CN112453134B - 一种管件旋转夹持器及包含其的机器人弯管工作站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管件旋转夹持器及包含其的机器人弯管工作站，属于自动化设备技术领域。包括：同心设置且直径相同的第一齿盘和第二齿盘，其中第一齿盘和第二齿盘的中部开设有贯穿的通孔，通孔内设置有与第一齿盘连接的第一夹紧机构、与第二齿盘连接的第二夹紧机构，第一齿盘与第二齿盘相对转动，第一夹紧机构与第二夹紧机构相互靠近或分离，第一齿盘与第二齿盘同步转动，第一夹紧机构与第二夹紧机构之间间距保持不变。驱动机构包括与第一齿盘驱动连接的第一驱动机构和与第二齿盘驱动连接的第二驱动机构。本发明提供的一种管件旋转夹持器及包含其的机器人弯管工作站，简化布局，优化设备尺寸，减少了操作人员，提高了自动化程度。

Description

一种管件旋转夹持器及包含其的机器人弯管工作站

技术领域

本发明涉及自动化设备技术领域，具体是涉及一种管件旋转夹持器及包含其的机器人弯管工作站。

背景技术

目前弯管工艺在船舶制造、家具、桥梁、汽车行业等领域都有着广泛的应用，弯管质量将直接影响产品的安全性、稳定性和可靠性。传统弯管工厂大规模生产、工艺繁多，对于管件折弯作业需要大量的人力。目前在智能制造的背景及各厂商对生产效率和精度的追求下，机器自动化对于弯管生产提供了有效的解决方案，弯管厂生产线多采用专用的弯管机进行弯管，但需要通过人工进行上下料辅助，自动化程度相对较低，对机器人及集成技术缺乏了解，通过人工上下料，将***在弯管机旁工作穿梭存在较大的安全隐患。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，旨在提供一种管件旋转夹持器及包含其的机器人弯管工作站，管件旋转夹持器可以结合机械手进行管件的上下料，还简化布局，优化设备尺寸，减少了操作人员，提高了自动化程度，且该管件旋转夹持器主要适用于中型管件。

具体技术方案如下：

一种管件旋转夹持器，包括：双齿盘夹持旋转机构以及驱动机构。

双齿盘夹持旋转机构包括同心设置且直径相同的第一齿盘和第二齿盘，其中第一齿盘和第二齿盘的中部开设有贯穿的通孔，通孔内设置有与第一齿盘连接的第一夹紧机构、与第二齿盘连接的第二夹紧机构，第一齿盘与第二齿盘相对转动，第一夹紧机构与第二夹紧机构相互靠近或分离，第一齿盘与第二齿盘同步转动，第一夹紧机构与第二夹紧机构之间间距保持不变，管件设置于第一夹紧机构与第二夹紧机构之间。

驱动机构包括与第一齿盘驱动连接的第一驱动机构和与第二齿盘驱动连接的第二驱动机构。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，还包括手爪浮动机构，双齿盘夹持旋转机构通过该手爪浮动机构与机械手连接。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，手爪浮动机构包括连接板、若干弹簧组件以及气缸穿销定位机构，连接板的一侧与双齿盘夹持旋转机构连接，连接板的另一侧与机械手活动连接，且连接板与机械手之间设置有若干弹簧组件；此外机械手开设有定位孔，气缸穿销定位机构与定位孔相匹配。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，还包括两组齿轮传动机构，每一齿轮传动机构包括主动齿轮和若干从动齿轮，主动齿轮与第一驱动机构或第二驱动机构的输出端固定连接，主动齿轮通过若干从动齿轮与第一齿盘或第二齿盘的外侧相啮合。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，第一驱动机构和第二驱动机构并列设置，且第一驱动机构和第二驱动机构为旋转气缸、旋转电缸、伺服电机中的一种。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，第一夹紧机构和第二夹紧机构在通孔内为偏心设置，且第一夹紧机构和第二夹紧机构的纵截面呈弧线形设置。

上述的一种管件旋转夹持器中，还具有这样的特征，第一齿盘的边缘设置有一开口，开口为双齿盘夹持旋转机构的原点。

机器人弯管工作站，包括管件上料机、下料架、机械手以及固定式弯管机，机械手靠近固定式弯管机，机械手靠近固定式弯管机的端部设置有管件旋转夹持器，且管件上料机和下料架分别位于固定式弯管机的两侧。

上述的一种机器人弯管工作站中，还具有这样的特征，还包括用于检测管件的定位机构，定位机构位于机械手的活动范围内。

上述的一种机器人弯管工作站中，还具有这样的特征，定位机构与机械手通讯连接。

上述技术方案的积极效果是：

本发明提供的一种管件旋转夹持器及包含其的机器人弯管工作站，

1、双齿盘夹持旋转机构集成了旋转夹持功能使结构更为紧凑，齿轮传动机构能有效消除齿隙并提高旋转精度，使管件的位置调整更为准确，该管件夹持旋转手爪为机器人弯管提供了协作辅助，优化了设备布局，减少了操作人员，提高了设备的自动化程度。

2、手爪浮动机构增加手爪柔性，消除或减小机械臂的刚性受力，以延长机械臂的使用寿命。

3、管件旋转夹持器配合机械臂、固定式弯管机、上下料机构等组成简易的弯管工作站，全流程无需人工参与，实现全自动化作业，使工作人员远离弯管作业区域，提高了人员安全性。

附图说明

图1为本发明的一种管件旋转夹持器的实施例的结构示意图；

图2为本发明的一种机器人弯管工作站的实施例的俯视图；

图3为本发明的一种机器人弯管工作站的实施例的立体图。

附图中：1、管件上料机；2、机械手；3、管件旋转夹持器；31、双齿盘夹持旋转机构；311、第一齿盘；312、第二齿盘；313、第一夹紧机构；314、第二夹紧机构；32、手爪浮动机构；321、连接板；322、弹簧组件；323、气缸穿销定位机构；33、驱动机构；331、第一驱动机构；332、第二驱动机构；34、齿轮传动机构；341、主动齿轮；342、从动齿轮；4、固定式弯管机；5、下料架；6、管件。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1至附图3对本发明提供的一种管件旋转夹持器及包含其的机器人弯管工作站作具体阐述。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在该管件旋转夹持器及包含其的机器人弯管工作站中，双齿盘夹持旋转机构31包括同心设置且直径相同的第一齿盘311和第二齿盘312，第一齿盘311和第二齿盘312的中轴线相同，且第一齿盘311和第二齿盘312为并列设置，其中第一齿盘311和第二齿盘312的中部开设有贯穿的通孔，且第一齿盘311的通孔和第二齿盘312的通孔相互正对，通孔内设置有与第一齿盘311连接的第一夹紧机构313、与第二齿盘312连接的第二夹紧机构314，其中第一夹紧机构313和第二夹紧机构314为偏心设置，即第一夹紧机构313与第一齿盘311内部相连的结构并不沿第一齿盘311的直径方向布置，第二夹紧机构314与第二齿盘312内部相连的结构并不沿第二齿盘312的直径方向布置，第一齿盘311与第二齿盘312相对转动，即第一齿盘311与第二齿盘312分别沿不同方向旋转，或者第一齿盘311沿某一方向旋转，第二齿盘312静止不动，或者第一齿盘311静止不动，第二齿盘312沿某一方向旋转，第一夹紧机构313与第二夹紧机构314相互靠近或分离，从而实现对管件6的夹紧或松开，第一齿盘311与第二齿盘312同步转动，第一夹紧机构313与第二夹紧机构314之间间距保持不变，即实现将管件6夹紧后对管件6进行旋转，以调整其姿态，管件6设置于第一夹紧机构313与第二夹紧机构314之间，通过夹紧机构实现对管件6的位置转移。

驱动机构33包括与第一齿盘311驱动连接的第一驱动机构331和与第二齿盘驱动312连接的第二驱动机构332，分别单独控制第一齿盘311和第二齿盘312进行旋转。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，还包括手爪浮动机构32，双齿盘夹持旋转机构31通过该手爪浮动机构32与机械手2连接，在进行弯管时增加手爪的柔性，以消除或减少机械手2的刚性受力。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，手爪浮动机构32包括连接板321、若干弹簧组件322以及气缸穿销定位机构323，连接板321的一侧与双齿盘夹持旋转机构31连接，连接板321的另一侧与机械手2活动连接，且连接板321与机械手2之间设置有若干弹簧组件322，进一步的机械手2与连接板321之间通过杆件套接，若干弹簧组件322环布在该杆件的外圈周围，从而来提升机械手2与双齿盘夹持旋转机构31之间的柔性；此外机械手2开设有定位孔，气缸穿销定位机构323与定位孔相匹配，可用于锁定机械手2和双齿盘夹持旋转机构31之间的相对位置。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，还包括两组齿轮传动机构34，每一齿轮传动机构34包括主动齿轮341和若干从动齿轮342，具体的包括一主动齿轮341和两从动齿轮342，其中从动齿轮342的轮径小于主动齿轮341的轮径，主动齿轮341的与两从动齿轮342相匹配啮合，两从动齿轮342分别与第一齿盘311或第二齿盘312相啮合，两主动齿轮341与第一驱动机构331或第二驱动机构332的输出端固定连接，主动齿轮341通过若干从动齿轮342与第一齿盘311或第二齿盘312的外侧相啮合，从而带动第一齿盘311或第二齿盘312的旋转，通过在齿盘与主动齿轮341之间设置两个从动齿轮342用来消除齿隙提高旋转精度，若由伺服电机驱动，第一齿盘311和第二齿盘312可旋转至任意指定角度，旋转精度±0.1°。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，第一驱动机构331和第二驱动机构332并列设置，且第一驱动机构331和第二驱动机构332为旋转气缸、旋转电缸、伺服电机中的一种，为保证第一齿盘311和第二齿盘312的旋转精度，可采用伺服电机作为动力源，以提升精度。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，第一夹紧机构313和第二夹紧机构314在通孔内为偏心设置，且第一夹紧机构313和第二夹紧机构314的纵截面呈弧线形设置，且第一夹紧机构313和第二夹紧机构314上各段的曲率半径不同，在第一齿盘311和第二齿盘312相对转动的过程中，第一夹紧机构313和第二夹紧机构314最近距离会发生变化，以满足不同管径的管件6的夹持需求。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，第一齿盘311的边缘设置有一开口，开口为双齿盘夹持旋转机构31的原点，用于确认双齿盘旋转夹持机构31在完成一个工作流程后返回至原点位置，以便开始下一个工作流程，确保双齿盘旋转夹持机构31的每次回转的起点位置相同。

参照图2和图3，机器人弯管工作站，包括管件上料机1、下料架5、机械手2以及固定式弯管机4，将该管件旋转夹持器3应用在机器人弯管工作站，安装在机械手2的端部，与机械手2配套使用完成管件送料和旋转操作，管件夹紧精度：±0.05mm，旋转夹持精度：±0.1°，最大转速：80r/min。管件上料机1用于堆积未进行弯折的管件6，以平行姿态进行堆叠便于后续的夹取，机械手2靠近固定式弯管机4，机械手2将管件从管件上料机1取下放置在固定式弯管机4内进行弯管作业，机械手2靠近固定式弯管机4的端部设置有管件旋转夹持器3，便于对管件6进行夹持移动，且管件上料机1和下料架5分别位于固定式弯管机4的两侧，下料架5用于暂时放置经弯折完毕的管件。

在一种优选的实施方式中，如图2和图3所示，还包括用于检测管件6的定位机构(图中未示出)，定位机构位于机械手2的活动范围内，定位机构用于实时检测待弯折管件6是否被输送至预定位置，便于机械手2配合管件旋转夹持器3对管件进行夹持旋转等。

在一种优选的实施方式中，如图2和图3所示，定位机构与机械手2通讯连接，当定位机构检测到管件6的位置后，定位机构将发送信号至机械手2，该机械手2的管件旋转夹持器3移动至预设位置对管件进行夹取，以便开展后续的弯折作业。

以下，以一种具体的实施方式进行说明，需要指出的是，以下实施方式中所描述之结构、工艺、选材仅用以说明实施方式的可行性，并无限制本发明保护范围之意图。

该管件旋转夹持器及包含其的机器人弯管工作站的工作原理：待弯折的管件堆叠在管件上料机内，每次管件上料机会从其内部推出一根待弯折的管件至定位机构的位置处，定位机构获取到管件后，将信号传输至机械手，机械手的管件旋转夹持器移动至预设位置，先由位于左侧的第一驱动机构驱动第一齿盘旋转，从而带动第一夹紧机构与第二夹紧机构相互靠近来夹紧管件，再由第一驱动机构和第二驱动机构驱动第一齿盘和第二齿盘同步转动，使管件转到指定角度并保持管件夹紧不放松；随后机械手将管件送至固定式弯管机的夹模位置，固定式弯管机夹紧管件，机械手的管件旋转夹持器松开管件；当固定式弯管机将管件折弯后机械手的管件旋转夹持器再次夹紧管件，并将管件旋转至指定角度后，再由固定式弯管机对管件进行夹紧，机械手的管件旋转夹持器再次松开管件，固定式弯管机再次对管件进行折弯作业；最后机械手的管件旋转夹持器再次夹紧管件后固定式弯管机松开已完成折弯的管件，机械手将管件下料至下料架上；然后重复以上动作，连续完成对管件的弯折。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种管件旋转夹持器，其特征在于，包括：

双齿盘夹持旋转机构，所述双齿盘夹持旋转机构包括同心设置且直径相同的第一齿盘和第二齿盘，其中所述第一齿盘和所述第二齿盘的中部开设有贯穿的通孔，所述通孔内设置有与所述第一齿盘连接的第一夹紧机构、与所述第二齿盘连接的第二夹紧机构，管件设置于所述第一夹紧机构与所述第二夹紧机构之间，所述第一夹紧机构和所述第二夹紧机构在所述通孔内为偏心设置，且所述第一夹紧机构和所述第二夹紧机构的纵截面呈弧线形设置，所述第一齿盘与所述第二齿盘相对转动，所述第一夹紧机构与所述第二夹紧机构相互靠近或分离，从而实现对所述管件的夹紧或松开，所述第一齿盘与所述第二齿盘同步转动，所述第一夹紧机构与所述第二夹紧机构之间间距保持不变，以实现将管件夹紧后对所述管件进行旋转；

驱动机构，所述驱动机构包括与所述第一齿盘驱动连接的第一驱动机构和与所述第二齿盘驱动连接的第二驱动机构。

2.根据权利要求1所述的一种管件旋转夹持器，其特征在于，还包括手爪浮动机构，所述双齿盘夹持旋转机构通过该所述手爪浮动机构与机械手连接。

3.根据权利要求2所述的一种管件旋转夹持器，其特征在于，所述手爪浮动机构包括连接板、若干弹簧组件以及气缸穿销定位机构，所述连接板的一侧与所述双齿盘夹持旋转机构连接，所述连接板的另一侧与所述机械手活动连接，且所述连接板与所述机械手之间设置有若干弹簧组件；此外所述机械手开设有定位孔，所述气缸穿销定位机构与所述定位孔相匹配。

4.根据权利要求1所述的一种管件旋转夹持器，其特征在于，还包括两组齿轮传动机构，每一所述齿轮传动机构包括主动齿轮和若干从动齿轮，所述主动齿轮与所述第一驱动机构或所述第二驱动机构的输出端固定连接，所述主动齿轮通过若干所述从动齿轮与所述第一齿盘或所述第二齿盘的外侧相啮合。

5.根据权利要求1所述的一种管件旋转夹持器，其特征在于，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构并列设置，且所述第一驱动机构和所述第二驱动机构为旋转气缸、旋转电缸、伺服电机中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种管件旋转夹持器，其特征在于，所述第一齿盘的边缘设置有一开口，所述开口为双齿盘夹持旋转机构的原点。

7.机器人弯管工作站，包括权利要求1-6任意一项所述的管件旋转夹持器，其特征在于，包括管件上料机、下料架、机械手以及固定式弯管机，所述机械手靠近所述固定式弯管机，所述机械手靠近所述固定式弯管机的端部设置有所述管件旋转夹持器，且所述管件上料机和所述下料架分别位于所述固定式弯管机的两侧。

8.根据权利要求7所述的机器人弯管工作站，其特征在于，还包括用于检测管件的定位机构，所述定位机构位于所述机械手的活动范围内。

9.根据权利要求8所述的机器人弯管工作站，其特征在于，所述定位机构与所述机械手通讯连接。

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