰一侧的通孔转动配合，小锥齿轮（11）轴端开有扳手方孔。

3.根据权利要求1所述的一种工业机器人末端执行器装卡机构，其特征在于：外壳（14）、内壳（3）法兰端面与右挡板（15）通过内六角螺栓固定连接，另一端与左挡板（13）通过内六角螺栓固定连接，法兰上均匀设置有多个用于固定的螺栓孔。

Images