CN115213867A - 一种适用于复杂轨迹运动的夹持方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于复杂轨迹运动的夹持方法及装置，该夹持机构采用纯机械方法，实现夹持物料复杂轨迹的运动，该夹持机构包括引导机构进行复杂轨迹运动的导轨、成对组合运用的上滚轮和下滚轮、传递运动的推进缸及推拉杆、承载所有零件和组件的支承架、夹持物料的夹头组件、控制运动过程中停止或换向的行程开关。导轨为非直线导轨或圆弧导轨，也非直线导轨和圆弧导轨的简单组合，具有复杂轨迹特征，上滚轮的凹形圆弧面在导轨凸形圆弧面上滚动，下滚轮的圆柱面在导轨平面上滚动，推拉杆与推进缸活塞杆连接，推进缸以摆动销轴为中心进行摆动，夹头组件中的夹爪在双齿面齿杆和扇形齿块啮合运动作用下实现夹持物料的打开和夹紧。

Description

一种适用于复杂轨迹运动的夹持方法及装置

技术领域

本发明属于机械自动化控制领域，具体涉及一种适用于复杂轨迹运动的夹持方法及装置。

背景技术

在自动化生产制造过程中，常采用机械手完成物料在工作台之间的传递和上下料，机械手通过直线运动、转动，或这两种运动组合实现物料传递和上下料。

当机械手所夹持物料需要进行复杂的轨迹运动时，简单运动组合就达不到要求，如自动焊接复杂曲线，常采用六自由度机械手，并通过编程运算实现复杂曲线的自动焊接，但多自由度机械手及其相应控制系统的硬件成本较高，软件编程的技术难度大。

同时，由于机械结构复杂，传感设备多，在恶劣工况下，无法长时间有效工作，传感设备、轴承设备已损坏，且维修成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种结构简单，可适用于恶劣工况的适用于复杂轨迹运动的夹持装置。

本发明的技术方案：本发明开了一种适用于复杂轨迹运动的夹持方法，选取物料运输最优路径，在二维平面内规划匹配所述物料运输最优路径的非直线导轨，在所述非直线导轨上设置可沿所述非直线导轨往复运动的夹持机构；夹持机构夹持物料后，沿所述非直线导轨运动，完成物料运输。

本发明还公开了一种适用于复杂轨迹运动的夹持装置，包括上述的非直线导轨，在所述非直线导轨上设置可沿所述导轨运动的夹持机构；所述夹持机构通过驱动机构，沿所述导轨往复运动。

进一步的，所述驱动机构包括推进杠；所述推进杠与固定支座铰接；所述推进杠的活塞杆与推拉杆一端铰接；所述推拉杆另一端铰接所述夹持机构；

所述夹持机构包括支承架和设置在所述支承架下端的夹持组件；所述支承架内设有位于导轨上端的上滚轮和设置在所述导轨下端的下滚轮；

所述导轨上端面设有凸缘；所述上滚轮端面设有匹配所述凸缘的凹形圆弧面；

所述夹持机构下端设有夹紧气缸，所述夹紧气缸的夹紧气缸活塞杆末端设有双齿面齿杆；沿所述双齿面齿杆的齿面两侧设有扇形齿块；所述扇形齿块连接夹爪；

在所述夹紧气缸正常状态，即夹紧气缸活塞杆处于原位时，双齿面齿杆处于原位，两对称夹爪距离最近，处于夹紧状态；

在所述夹紧气缸活塞杆伸出时，双齿面齿杆伸出，带动所述扇形齿块绕销轴旋转，两所述夹爪间距离增大，卡爪处于张开状态。

进一步的，所述推进杠设置在摆动支架上，所述摆动支架末端铰接所述固定支座。

进一步的，所述上滚轮端面的凹形圆弧半径大于所述导轨上端面的凸缘半径；所述上滚轮内孔与上滚轮轴动配合；

所述下滚轮为设有内孔的圆柱体，所述下滚轮的外圆柱面与所述导轨下端面接触，所述下滚轮的圆柱内孔与下滚轮轴动配合；

在所述推拉杆作用下，所述上滚轮及下滚轮沿所述导轨滚动

进一步的，两所述扇形齿块关于所述双齿面齿杆轴线对称分布，固定连接所述夹爪；所述双齿面齿杆伸缩过程中，驱动

进一步的，所述夹紧气缸设置在所述支承架内，固定在所述支承架的下底板上，所述夹紧气缸活塞杆穿过所述支承架，连接所述双齿面齿杆。

进一步的，所述扇形齿块对称安装在夹爪支承块上；两所述夹爪间设有夹紧弹簧。

有益效果：

本发明与现有技术相比的有益效果：

1.本发明直接采用匹配物料路径规划的非直线、二维平面复杂轨迹的导轨，夹持机构安装在导轨上，在推拉杆和可以摆动的推进缸外力作用下，完成平面复杂轨迹的运动；本发明采用纯机械方式实现夹持机构在平面上的复杂轨迹运动，相较于现有设备，成本更低，承重性更好，同时结构简单，可靠性高，成本低，技术难度小。

2. 推进杠的前后端分别与推拉杆及固定支座铰接，同时推拉杆铰接夹持机构，通过三段式铰接，保障推进杠可以驱动推拉杆，带动夹持机构在导轨任一位置前进或后退。

附图说明

图1为本发明中夹持装置的整体结构示意图；

图2为本发明中夹持装置的运动状态示意图；

图3为图1中A-A的剖面示意图；

图4为图1中B-B的剖面示意图。

附图标记：101-推拉杆、102-推进缸、103-摆动支架、104-摆动销轴、105-滑动轴承、106-推进缸活塞杆、107-固定支座、108-销轴螺母、109-气缸固定螺钉、201-导轨、202-行程开关、301-垫圈、302-上滚轮、303-上滚轮轴、304-下滚轮、305-下滚轮轴、306-支承架、307-夹紧气缸、308-夹紧气缸活塞杆、309-扇形齿块、310-双齿面齿杆、311-夹紧弹簧、312-夹爪、313-垫片、314-螺母、315-固定螺钉、316-气缸紧固螺钉、401-销轴、402-夹爪支承块、403-夹持物料、404-销轴紧固螺钉。

具体实施方式

为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1-4所示，推拉杆101的一端与支承架306通过固定螺钉315进行连接，另一端与推进缸的活塞杆106螺纹连接，并用螺母并紧，推进缸102接通高压空气后，驱动活塞杆106做往复运动，同时带动推拉杆101和支承架306在导轨201上完成复杂轨迹的运动。

推进缸102在活塞杆106的相反面上，通过气缸固定螺钉109安装有摆动支架103，摆动支架103上加工有内孔，内孔采用过盈配合安装有滑动轴承105，滑动轴承105与摆动销轴104进行动配合装配，摆动销轴104穿过摆动支架103、固定支座107并用销轴螺母108并紧连接，当夹持机构在运动过程中，推进缸102受到推拉杆101反作用力，绕着摆动销轴104进行摆动。

结合图2可见，导轨201为根据物料路径规划设置的非直线导轨，本发明中，定义的物料路径，非直线导轨或非圆弧导轨，也不是直线导轨与圆弧导轨的简单组合，而是根据所夹持物料的复杂运动轨迹进行设计，导轨201采用铸件加工而成，也可以采用多段钢件焊接而成。导轨201固定安装在设备的工作台面，也可以采用支架固定安装在地面，其工作高度可通过导轨支架进行调节。

行程开关202安装固定在夹持机构运动起始位置、中途工作点和终结位置，控制夹持机构在复杂轨迹运动过程中停顿和换向，行程开关202采用机械接触式或光电非接触式，采用机械式行程开关时，夹持机构安装有碰块，当行程开关202接触碰块时发出信号，控制配气系统进行换向。

结合图3可见，支承架306是夹持机构的骨架，外形呈［形，上平面用固定螺钉315与推拉杆101进行连接；中间垂直面安装固定上滚轮302、上滚轮轴303、下滚轮304，下滚轮轴305，通过垫片313，螺母314固定在支承架306上；下平面安装夹紧气缸307，另一面安装夹爪支承块402。

导轨201上导轨面加工成外凸形的半弧面，并与上滚轮302表面接触，外凸形圆弧半径小于上滚轮302凹形弧面的半径，下导轨面加工成平面并与下滚轮304圆柱表面接触。

通过上滚轮302和下滚轮304，上下卡住导轨201，保障夹持机构在导轨201上往复运动。

上滚轮302为一对，对称安装在支承架306上。上滚轮302外表面为凹形圆弧面，安装时保证与导轨201的上导轨面接触。上滚轮302凹形圆弧半径大于上导轨面凸形弧面半径，内孔穿插上滚轮轴303，在推拉杆101外力作用下，上滚轮302在导轨201的上导轨面上进行滚动。

下滚轮304为一对，对称安装在支承架306上。下滚轮304外形呈圆柱体，安装时其外圆柱面与导轨201的下导轨面保持接触。下滚轮304内孔穿插下滚轮轴305动配合，在推拉杆101外力作用下，下滚轮304在导轨201的下导轨面上进行滚动。

夹紧气缸307通过气缸紧固螺钉316固定安装在支承架306的下平面上。夹紧气缸活塞杆308与双齿面齿杆310用螺纹连接成一体，夹紧气缸307接通高压空气后，驱动活塞杆308并带动双齿面齿杆310做往复运动。

扇形齿块309为一双，对称安装在夹爪支承块402上。扇形齿块309与双齿面齿杆310为啮合的齿轮齿条，齿轮模数一致，双齿面齿杆310往复运动带动扇形齿块309转动。每个扇形齿块309上固定安装有夹爪312，夹爪312在扇形齿块309与双齿面齿杆310啮合运动作用下，绕着夹爪销轴401完成打开和关闭动作。

一对夹爪312上安装有夹紧弹簧311，保证双齿面齿杆310和扇形齿块309的啮合面具有良好接触，夹爪312打开时克服夹紧弹簧力，关闭时保持适中的夹紧力。

结合图4可见，一对扇形齿块309通过夹爪销轴401与夹爪支承块402装配在一起，夹爪销轴401为一对，每个夹爪销轴401用两个销轴紧固螺钉404定位，防止夹爪销轴401轴向移动和周向转动。在扇形齿块309与双齿面齿杆310啮合驱动下，夹爪312绕着夹爪销轴401完成打开和夹紧物料403。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种适用于复杂轨迹运动的夹持方法，其特征在于：选取物料运输最优路径，在二维平面内规划匹配所述物料运输最优路径的非直线导轨，在所述非直线导轨上设置可沿所述非直线导轨往复运动的夹持机构；夹持机构夹持物料后，沿所述非直线导轨运动，完成物料运输。

2.一种适用于复杂轨迹运动的夹持装置，其特征在于：包括如权利要求1所述的非直线导轨，在所述非直线导轨上设置可沿所述导轨运动的夹持机构；所述夹持机构通过驱动机构，沿所述导轨往复运动。

3.根据权利要求2所述的适用于复杂轨迹运动的夹持装置，其特征在于：所述驱动机构包括推进杠（102）；所述推进杠（102）与固定支座（107）铰接；所述推进杠（102）的活塞杆（106）与推拉杆（101）一端铰接；所述推拉杆（101）另一端铰接所述夹持机构；

所述夹持机构包括支承架（306）和设置在所述支承架（306）下端的夹持组件；所述支承架（306）内设有位于导轨（201）上端的上滚轮（302）和设置在所述导轨（201）下端的下滚轮（304）；

所述导轨（201）上端面设有凸缘；所述上滚轮（302）端面设有匹配所述凸缘的凹形圆弧面；

所述夹持机构下端设有夹紧气缸（307），所述夹紧气缸（307）的夹紧气缸活塞杆（308）末端设有双齿面齿杆（310）；沿所述双齿面齿杆（310）的齿面两侧设有扇形齿块（309）；所述扇形齿块（309）连接夹爪（312）；

在所述夹紧气缸（307）正常状态，即夹紧气缸活塞杆（308）处于原位时，双齿面齿杆（310）处于原位，两对称夹爪（312）距离最近，处于夹紧状态；

在所述夹紧气缸活塞杆（308）伸出时，双齿面齿杆（310）伸出，带动所述扇形齿块（309）绕销轴（401）旋转，两所述夹爪（312）间距离增大，卡爪处于张开状态。

4.根据权利要求3所述的适用于复杂轨迹运动的夹持装置，其特征在于：所述推进杠（102）设置在摆动支架（103）上，所述摆动支架（103）末端铰接所述固定支座（107）。

5.根据权利要求3所述的适用于复杂轨迹运动的夹持装置，其特征在于：所述上滚轮（302）端面的凹形圆弧半径大于所述导轨（201）上端面的凸缘半径；所述上滚轮（302）内孔与上滚轮轴（303）动配合；

所述下滚轮（304）为设有内孔的圆柱体，所述下滚轮（304）的外圆柱面与所述导轨（201）下端面接触，所述下滚轮（304）的圆柱内孔与下滚轮轴（305）动配合；

在所述推拉杆（101）作用下，所述上滚轮（302）及下滚轮沿所述导轨（201）滚动。

6.根据权利要求3所述的适用于复杂轨迹运动的夹持装置，其特征在于：两所述扇形齿块（309）关于所述双齿面齿杆（310）轴线对称分布，固定连接所述夹爪（312）。

7.根据权利要求3所述的适用于复杂轨迹运动的夹持装置，其特征在于：所述夹紧气缸（307）设置在所述支承架（306）内，固定在所述支承架（306）的下底板上，所述夹紧气缸活塞杆（308）穿过所述支承架（306），连接所述双齿面齿杆（310）。

8.根据权利要求3所述的适用于复杂轨迹运动的夹持装置，其特征在于：所述扇形齿块（309）对称安装在夹爪支承块（402）上；两所述夹爪（312）间设有夹紧弹簧（311）。

Images