CN117245683A - 一种万向节用机械手装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种万向节用机械手装置及控制方法，将第一导轨和第二导轨分别设置在底板的前端和后端，将齿轮传动组夹持在当中，齿轮传动组的受力更均衡，第一夹爪和第二夹爪横跨齿轮传动组，与底板配合将齿轮传动组夹持在当中，对齿轮传动组的限位更全面，避免了现有技术中齿轮传动组受力变形影响夹爪开合的情况；第一夹爪和第二夹爪的安装部的长度大于夹持部的长度，使得第一夹爪和第二夹爪能够夹持更重的工件，应用范围更广，夹持更稳定；上述的万向节用机械手装置控制方法可以实现夹爪自动检测功能，在提高夹持精度的基础上，准确获知机械手的夹持状态，提高工作效率和准确度。

Description

一种万向节用机械手装置及控制方法

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，特别是涉及一种万向节用机械手装置及控制方法。

背景技术

汽车转动轴中具有许多万向节，因此在装配转动轴时，需要使用机械手夹持万向节进行上料和定位，对机械手的精度要求也比较高。

现有技术中，机械夹爪一般分为两种，第一种由气缸驱动连杆结构使得夹爪完成剪刀式夹紧和松开，如附图1所示；第二种为夹爪平行开合，如中国实用新型专利CN212825451U中公开的一种手爪平行开闭的机械手，通过蜗轮蜗杆以及齿轮齿条的配合实现左手爪和右手爪的平行开合。

第一种的机械夹爪存在以下问题：连杆结构过于复杂，活动连接的部位较多，长期使用，连杆与连杆连接的定位销及定位套容易磨损，转动副多，间隙大，导致两侧的夹爪的同步度出现问题，夹爪夹持产品时容易脱落，也会导致夹持中心偏移，影响万向节的定位精度；另外，在调试产品定位原点时，因多连杆机构的夹爪的运动轨迹为弧型，原点坐标寻找困难。第二种的机械夹爪的手爪也存在稳定的问题，若夹持较重的万向节，手爪的齿条一端翘起，容易卡住齿轮，造成较大的磨损，进而影响机械手的精度和万向节的上料装配。

因此，需要设计一种夹持效果好、夹持中心稳定的机械手装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种万向节用机械手装置及控制方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种万向节用机械手装置，包括：

底板；

动力件；

直线导轨组，包括彼此平行的第一导轨和第二导轨，分别设置在所述底板同一面的前端和后端；

齿轮传动组，设置在第一导轨和第二导轨之间；

还包括彼此平行的第一夹爪和第二夹爪，所述第一夹爪和所述第二夹爪均包括安装部和夹持部，所述安装部的长度大于所述夹持部的长度；

所述安装部横跨所述齿轮传动组，同时与所述第一导轨和所述第二导轨滑动连接；

所述第一夹爪和所述第二夹爪的所述安装部与所述齿轮传动组连接，并在所述动力件和所述齿轮传动组的作用下沿所述第一导轨和所述第二导轨上靠拢或远离。

优选地，所述安装部与所述夹持部的长度之比为：1.2-2。

优选地，所述安装部与所述夹持部为分体式结构，所述安装部靠近所述夹持部的一端具有至少两排安装槽，所述夹持部靠近所述安装部的一端具有对应排的安装孔，每排安装孔的数量≥3个，紧固件穿过所述安装孔和所述安装槽将所述夹持部固定在所述安装部上。

优选地，所述齿轮传动组包括主动齿条、传动齿轮和从动齿条，所述动力件固定在所述底板上，

所述传动齿轮通过轴承转动设置在所述底板上，所述主动齿条与所述第一夹爪的安装部固定连接，所述从动齿条与所述第二夹爪的安装部固定连接，所述动力件与所述主动齿条或所述第一夹爪的安装部固定连接。

优选地，所述主动齿条上设有第一预紧弹簧，所述第一预紧弹簧具有将所述主动齿条推向夹持中心的趋势，所述从动齿条上设有第二预紧弹簧，所述第二预紧弹簧具有将所述从动齿条推向夹持中心的趋势。

优选地，所述动力件为磁性薄型气缸；

所述磁性薄型气缸位于所述第一导轨和所述第二导轨之间，并位于所述齿轮传动组的一侧，所述第一夹爪相对所述第二夹爪更靠近所述磁性薄型气缸，且所述磁性薄型气缸的活塞杆与所述第一夹爪固定连接。

优选地，所述磁性薄型气缸具有活塞杆，所述活塞杆的内端上具有磁环，所述磁环具有第一极限位置和第二极限位置，所述第一极限位置为所述第一夹爪和所述第二夹爪之间的距离最远时所述活塞杆内端的位置，所述第二极限位置为所述第一夹爪和所述第二夹爪之间的距离最近时所述活塞杆内端的位置。

优选地，所述磁性薄型气缸的外壳上设有第一磁性开关和第二磁性开关，所述第一磁性开关和第二磁性开关沿所述第一导轨的延伸方向间隔设置，其中，

所述第一磁性开关被配置在所述第一夹爪和所述第二夹爪夹住工件时所述活塞杆内端在外壳上的对应位置；

所述第二磁性开关被配置在所述第一夹爪和所述第二夹爪的夹持距离与工件的外径之差小于设定值时所述活塞杆内端在外壳上的对应位置；

还包括控制器，用于判断所述第一夹爪和所述第二夹爪的工作状态；

所述磁环、所述第一磁性开关和所述第二磁性开关均与所述控制器电连接。

为实现上述目的，本发明还采用了如下技术方案：

一种万向节用机械手装置控制方法，应用于上述的万向节用机械手装置，

包括如下步骤：

检测所述磁环的位置；

若所述磁环位于所述第一极限位置和所述第一磁性开关之间，则判定所述第一夹爪和所述第二夹爪处于松开状态；

若所述磁环位于所述第一磁性开关和所述第二磁性开关之间，则判定所述第一夹爪和所述第二夹爪夹持工件；

若所述磁环位于所述第二磁性开关和所述第二极限开关之间，则判定所述第一夹爪和所述第二夹爪未夹到产品。

所述磁性薄型气缸还包括压力传感器，

所述方法还包括间隙检测步骤：

启动所述磁性薄型气缸，控制磁性薄型气缸的活塞杆，使得所述磁环位于所述第一极限位置；

驱动所述活塞杆使得所述磁环向所述第二极限位置移动，并实时检测所述活塞杆的压力，

当所述压力达到第一阈值时，将所述磁环所在位置重新定义为所述第一极限位置；

驱动所述活塞杆使得所述磁环位于第二极限位置，若压力未达到第二阈值，则继续推进，直至压力达到第二阈值，并将所述磁环所在位置重新定义为所述第二极限位置。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

上述技术方案的万向节用机械手装置，将第一导轨和第二导轨分别设置在底板的前端和后端，将齿轮传动组夹持在当中，齿轮传动组的受力更均衡，另外，第一夹爪和第二夹爪横跨齿轮传动组，与底板配合将齿轮传动组夹持在当中，对齿轮传动组的限位更全面，避免了现有技术中齿轮传动组受力变形影响夹爪开合的情况；另一方面，第一夹爪和第二夹爪的安装部的长度大于夹持部的长度，使得第一夹爪和第二夹爪能够夹持更重的工件，应用范围更广，夹持更稳定；第一夹爪和第二夹爪的直线往复运动更容易找到夹持中心，提高夹持精度；

上述的万向节用机械手装置控制方法可以实现夹爪自动检测功能，在提高夹持精度的基础上，准确获知机械手的夹持状态，提高工作效率和准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例的万向节用机械手装置的示意图；

图2为图1所示实施例的万向节用机械手装置的另一角度的示意图；

图3a为本发明实施例的磁性薄型气缸的活塞杆和磁环位置的示意图，其显示了第一夹爪和第二夹爪夹持工件的状态；

图3b为本发明实施例的磁性薄型气缸的活塞杆和磁环位置的示意图，其显示了第一夹爪和第二夹爪处于松开状态；

图3c为本发明实施例的磁性薄型气缸的活塞杆和磁环位置的示意图，第一夹爪和第二夹爪未夹到产品的状态。

附图标记：

1底板；11安装法兰；2磁性薄型气缸；21活塞杆；22磁环；23第一磁性开关；24第二磁性开关；3第一导轨；4第二导轨；5齿轮传动组；51主动齿条；52传动齿轮；53从动齿条；54轴承；6第一夹爪；61安装部；611安装槽；62夹持部；621安装孔；63滑块；7第二夹爪。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如附图1所示的万向节用机械手装置，包括底板1、直线导轨组、齿轮传动组5、动力件和彼此平行的第一夹爪6、第二夹爪7。底板1作为安装平台，用于安装直线导轨组、齿轮传动组5和动力件，具体的，直线导轨组包括彼此平行的第一导轨3和第二导轨4，分别设置在底板1同一面的前端和后端，将齿轮传动组5夹持在当中，齿轮传动组5的受力更均衡，另外，底板1的后端还设有安装法兰11，用于将万向节用机械手装置固定到整装设备上。

第一夹爪6和第二夹爪7的安装部61的前端与第一导轨3滑动连接，即第一夹爪6和第二夹爪7的安装部61的前端分别设有一个滑块63，滑块63与第一导轨3滑动配合，可为燕尾槽滑动配合，更牢固稳定；同样的，第一夹爪6和第二夹爪7的安装部61的后端与第二导轨4滑动连接，即第一夹爪6和第二夹爪7的安装部61的后端还分别设有一个滑块63，滑块63与第二导轨4滑动配合，可为燕尾槽滑动配合，更牢固稳定；第一导轨3和第二导轨4使得第一夹爪6和第二夹爪7保持直线运动，有利于确定原点。动力件固定在底板1上，其作用为带动第一夹爪6和第二夹爪7运动；而齿轮传动组5的作用在于实现第一夹爪6和第二夹爪7的同步靠拢和远离，由此，第一夹爪6和第二夹爪7在动力件和齿轮传动组5的作用下沿第一导轨3和第二导轨4上靠拢或远离。

第一夹爪6和第二夹爪7的安装部61均横跨齿轮传动组5，与底板1配合将齿轮传动组5夹持在当中，对齿轮传动组5的限位更全面，避免了现有技术中齿轮传动组5受力变形影响夹爪开合的情况。

优选的，第一夹爪6和第二夹爪7的安装部61的长度L1大于夹持部62的长度L2，使得第一夹爪6和第二夹爪7能够夹持更重的工件，应用范围更广，夹持更稳定。如附图2所示，安装部61与夹持部62的长度之比L1:L2=1.2-2，若L1:L2＜1.2，本实施例的机械手装置依然可以正常使用，但夹持的工件重量要较小；若L1:L2＞2，则安装部61、底板1等部件体积较大，使得万向节用机械手装置的整体体积较大，不仅增加了成本，还增加了整体重量，影响机械手的整体移动灵活性，因此，本实施例优选将L1:L2的值控制在1.2-2。

为了在夹持不同工件或不同使用场景时，夹持部62和安装部61的长度比例可以调整，因此，安装部61与夹持部62为分体式结构；同时，安装部61靠近夹持部62的一端具有至少两排安装槽611，夹持部62靠近安装部61的一端具有对应排的安装孔621，每排安装孔621的数量≥3个，紧固件穿过安装孔621和安装槽611将夹持部62固定在安装部61上，保证了夹持部62和安装部61的牢固连接，避免夹持部62和安装部61出现相对位移，进而提高夹持精度。

如附图1所示，本实施例的齿轮传动组5包括主动齿条51、传动齿轮52和从动齿条53，传动齿轮52通过轴承54转动设置在底板1上，主动齿条51与第一夹爪6的安装部61固定连接，从动齿条53与第二夹爪7的安装部61固定连接，动力件与主动齿条51或第一夹爪6的安装部61固定连接。为方便描述，本实施例将附图2左侧的夹爪定义为第一夹爪6，右侧的夹爪定义为第二夹爪7，动力件设置在底板1的左侧，靠近第一夹爪6，因此，动力件可与第一夹爪6连接，也可以与主动齿条51连接，本实施例中，将动力件与第一夹爪6的安装部61的中部连接，连接面接更大更稳定，并将第一夹爪6与主动齿条51固定连接，将动力传递至主动齿条51，主动齿条51带动传动齿轮52转动，传动齿轮52同步带动从动齿条53移动，第二夹爪7与从动齿条53固定连接，跟随从动齿条53移动，且由于第一导轨3和第二导轨4的限位作用，第一夹爪6和第二夹爪7沿直线稳定地彼此靠拢或分离。

在长期使用后，主动齿条51、传动齿轮52和被动齿条会产生少量磨损，进而在传动时存在传动间隙，导致第一夹爪6和第二夹爪7不同步，因此，本实施例的主动齿条51上设有第一预紧弹簧，第一预紧弹簧具有将主动齿条51推向夹持中心的趋势，从动齿条53上设有第二预紧弹簧，第二预紧弹簧具有将从动齿条53推向夹持中心的趋势，以附图2中所示的方位，将靠近安装部61前端的齿条定义为主动齿条51，将靠近安装部61后端的齿条定义为从动齿条53，夹持中心位于从动齿条的中心轴上，主动齿条51和第一夹爪6向右移动，从动齿条53和第二夹爪7向左移动，均向靠近夹持中心，第一预紧弹簧可设置在主动齿条51的左边，并对主动齿条51施加向右的力，第二预紧弹簧可设置在从动齿条53的右边，并对从动齿条53施加向左的力。

如附图2所示，本实施例的动力件为磁性薄型气缸2，具有较大的推力，能够承受更重的负载，在执行过程中，可以精准控制位置和方向，从而提高了精度，本实施例的，磁性薄型气缸2位于第一导轨3和第二导轨4之间，并位于齿轮传动组5的一侧，第一夹爪6相对第二夹爪7更靠近磁性薄型气缸2，且磁性薄型气缸2的活塞杆21与第一夹爪6固定连接。

具体的，如附图3a所示，磁性薄型气缸2具有活塞杆21，活塞杆21的内端上具有磁环22，磁环22具有第一极限位置A和第二极限位置B，第一极限位置A为第一夹爪6和第二夹爪7之间的距离最远时活塞杆21内端的位置，第二极限位置B为第一夹爪6和第二夹爪7之间的距离最近时活塞杆21内端的位置。磁性薄型气缸2的外壳上设有第一磁性开关23和第二磁性开关24，第一磁性开关23和第二磁性开关24沿第一导轨3的延伸方向间隔设置，其中，第一磁性开关23被配置在第一夹爪6和第二夹爪7夹住工件时活塞杆21内端在外壳上的对应位置；为了夹紧工件，第一夹爪6和第二夹爪7的夹持部62的形状与工件的形状相适配，且夹持部62可发生适当形变，提高对工件的夹紧力，因此，当第一夹爪6和第二夹爪7加紧工件时，第一夹爪6和第二夹爪7之间的距离可能小于工件的外径，因此，需要设置第一夹爪6和第二夹爪7的夹持距离与工件的外径之差，定义为设定值，第二磁性开关24被配置在第一夹爪6和第二夹爪7的夹持距离与工件的外径之差小于设定值时活塞杆21内端在外壳上的对应位置，因此，当磁环22在第一磁性开关23和第二磁性开关24之间时，可以认为第一夹爪6和第二夹爪7夹住了工件。

本实施例还包括控制器，用于判断第一夹爪6和第二夹爪7的工作状态；磁环22、第一磁性开关23和第二磁性开关24均与控制器电连接。

基于上述实施例，本发明还公开了一种万向节用机械手装置控制方法，包括如下步骤：

检测磁环22的位置；

若磁环22位于第一极限位置和第一磁性开关23之间，则判定第一夹爪6和第二夹爪7处于松开状态，如附图3b所示；

若磁环22位于第一磁性开关23和第二磁性开关24之间，则判定第一夹爪6和第二夹爪7夹持工件，如附图3a所示；

若磁环22位于第二磁性开关24和第二极限开关之间，则判定第一夹爪6和第二夹爪7未夹到产品，如附图3c所示，由此实现夹爪自动检测功能，在提高夹持精度的基础上，准确获知机械手的夹持状态，提高工作效率和准确度。

作为优选方式，虽然预紧弹簧消减传动间隙，但长期使用也可能导致预紧弹簧失效，因此还需要额外的间隙检测步骤，具体包括：启动磁性薄型气缸2，控制磁性薄型气缸2的活塞杆21，使得磁环22位于第一极限位置；

驱动活塞杆21使得磁环22向第二极限位置移动，并实时检测活塞杆21的压力，

当压力达到第一阈值时，将磁环22所在位置重新定义为第一极限位置；

驱动活塞杆21使得磁环22位于第二极限位置，若压力未达到第二阈值，则继续推进，直至压力达到第二阈值，并将磁环22所在位置重新定义为第二极限位置，由此，在每次启动时均重新校准第一极限位置和第二极限位置，第一阈值和第二阈值可由用户设置，具体值可根据经验或实验数据设置，从而保证每次启动时第一夹爪6和第二夹爪7的夹持中心是准确的，进而提高夹持精度。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种万向节用机械手装置，其特征在于，包括：

底板；

动力件；

直线导轨组，包括彼此平行的第一导轨和第二导轨，分别设置在所述底板同一面的前端和后端；

齿轮传动组，设置在第一导轨和第二导轨之间；

还包括彼此平行的第一夹爪和第二夹爪，所述第一夹爪和所述第二夹爪均包括安装部和夹持部，所述安装部的长度大于所述夹持部的长度；

所述安装部横跨所述齿轮传动组，同时与所述第一导轨和所述第二导轨滑动连接；

所述第一夹爪和所述第二夹爪的所述安装部与所述齿轮传动组连接，并在所述动力件和所述齿轮传动组的作用下沿所述第一导轨和所述第二导轨上靠拢或远离。

2.如权利要求1所述的万向节用机械手装置，其特征在于，所述安装部与所述夹持部的长度之比为：1.2-2。

3.如权利要求1所述的万向节用机械手装置，其特征在于，所述安装部与所述夹持部为分体式结构，所述安装部靠近所述夹持部的一端具有至少两排安装槽，所述夹持部靠近所述安装部的一端具有对应排的安装孔，每排安装孔的数量≥3个，紧固件穿过所述安装孔和所述安装槽将所述夹持部固定在所述安装部上。

4.如权利要求1所述的万向节用机械手装置，其特征在于，所述齿轮传动组包括主动齿条、传动齿轮和从动齿条，所述动力件固定在所述底板上，

所述传动齿轮通过轴承转动设置在所述底板上，所述主动齿条与所述第一夹爪的安装部固定连接，所述从动齿条与所述第二夹爪的安装部固定连接，所述动力件与所述主动齿条或所述第一夹爪的安装部固定连接。

5.如权利要求4所述的万向节用机械手装置，其特征在于，所述主动齿条上设有第一预紧弹簧，所述第一预紧弹簧具有将所述主动齿条推向夹持中心的趋势，所述从动齿条上设有第二预紧弹簧，所述第二预紧弹簧具有将所述从动齿条推向夹持中心的趋势。

6.如权利要求1至5任一项所述的万向节用机械手装置，其特征在于，所述动力件为磁性薄型气缸；

所述磁性薄型气缸位于所述第一导轨和所述第二导轨之间，并位于所述齿轮传动组的一侧，所述第一夹爪相对所述第二夹爪更靠近所述磁性薄型气缸，且所述磁性薄型气缸的活塞杆与所述第一夹爪固定连接。

7.如权利要求6所述的万向节用机械手装置，其特征在于，

所述磁性薄型气缸具有活塞杆，所述活塞杆的内端上具有磁环，所述磁环具有第一极限位置和第二极限位置，所述第一极限位置为所述第一夹爪和所述第二夹爪之间的距离最远时所述活塞杆内端的位置，所述第二极限位置为所述第一夹爪和所述第二夹爪之间的距离最近时所述活塞杆内端的位置。

8.如权利要求7所述的万向节用机械手装置，其特征在于，所述磁性薄型气缸的外壳上设有第一磁性开关和第二磁性开关，所述第一磁性开关和第二磁性开关沿所述第一导轨的延伸方向间隔设置，其中，

所述第一磁性开关被配置在所述第一夹爪和所述第二夹爪夹住工件时所述活塞杆内端在外壳上的对应位置；

所述第二磁性开关被配置在所述第一夹爪和所述第二夹爪的夹持距离与工件的外径之差小于设定值时所述活塞杆内端在外壳上的对应位置；

还包括控制器，用于判断所述第一夹爪和所述第二夹爪的工作状态；

所述磁环、所述第一磁性开关和所述第二磁性开关均与所述控制器电连接。

9.一种万向节用机械手装置控制方法，其特征在于，应用于如权利要求8所述的万向节用机械手装置，

包括如下步骤：

检测所述磁环的位置；

若所述磁环位于所述第一极限位置和所述第一磁性开关之间，则判定所述第一夹爪和所述第二夹爪处于松开状态；

若所述磁环位于所述第一磁性开关和所述第二磁性开关之间，则判定所述第一夹爪和所述第二夹爪夹持工件；

若所述磁环位于所述第二磁性开关和所述第二极限开关之间，则判定所述第一夹爪和所述第二夹爪未夹到产品。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述磁性薄型气缸还包括压力传感器，

所述方法还包括间隙检测步骤：

启动所述磁性薄型气缸，控制磁性薄型气缸的活塞杆，使得所述磁环位于所述第一极限位置；

驱动所述活塞杆使得所述磁环向所述第二极限位置移动，并实时检测所述活塞杆的压力，

当所述压力达到第一阈值时，将所述磁环所在位置重新定义为所述第一极限位置；

驱动所述活塞杆使得所述磁环位于第二极限位置，若压力未达到第二阈值，则继续推进，直至压力达到第二阈值，并将所述磁环所在位置重新定义为所述第二极限位置。