一种机器人专用的机械夹具的制作方法

本发明涉及自动化的工装夹具领域，尤其涉及一种机器人专用的机械夹具。

背景技术：

工业机器人的工装夹具种类按使用特点可分为：

1、万能通用夹具。如机用虎钳、卡盘、吸盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，机械手配件其中大多数已成为机床的一种标准附件。

2、专用性夹具。为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模、镗模和随行夹具。

3、可调夹具。可以更换或调整元件的专用夹具。

4、组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，机械手配件适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。

目前，工装夹具广泛的应用于注塑设备取件，3C加工设备以及手机外壳正反面加工上下料等设备上，这些工装夹具均安装在工业机器人上，用于工业自动化设备中，是现代工业自动化设备的新进技术之一。主要与机器人的配合形式出现在现代工业生产中，也常见的用法是机床上下料、工件拆码垛、焊接、研磨等自动化无人工厂中。

工业机器人应用的夹具多数是气动杠杆式夹具，也有采用步进电机、伺服电机作为机械手的竖直运动、水平运动、旋转运动的制动动力源，还有特殊环境使用的液压夹具，而将这些都可以总结为工业机器人应用的夹具的使用都需要除工业机器人本身的动力外的附加动力源。

然而，带有附加动力源的工业机器人夹具结构复杂，安装困难，使用不稳定。

技术实现要素：

本发明实施例公开了一种机器人专用的机械夹具，利用机器人的末端旋转轴为动力源，通过将第一阶梯轴与机器人末端运动轴连接，实现机器人末端轴的动力传递到第一阶梯轴上，并通过半齿锥齿轮、第二阶梯轴、第三阶梯轴将动力传递到凸轮上，然后凸轮交替180度旋转实现抓板的张开与闭合，从而实现夹取工件的动作需求，解决了带有附加动力源的工业机器人夹具结构复杂、安装困难、使用不稳定的技术问题。

本发明实施例提供了一种机器人专用的机械夹具，包括：与机器人末端轴上的固定法兰盘连接的第一阶梯轴、由上至下依次嵌套在所述第一阶梯轴上的第一轴承和第一轴承座以及半齿锥齿轮、与所述半齿锥齿轮通过齿轮咬合连接的且对称分布在所述半齿锥齿轮两侧的两个锥齿轮、与两个所述锥齿轮分别连接的两个第二阶梯轴、对称由内至外依次嵌套在所述第二阶梯轴两端的第二轴承和第二轴承座、两个第三阶梯轴、用来连接所述第二阶梯轴与所述第三阶梯轴的传动组件、由内至外依次嵌套在所述第三阶梯轴外端的第三轴承和第三轴承座、与两个所述第三阶梯轴连接的两个弹簧套筒、与两个所述弹簧套筒连接的两个压缩弹簧、与两个所述压缩弹簧连接的中间设置有花键导向槽的两个凸轮、两个设置有铰链孔的张力弹簧、两个带有销钉的第一夹板、两个第二夹板、与所述凸轮相切接触的两个顶端为凹弧形状的第一抓板和两个顶端为凹弧形状的第二抓板、通过螺栓分别固定在两个所述第一抓板和两个所述第二抓板上的两个压板、固定在两个所述第一抓板和两个所述第二抓板上的橡胶垫、卡簧、圆头平键；

所述凸轮设计为两对角长度不同的凸圆弧对称形状；

所述第一抓板和所述第二抓板的中上端面均设置有压块螺栓孔；

所述第一抓板和所述第二抓板的中端设置有铰链孔；

所述第一抓板、所述第二抓板和所述张力弹簧通过所述铰链孔嵌套在所述第一夹板的销钉上形成抓取结构且所述抓取结构分别与所述第一夹板和所述第二夹板保持间隙；

所述第一夹板和所述第二夹板分别通过螺栓固定于所述第一轴承座、所述第二轴承座、所述第三轴承座的上、下两侧；

所述卡簧分别设置在所述半齿锥齿轮、所述锥齿轮和所述凸轮端部；

所述圆头平键分别设置在所述第三阶梯轴和所述凸轮之间、所述第三阶梯轴与所述传动组件之间、所述传动组件与所述第二阶梯轴之间、所述第一阶梯轴和所述半齿锥齿轮之间，且所述圆头平键通过所述花键导向槽与所述凸轮连接。

可选地，

所述传动组件为多关节万向联轴器；

所述多关节万向联轴器两端分别通过所述圆头平键与所述第二阶梯轴和所述第三阶梯轴连接；

所述第一夹板和所述第二夹板末端分别设计为45度。

可选地，

所述传动组件为两个垂直分布通过齿轮咬合连接的锥齿轮；

所述第一夹板和所述第二夹板末端分别设计为90度。

可选地，

所述机器人专用的机械夹具还包括设置在所述第一阶梯轴周围的与所述第一夹板相切的圆柱状的第一保护盖。

可选地，

所述机器人专用的机械夹具还包括通过螺栓固定于所述第一轴承座、所述第二轴承座、所述第三轴承座的左、右两侧的第二保护盖。

可选地，

所述橡胶垫的形状可以根据被抓取物的形状设计。

可选地，

所述第一抓板和所述第二抓板为x形状的独立单边结构。

可选地，

所述第一轴承座、所述第二轴承座和所述第三轴承座均由CNC加工完成，且所述第一轴承座、所述第二轴承座和所述第三轴承座的侧面均对称设置有螺栓孔；

所述第一轴承座设计为跑道型，所述第二轴承座和所述第三轴承座均设计为方形；

所述第三轴承座的宽度和高度均大于所述第二轴承座的宽度和高度。

可选地，

所述传动组件、所述第一阶梯轴、所述第二阶梯轴、所述第三阶梯轴的材料为45钢。

可选地，

所述第一轴承座、所述第二轴承座、所述第三轴承座、所述第一抓板、所述第二抓板、所述第一夹板、所述第二夹板的材料均为铝合金。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

1、利用机器人的末端旋转轴为动力源，通过将第一阶梯轴与机器人末端运动轴连接，实现机器人末端轴的动力传递到第一阶梯轴上，并通过半齿锥齿轮、第二阶梯轴、第三阶梯轴将动力传递到凸轮上，然后凸轮交替180度旋转实现抓板的张开与闭合，从而实现夹取工件的动作需求，解决了带有附加动力源的工业机器人夹具结构复杂、安装困难、使用不稳定的技术问题。

2、多关节万向联轴器的设置实现了斜45度的动力传递，使机械夹具与机器人末端运动轴配合更巧妙，机械夹具夹取重负载时受力均匀，降低对机器人的损害。

3、半齿锥齿轮作为传动齿轮实现了机械夹具两遍抓板一张一合的精准交替变化。

4、橡胶垫的形状可以根据被抓取物的形状设计并更换，更加方便灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中提供的一种机器人专用的机械夹具的一个实施例的爆炸图；

图2为本发明实施例中提供的一种机器人专用的机械夹具的一个实施例的俯视图；

图3为本发明实施例中提供的一种机器人专用的机械夹具的一个实施例的整体外观图；

图4为本发明实施例中提供的一种机器人专用的机械夹具匹配工业机器人的一个实施例的整体外观图；

图5为本发明实施例中提供的一种机器人专用的机械夹具的另一个实施例的爆炸图；

图6为本发明实施例中提供的一种机器人专用的机械夹具的另一个实施例的侧视图；

图7为本发明实施例中提供的一种机器人专用的机械夹具的另一个实施例的整体外观图；

图8为本发明实施例中提供的一种机器人专用的机械夹具匹配工业机器人的另一个实施例的整体外观图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种机器人专用的机械夹具，利用机器人的末端旋转轴为动力源，通过将第一阶梯轴与机器人末端运动轴连接，实现机器人末端轴的动力传递到第一阶梯轴上，并通过半齿锥齿轮、第二阶梯轴、第三阶梯轴将动力传递到凸轮上，然后凸轮交替180度旋转实现抓板的张开与闭合，从而实现夹取工件的动作需求，解决了带有附加动力源的工业机器人夹具结构复杂、安装困难、使用不稳定的技术问题。

请参阅图1至图4，本发明实施例中提供了一种机器人专用的机械夹具的一个实施例包括：与机器人末端轴上的固定法兰盘连接的第一阶梯轴1、由上至下依次嵌套在第一阶梯轴1上的第一轴承3和第一轴承座4以及半齿锥齿轮5、与半齿锥齿轮5通过齿轮咬合连接的且对称分布在半齿锥齿轮5两侧的两个锥齿轮10、与两个锥齿10轮分别连接的两个第二阶梯轴12、对称由内至外依次嵌套在第二阶梯轴12两端的第二轴承和第二轴承座11、两个第三阶梯轴1601、用来连接第二阶梯轴12与第三阶梯轴1601的传动组件13、由内至外依次嵌套在第三阶梯轴1601外端的第三轴承和第三轴承座15、与两个第三阶梯轴1601连接的两个弹簧套筒1602、与两个弹簧套筒1602连接的两个压缩弹簧1604、与两个压缩弹簧1604连接的中间设置有花键导向槽的两个凸轮1605、两个设置有铰链孔的张力弹簧20、两个带有销钉的第一夹板7、两个第二夹板18、与凸轮1605相切接触的两个顶端为凹弧形状的第一抓板21和两个顶端为凹弧形状的第二抓板17、通过螺栓分别固定在两个第一抓板21和两个第二抓板17上的两个压板14、固定在两个第一抓板21和两个第二抓板17上的橡胶垫19、卡簧6、圆头平键2；

凸轮1605设计为两对角长度不同的凸圆弧对称形状，当第三阶梯轴1601旋转180度凸轮1605至于长行程，实现两凸圆弧与第一抓板21、第二抓板17紧接贴地张开，此为夹取准备；再旋转180度，凸轮回到短行程，此为夹取状态；

第一抓板21和第二抓板17的中上端面均设置有压块螺栓孔；

第一抓板21和第二抓板17的中端设置有铰链孔；

第一抓板21、第二抓板17和张力弹簧通过铰链孔同心嵌套在第一夹板7的销钉上形成抓取结构，这就实现了张力弹簧的张力使得第一抓板21与第二抓板17的上凹弧始终紧贴着凸轮，且抓取结构分别与第一夹板7和第二夹板18保持间隙；

第一夹板7和第二夹板18分别通过螺栓固定于第一轴承座4、第二轴承座11、第三轴承座15的上、下两侧；

卡簧6分别设置在半齿锥齿轮5、锥齿轮10和凸轮1605端部，起到轴向限位固定的作用；

圆头平键2分别设置在第三阶梯轴1601和凸轮1605之间、第三阶梯轴1601与传动组件13之间、传动组件13与第二阶梯轴12之间、第一阶梯轴1和半齿锥齿轮5之间，且圆头平键2通过花键导向槽与凸轮1605连接，起到传递动力的作用；

需要说明的是，第一阶梯轴1与机器人末端轴上的固定法兰盘连接实现动力传递，第一阶梯轴1为单向阶梯结构，顶端为法兰盘，中下段的轴胫为第一轴承3放置位置，最下端为半齿锥齿轮5放置位置；

第二阶梯轴12两端的第二轴承和第二轴承座11的嵌套是对称的，第一阶梯轴1、第二阶梯轴12、第三阶梯轴1601端部的轴承和轴承座的嵌套都是相同的，第三阶梯轴1601的外端就是第三阶梯轴1601与传动组件13连接端的对端；

凸轮1605设置有花键导向槽可以使圆头平键2相互轴向滑动，压缩弹簧1604的作用是使凸轮1605与第一抓板21、第二抓板17的凹弧接触时在轴向上具有缓冲作用，弹簧套筒1602的一端与压缩弹簧1604接触，是压缩弹簧1604的限位装置，弹簧套筒1602的另一端直接与第三轴承的内圈接触。

传动组件13为多关节万向联轴器；

多关节万向联轴器两端分别通过圆头平键2与第二阶梯轴12和第三阶梯轴1601连接，多关节万向联轴器中间为过度轴，并通过互相垂直的双十字架铰链连接，

第一夹板7和第二夹板18末端分别设计为45度，使机械夹具与机器人末端运动轴配合更巧妙，机械夹具夹取重负载时受力均匀，降低对机器人的损害。

机器人专用的机械夹具还包括设置在第一阶梯轴1周围的与第一夹板7相切的圆柱状的第一保护盖8，第一保护盖8通过螺栓固定在机器人末端轴上的固定法兰盘上，用于保护第一阶梯轴1及内部结构。

机器人专用的机械夹具还包括通过螺栓固定于第一轴承座4、第二轴承座11、第三轴承座15的左、右两侧的第二保护盖9，用来保护机械夹具的内部结构。

橡胶垫19的形状可以根据被抓取物的形状设计，可以设计成应用于圆柱形工件的橡胶垫19，也可以设计成平面条纹型的橡胶垫19，且可拆卸替换。

第一抓板21和第二抓板17为x形状的独立单边结构，即第一抓板21和第二抓板17结合构成x形状，但是第一抓板21和第二抓板17是x形状的左右各一半，这种结构称为x形状的独立单边结构。

第一轴承座4、第二轴承座11和第三轴承座15均由CNC加工完成，且第一轴承座4、第二轴承座11和第三轴承座15的侧面均对称设置有螺栓孔；

第一轴承座4设计为跑道型，第二轴承座11和第三轴承座15均设计为方形；

考虑到阶梯轴的受力问题，第三轴承座15的宽度和高度均大于第二轴承座11的宽度和高度。

传动组件13、第一阶梯轴1、第二阶梯轴12、第三阶梯轴1601的材料为45钢。

第一轴承座1、第二轴承座12、第三轴承座1601、第一抓板21、第二抓板17、第一夹板7、第二夹板18的材料均为铝合金。

请参阅图5至图8，本发明实施例中提供了一种机器人专用的机械夹具的另一个实施例包括：与机器人末端轴上的固定法兰盘连接的第一阶梯轴1、由上至下依次嵌套在第一阶梯轴1上的第一轴承3和第一轴承座4以及半齿锥齿轮5、与半齿锥齿轮5通过齿轮咬合连接的且对称分布在半齿锥齿轮5两侧的两个锥齿轮10、与两个锥齿10轮分别连接的两个第二阶梯轴12、对称由内至外依次嵌套在第二阶梯轴12两端的第二轴承和第二轴承座11、两个第三阶梯轴1601、用来连接第二阶梯轴12与第三阶梯轴1601的传动组件13、由内至外依次嵌套在第三阶梯轴1601外端的第三轴承和第三轴承座15、与两个第三阶梯轴1601连接的两个弹簧套筒1602、与两个弹簧套筒1602连接的两个压缩弹簧1604、与两个压缩弹簧1604连接的中间设置有花键导向槽的两个凸轮1605、两个设置有铰链孔的张力弹簧20、两个带有销钉的第一夹板7、两个第二夹板18、与凸轮1605相切接触的两个顶端为凹弧形状的第一抓板21和两个顶端为凹弧形状的第二抓板17、通过螺栓分别固定在两个第一抓板21和两个第二抓板17上的两个压板14、固定在两个第一抓板21和两个第二抓板17上的橡胶垫19、卡簧6、圆头平键2；

凸轮1605设计为两对角长度不同的凸圆弧对称形状，当第三阶梯轴1601旋转180度凸轮1605至于长行程，实现两凸圆弧与第一抓板21、第二抓板17紧接贴地张开，此为夹取准备；再旋转180度，凸轮回到短行程，此为夹取状态；

第一抓板21和第二抓板17的中上端面均设置有压块螺栓孔；

第一抓板21和第二抓板17的中端设置有铰链孔；

第一抓板21、第二抓板17和张力弹簧通过铰链孔同心嵌套在第一夹板7的销钉上形成抓取结构，这就实现了张力弹簧的张力使得第一抓板21与第二抓板17的上凹弧始终紧贴着凸轮，且抓取结构分别与第一夹板7和第二夹板18保持间隙；

第一夹板7和第二夹板18分别通过螺栓固定于第一轴承座4、第二轴承座11、第三轴承座15的上、下两侧；

卡簧6分别设置在半齿锥齿轮5、锥齿轮10和凸轮1605端部，起到轴向限位固定的作用；

圆头平键2分别设置在第三阶梯轴1601和凸轮1605之间、第三阶梯轴1601与传动组件13之间、传动组件13与第二阶梯轴12之间、第一阶梯轴1和半齿锥齿轮5之间，且圆头平键2通过花键导向槽与凸轮1605连接，起到传递动力的作用；

需要说明的是，第一阶梯轴1与机器人末端轴上的固定法兰盘连接实现动力传递，第一阶梯轴1为单向阶梯结构，顶端为法兰盘，中下段的轴胫为第一轴承3放置位置，最下端为半齿锥齿轮5放置位置；

第二阶梯轴12两端的第二轴承和第二轴承座11的嵌套是对称的，第一阶梯轴1、第二阶梯轴12、第三阶梯轴1601端部的轴承和轴承座的嵌套都是相同的，第三阶梯轴1601的外端就是第三阶梯轴1601与传动组件13连接端的对端；

凸轮1605设置有花键导向槽可以使圆头平键2相互轴向滑动，压缩弹簧1604的作用是使凸轮1605与第一抓板21、第二抓板17的凹弧接触时在轴向上具有缓冲作用，弹簧套筒1602的一端与压缩弹簧1604接触，是压缩弹簧1604的限位装置，弹簧套筒1602的另一端直接与第三轴承的内圈接触。

与上一个实施例不同的是，本实施例中的传动组件13为两个垂直分布通过齿轮咬合连接的锥齿轮10；

第一夹板7和第二夹板18末端分别设计为90度。

机器人专用的机械夹具还包括设置在第一阶梯轴1周围的与第一夹板7相切的圆柱状的第一保护盖8，第一保护盖8通过螺栓固定在机器人末端轴上的固定法兰盘上，用于保护第一阶梯轴1及内部结构。

机器人专用的机械夹具还包括通过螺栓固定于第一轴承座4、第二轴承座11、第三轴承座15的左、右两侧的第二保护盖9，用来保护机械夹具的内部结构。

橡胶垫19的形状可以根据被抓取物的形状设计，可以设计成应用于圆柱形工件的橡胶垫19，也可以设计成平面条纹型的橡胶垫19，且可拆卸替换。

第一抓板21和第二抓板17为x形状的独立单边结构，即第一抓板21和第二抓板17结合构成x形状，但是第一抓板21和第二抓板17是x形状的左右各一半，这种结构称为x形状的独立单边结构。

第一轴承座4、第二轴承座11和第三轴承座15均由CNC加工完成，且第一轴承座4、第二轴承座11和第三轴承座15的侧面均对称设置有螺栓孔；

第一轴承座4设计为跑道型，第二轴承座11和第三轴承座15均设计为方形；

考虑到阶梯轴的受力问题，第三轴承座15的宽度和高度均大于第二轴承座11的宽度和高度。

传动组件13、第一阶梯轴1、第二阶梯轴12、第三阶梯轴1601的材料为45钢。

第一轴承座1、第二轴承座12、第三轴承座1601、第一抓板21、第二抓板17、第一夹板7、第二夹板18的材料均为铝合金。

上面是对一种机器人专用的机械夹具的结构和连接方式进行的详细说明，为便于理解，下面将以一具体应用场景对一种机器人专用的机械夹具的应用进行说明，应用例包括：

利用机器人的末端旋转轴为动力源，通过将第一阶梯轴1与机器人末端运动轴连接，实现机器人末端轴的动力传递到第一阶梯轴上1，并通过半齿锥齿轮5、第二阶梯轴12、第三阶梯轴1601将动力传递到凸轮1605上，然后凸轮1605交替180度旋转实现第一抓板21和第二抓板17的张开与闭合，从而实现夹取工件的动作需求。

以上对本发明所提供的一种机器人专用的机械夹具进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。