CN108381546B - 带气动抓手的铸造机器人用小臂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带气动抓手的铸造机器人用小臂，包括后小臂、前小臂、抓手、回转马达、摆手驱动装置和抓手夹紧装置。后小臂与前小臂之间通过回转马达相连接，前小臂与抓手之间通过铰链和摆手驱动装置相连接，抓手的闭合与张开分别通过抓手夹紧装置和复位弹簧实现。回转马达安装在后小臂内且其轴向平行于前小臂的长度方向，摆手电机和夹紧气缸均靠近后小臂布置，有效地提高了末端抓手的负载能力。本发明用作包括铸造机器人在内的单臂或双臂机器人的小臂，执行抓取、搬运、下芯、组芯、取样及检测等作业任务，具有结构紧凑、设计合理、刚度高、负载能力强和工作空间大等优点，能克服现有机器人小臂结构设计的技术缺陷，更适合于推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动化装备领域中的机器人设备，尤其涉及一种带气动抓手的铸造机器人用小臂。
背景技术
工业机器人的小臂是连接手腕体和大臂及基座的不可缺少的关键部件，起到带动手腕体及末端执行器旋转的作用。同时，小臂能够受驱动而带动手腕体和末端执行器实现摆动。在一般的单臂或双臂机器人中，手腕体通常具有三个自由度，即能够实现手腕体的偏转、俯仰和回转。一般地，将用于手腕体的驱动马达布置在尽量靠近手腕体的一侧，这可以避免手腕体的传动和小臂的传动之间的干扰，并且简化小臂的结构设计。但在手腕体马达置于前端的条件下，即使机器人未连接末端执行器，小臂的自重负载也比较大，从而限制了小臂以及整个机器人的承载能力，还限制了末端执行器的选择范围。同时，由于用于手腕体的马达置于小臂的前端，对小臂的刚度提出了更高的要求。如果小臂的刚度不足，则可能造成其随时间产生变形，从而减损小臂甚至缩短机器人的使用寿命。为提高小臂的刚度，需要选用强度硬度更高的材料或者对小臂的结构进行加强设计，都会增加其加工复杂性和制造成本。
在双臂型铸造机器人中经常需要左右两个工作臂协同作业完成铸件选取、切割、取样或分析测试等作业任务，而现有的机器人小臂自由度较少，或存在驱动动力往往靠近手爪或末端执行器布置，不仅在很大程度上限制了机器人工作臂的负载能力，而且也限制了机器人工作臂的工作空间和作业灵活度。
鉴于上述问题，需要设计一种驱动马达布置合理、刚度更高、负载能力更高和灵活性更大的工业机器人小臂结构。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种带气动抓手的铸造机器人用小臂，用于单臂或双臂型铸造机器人中执行抓取、搬运、下芯、组芯、取样及检测等作业任务。本发明的另一目的在于提供一种负载能力高、工作空间大且传动平稳的铸造机器人小臂结构。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。
一种带气动抓手的铸造机器人用小臂，包括后小臂、前小臂、抓手、回转马达、摆手驱动装置和抓手夹紧装置。其中，在所述的后小臂的后端设有连接单耳座，用于与机器人的大臂相连接，且所述的后小臂的前端为敞口壳型结构；所述的回转马达固定安装在后小臂的壳体内，用于驱动前小臂相对后小臂转动，且所述的回转马达的后端与后小臂通过螺钉相连接；所述的前小臂位于后小臂的前端，所述的前小臂的后端通过回转马达与后小臂相连接，且前小臂的后端通过螺钉固定安装在回转马达的输出法兰上；所述的摆手驱动装置固定安装在前小臂的内部，用于为抓手相对前小臂的前后摆动提供动力，所述的前小臂与抓手之间通过铰链和摆手驱动装置相连接；所述的抓手夹紧装置的后端固定安装在前小臂的内部，所述的抓手夹紧装置的前端与抓手通过铰链相连接，用于驱动抓手执行抓取作业，并提供夹紧力；在所述的前小臂的左侧设有长腰形槽，在所述的前小臂的前端设有阶梯孔，在所述的长腰形槽的外侧设有长腰形端盖，在所述的阶梯孔的右侧端设有右端盖，长腰形端盖、右端盖与前小臂均通过螺钉相连接。所述的回转马达采用气动马达或液压马达或伺服减速电机。
所述的抓手包括抓手座、左夹爪和右夹爪，用于执行抓取物品的作业任务。其中，所述的抓手座的后端与前小臂的前端通过铰链相连，所述的抓手座呈U形结构，在抓手座的前端设有夹爪安装槽，在所述的夹爪安装槽内还设有弹簧限位管，在抓手座的后端设有圆形绳孔，在所述的圆形绳孔的两侧还设有扇形容绳槽；所述的左夹爪、右夹爪的后端安装在抓手座的夹爪安装槽内，左夹爪、右夹爪分别通过左销轴、右销轴与抓手座相连接。
进一步地，可在左夹爪、右夹爪的内侧夹持面上设置防滑凸起，以增加抓取物品时的摩擦力；还可在左夹爪、右夹爪的内侧设置压力传感器，用于检测抓手抓取物品时对被抓取物品施加的夹紧力。
所述的摆手驱动装置包括摆手电机、主动带轮、从动带轮、同步齿形带和从动轴。其中，所述的摆手电机固定安装在前小臂的后端，为主动带轮的旋转提供动力；所述的主动带轮固定安装在摆手电机的输出轴上，且与摆手电机的输出轴通过平键相连接。所述的从动轴置于前小臂前端的阶梯孔内，且从动轴的中部通过轴承与抓手座的后端相连接；从动轴的左右两端与长腰形端盖、右端盖均通过过盈配合的方式相连接，以防止从动轴产生转动和轴向串动；在所述的从动轴的左端设有定位轴肩，在从动轴的中间位置设有穿绳孔，且在所述的穿绳孔的两端均设有锥形喇叭口；在所述的从动轴的右端头部还设有内六角调节孔，用于调节从动轴的穿绳孔的角度；所述的从动带轮套装在从动轴的左端，且与从动轴通过间隙配合的方式相连接，以保证从动带轮可相对从动轴转动；从动带轮与抓手座的后端通过定位销相连接。所述的同步齿形带同时与主动带轮、从动带轮保持啮合。所述的摆手电机采用伺服减速电机。
所述的抓手夹紧装置包括夹紧气缸、柔性钢丝绳、复位弹簧、钢丝绳连接杆。其中，所述的夹紧气缸固定安装在前小臂的后端，且位于摆手电机的前方，用于为抓手的闭合或夹紧提供动力；所述的柔性钢丝绳的后端与夹紧气缸的活塞杆相固连，柔性钢丝绳的前端与钢丝绳连接杆的后端固连；所述的复位弹簧置于弹簧限位管内，且套装在柔性钢丝绳和钢丝绳连接杆的外面，为抓手的张开提供复位动力；所述的复位弹簧的前端与左夹爪、右夹爪的尾部保持接触；所述的钢丝绳连接杆的前端与左夹爪、右夹爪的尾部通过中间销轴相连接。所述的夹紧气缸采用双作用气缸，并通过管路与电磁换向阀及气源相连接。
使用时，通过回转马达调节前小臂相对后小臂在轴线方向上的转角，通过摆手驱动装置调节抓手相对前小臂的摆动角度，通过抓手夹紧装置中夹紧气缸的缩短或伸长及复位弹簧的回复力实现抓手的闭合或张开，进而实现抓手对被抓取物品的夹紧或松开。
本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明中的回转马达安装在后小臂内，且其轴线平行于前小臂的长度方向，摆手电机和夹紧气缸均靠近后小臂布置，不仅有效地提高了小臂末端抓手的负载能力，还增大了抓手的工作空间和运动灵活度，尤其适合于存在双臂协同作业需求的机器人。本发明可用作包括铸造机器人在内的单臂或双臂机器人的小臂，用于执行抓取、搬运、下芯、组芯、取样及检测等作业任务，具有结构紧凑、设计合理、刚度高、负载能力强和工作空间大等优点，能克服现有机器人小臂结构设计的技术缺陷，更适合于推广。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为本发明的全剖结构示意图；
图3为本发明的从动轴的结构示意图；
图4为本发明的抓手座的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。
如图1和图2示，一种带气动抓手的铸造机器人用小臂，包括后小臂1、前小臂2、抓手3、回转马达4、摆手驱动装置5和抓手夹紧装置6。其中，在所述的后小臂1的后端设有连接单耳座11，用于与机器人的大臂通过铰链相连接，且所述的后小臂1的前端为敞口壳型结构；所述的回转马达4固定安装在后小臂1的壳体内，用于驱动前小臂2相对后小臂1绕回转马达4输出轴的轴线转动，且所述的回转马达4的后端与后小臂1通过螺钉相连接；所述的前小臂2位于后小臂1的前端，所述的前小臂2的后端通过回转马达4与后小臂1相连接，且前小臂2的后端通过螺钉固定安装在回转马达4的输出法兰上；所述的摆手驱动装置5固定安装在前小臂2的内部，用于为抓手3相对前小臂2的前后摆动提供动力，所述的前小臂2与抓手3之间通过铰链和摆手驱动装置5相连接；所述的抓手夹紧装置6的后端固定安装在前小臂2的内部，所述的抓手夹紧装置6的前端与抓手3通过铰链相连接，用于驱动抓手3执行抓取作业，并提供夹紧力；在所述的前小臂2的左侧设有长腰形槽21，在所述的前小臂2的前端设有阶梯孔22，在所述的长腰形槽21的外侧设有长腰形端盖23，在所述的阶梯孔22的右侧端设有右端盖24，长腰形端盖23、右端盖24与前小臂2均通过螺钉相连接。所述的回转马达4采用气动马达或液压马达或伺服减速电机。
如图1、图2和图4示，所述的抓手3包括抓手座31、左夹爪32和右夹爪33，用于执行抓取物品的作业任务。其中，所述的抓手座31的后端与前小臂2的前端通过铰链相连，所述的抓手座31呈U形结构，在抓手座31的前端设有夹爪安装槽311，在所述的夹爪安装槽311内还设有弹簧限位管312，在抓手座31的后端设有圆形绳孔313，在所述的圆形绳孔313的两侧还设有扇形容绳槽314；所述的左夹爪32、右夹爪33的后端安装在抓手座31的夹爪安装槽311内，左夹爪32、右夹爪33分别通过左销轴34、右销轴35与抓手座31相连接。
如图1、图2和图3示，所述的摆手驱动装置5包括摆手电机51、主动带轮52、从动带轮53、同步齿形带54和从动轴55。其中，所述的摆手电机51固定安装在前小臂2的后端，为主动带轮52的旋转提供动力；所述的主动带轮52固定安装在摆手电机51的输出轴上，且与摆手电机51的输出轴通过平键相连接。所述的从动轴55置于前小臂2前端的阶梯孔22内，且从动轴55的中部通过轴承56与抓手座31的后端相连接；从动轴55的左右两端与长腰形端盖23、右端盖24均通过过盈配合的方式相连接，以防止从动轴55产生转动和轴向串动；在所述的从动轴55的左端设有定位轴肩551，在从动轴55的中间位置设有穿绳孔552，且在所述的穿绳孔552的两端均设有锥形喇叭口；在所述的从动轴55的右端头部还设有内六角调节孔553，用于调节从动轴55的穿绳孔552的角度；所述的从动带轮53套装在从动轴55的左端，且与从动轴55通过间隙配合的方式相连接，以保证从动带轮53可相对从动轴55转动；从动带轮53与抓手座31的后端通过定位销531相连接。所述的同步齿形带54同时与主动带轮52、从动带轮53保持啮合。所述的摆手电机51采用伺服减速电机。
如图1、图2和图4示，所述的抓手夹紧装置6包括夹紧气缸61、柔性钢丝绳62、复位弹簧63、钢丝绳连接杆64。其中，所述的夹紧气缸61固定安装在前小臂2的后端，且位于摆手电机51的前方，用于为抓手3的闭合或夹紧提供动力；所述的柔性钢丝绳62的后端与夹紧气缸61的活塞杆相固连，柔性钢丝绳62的前端与钢丝绳连接杆64的后端固连；所述的复位弹簧63置于弹簧限位管312内，且套装在柔性钢丝绳62和钢丝绳连接杆64的外面，为抓手3的张开提供复位动力；所述的复位弹簧63的前端与左夹爪32、右夹爪33的尾部保持接触；所述的钢丝绳连接杆64的前端与左夹爪32、右夹爪33的尾部通过中间销轴36相连接。所述的夹紧气缸61采用双作用气缸，并通过管路与电磁换向阀及气源相连接。
使用时，通过回转马达4调节前小臂2相对后小臂1在其轴线方向上的转角，通过摆手驱动装置5调节抓手3相对前小臂2的摆动角度，通过抓手夹紧装置6中夹紧气缸61的缩短或伸长及复位弹簧63的回复力实现抓手3的闭合或张开，进而实现抓手3对被抓取物品的夹紧或松开。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”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。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，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。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种带气动抓手的铸造机器人用小臂，包括后小臂、前小臂、抓手、回转马达、摆手驱动装置和抓手夹紧装置，其特征在于：在所述的后小臂的后端设有连接单耳座，且所述的后小臂的前端为敞口壳型结构；所述的回转马达固定安装在后小臂的壳体内，且其后端与后小臂通过螺钉相连接；所述的前小臂位于后小臂的前端，所述的前小臂的后端通过回转马达与后小臂相连接，且前小臂的后端通过螺钉固定安装在回转马达的输出法兰上；所述的摆手驱动装置固定安装在前小臂的内部，所述的前小臂与抓手之间通过铰链和摆手驱动装置相连接；所述的抓手夹紧装置的后端固定安装在前小臂的内部，所述的抓手夹紧装置的前端与抓手通过铰链相连接；在所述的前小臂的左侧设有长腰形槽，在所述的前小臂的前端设有阶梯孔，在所述的长腰形槽的外侧设有长腰形端盖，在所述的阶梯孔的右侧端设有右端盖，长腰形端盖、右端盖与前小臂均通过螺钉相连接；
所述的抓手包括抓手座、左夹爪和右夹爪，所述的抓手座的后端与前小臂的前端通过铰链相连，所述的抓手座呈U形结构，在抓手座的前端设有夹爪安装槽，在所述的夹爪安装槽内还设有弹簧限位管，在抓手座的后端设有圆形绳孔，在所述的圆形绳孔的两侧还设有扇形容绳槽；所述的左夹爪、右夹爪的后端安装在抓手座的夹爪安装槽内，左夹爪、右夹爪分别通过左销轴、右销轴与抓手座相连接；
所述的摆手驱动装置包括摆手电机、主动带轮、从动带轮、同步齿形带和从动轴，所述的摆手电机固定安装在前小臂的后端，所述的主动带轮固定安装在摆手电机的输出轴上，且与摆手电机的输出轴通过平键相连接；所述的从动轴的中部通过轴承与抓手座的后端相连接，从动轴的左右两端与长腰形端盖、右端盖均通过过盈配合的方式相连接；所述的从动带轮套装在从动轴的左端，且与从动轴通过间隙配合的方式相连接，从动带轮与抓手座的后端通过定位销相连接；所述的同步齿形带同时与主动带轮、从动带轮保持啮合；
所述的抓手夹紧装置包括夹紧气缸、柔性钢丝绳、复位弹簧、钢丝绳连接杆，所述的夹紧气缸固定安装在前小臂的后端，且位于摆手电机的前方；所述的柔性钢丝绳的后端与夹紧气缸的活塞杆相固连，柔性钢丝绳的前端与钢丝绳连接杆的后端固连；所述的复位弹簧置于弹簧限位管内，且套装在柔性钢丝绳和钢丝绳连接杆外面，所述的复位弹簧的前端与左夹爪、右夹爪的尾部保持接触；所述的钢丝绳连接杆的前端与左夹爪、右夹爪的尾部通过中间销轴相连接。
2.根据权利要求1所述的一种带气动抓手的铸造机器人用小臂，其特征在于：在所述的从动轴的左端设有定位轴肩，在从动轴的中间位置设有穿绳孔，且在所述的穿绳孔的两端均设有锥形喇叭口，在所述的从动轴的右端头部还设有内六角调节孔。
3.根据权利要求1所述的一种带气动抓手的铸造机器人用小臂，其特征在于：所述的回转马达采用气动马达或液压马达或伺服减速电机；所述的摆手电机采用伺服减速电机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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