一种六轴式气动硬臂助力机械抓手的制作方法

本发明涉及机械自动化设备领域，尤其是涉及一种六轴式气动硬臂助力机械抓手。

背景技术：

在现代工业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用;生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。机械自动化设备中有一类机械抓手，主要用来代替人工进行搬运工作，通过预设程序的设定，可以重复的将沉重的物料从一个位置搬运至另一个位置。由于可以替代人工的这种重复性的重体力劳动，可以大幅减轻人力劳动强度，提高作业的精度和速度，有助于企业的生产效率的提升。中国专利文献CN104626095A，于2015年5月20日公开了“一种三自由度连杆式可控移动操作机械臂”，该机械臂的第一大臂下端安装在小车上上端与第二大臂一端连接；第二大臂另一端与第三大臂一端连接，第三大臂另一端连接在机械抓手上；第二主动杆下端安装在小车上上端与第二连杆一端连接，第二连杆另一端与第十连杆一端连接，第十连杆另一端连接在复合铰链上；第三主动杆下端安装在小车上上端与第三连杆一端连接，第三连杆另一端连接在第二大臂上；第一主动杆下端安装在小车上上端与第一连杆一端连接，第一连杆另一端连接在第一大臂上。此类机械臂的普遍缺陷在于，旋转半径不足，平移举升的距离均较短，负载较轻，导致应用环境受限。传统上，机械臂包括硬臂式和软索式两类，前者可以对抗更强大的扭矩，可以用来实现工件物料的翻转或倾斜，但是速度和灵活性较差，而后者更灵活，速度更快，但是无法实现工件物料的翻转或倾斜。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是，现有机械抓手的旋转角度不足，平移举升的距离均受限，负载较轻，从而提供一种具有良好灵活性的硬臂式机械臂，可以结合硬臂式和软索式两种机械臂的各自优点，抓取着工件物料在多维度的范围内任意旋转和移动。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种六轴式气动硬臂助力机械抓手，包括水平设置的滑轨，滑轨上滑动的设有悬挂固定架，悬挂固定架上悬挂有运动部件，所述运动部件包括竖直设置的第一杆件，第一杆件的上端可受控转动的连接在悬挂固定件上，第一杆件与第二杆件、第三杆件的一端铰接，第二杆件、第三杆件的另一端与二三杆件连接块铰接，四者构成平行四边形，使二三杆件连接块可在竖直方向上活动；第二杆件或第三杆件的其中之一在与第一杆件的铰接点外侧延伸有延长端，延长端受动力设备控制；二三杆件连接块上受控的与第四杆件的一端铰接，其铰接轴与第一杆件平行；第四杆件的另一端部受控的同轴转动连接第五杆件的一端，第五杆件的另一端与第六杆件的中部铰接，第六杆件的一端设有抓取机构，另一端受动力设备控制。

在本技术方案中，在水平设置的滑轨上设计了悬挂固定架，悬挂固定架是机械抓手自重与负重的最终受力点，需要将其与滑轨牢固的滑动连接在一起，使整个机械抓手既能灵活滑动又能保持负重能力。悬挂固定架下方可转动的竖直设立第一杆件，以实现抓取机构在水平方向任意转动的功能。第一杆件的下方设有开口向下的U形开口槽，U形开口槽内分上下分别铰接有第二杆件和第三杆件，该两个杆件的另一端均铰接在二三杆件连接块上，使第一杆件、第二杆件、第三杆件和二三杆件连接块四者构成一个平行四边形，该平行四边形通过形状的改变可以使二三杆件连接块在上下方向上移动；并且第二杆件或第三杆件与第一杆件的铰接端还延伸有延长端，此延长端受动力设备控制，通过杠杆原理操作本杆件，形成对平行四边形的形变控制，进而形成对二三杆件连接块的上下位置控制。这样一来实现了抓取机构在上下位置的可调。第四杆件铰接在二三杆件连接块上，其铰接轴向平行于第一杆件的轴向，使抓取机构拥有了在水平方向上进一步精确定位的能力，也可以将水平方向的移动幅度由第一杆件和第四杆件分别转动、配合实现，使转动至目标位的速度更高，灵活性更强。第四杆件的端部轴连接有第五杆件，第五杆件的转动使抓取机构具备了周向旋转的灵活性。第五杆件与第六杆件的中部铰接，第六杆件的一端受动力设备控制，可通过动力设备操控第六杆件的倾斜度，造成另一端的抓取机构的俯仰位置的变化。综合整个设备的结构，可以形成抓取机构的水平位置转动、上下位置移动、周向的转动和俯仰姿态的变化，在各个杆件所及的空间范围内无死角，在自身姿态上无死角，可以全方位的满足搬用设计需求。由于使用的杆件均为刚性杆件，因此本机械抓手可以承受强大的扭矩，实现物料工件的翻转和倾斜。

作为优选，第四杆件的端部连接有弯管，弯管的另一端同轴的与第五杆件转动连接。弯管的引入可以将物料工件的搬运保持在较低位置完成，在能耗与安全性上均有优势。

作为优选，所述弯管的弯曲部内侧设有外凸的强化筋。强化筋可以帮助弯管对抗负重，不易变形。

作为优选，第一杆件上设有控制第一杆件与悬挂固定件的相对运动的制动机构；二三杆件连接块上设有控制第四杆件与二三杆件连接块的相对运动的制动机构；第四杆件上设有控制第四杆件与第五杆件的相对运动的制动机构。本方案对第一杆件的转动、第四杆件的转动、第五杆件的转动设置了制动机构，通过制动机构可以精确控制各个相关杆件的转动惯性，解决了传统机械抓手的移动不精确、动作不灵活的问题。

作为优选，所述制动机构为盘式制动器或鼓式制动器。为了达到较好的制动效果，本方案选用了适配的盘式制动器或鼓式制动器。在转动惯性较大的第一杆件和第四杆件上，建议使用盘式制动器，在转动惯性较小的第五杆件上，建议使用体积相对较小的鼓式制动器。本方案中的盘式制动器与鼓式制动器同汽车上使用的盘式制动器与鼓式制动器类似，结构上稍加适应性改造即可。

作为优选，所述第五杆件包括以万向节连接的前段与后段；前段与后段的连接处均固定连接有法兰盘，所述万向节位于两法兰盘之间；其中一个法兰盘上均匀环绕的设有若干螺栓孔，螺栓孔内设有可调节轴向位置的螺栓副，螺栓的端部与另一法兰盘抵接。本方案将第五杆件轴向的一分为两段，两段之间以万向节连接，还在两段的相邻端上设有法兰盘，其中一个的法兰盘上均匀环绕的设置了螺栓副，螺栓可沿轴向调节。通过分别调节螺栓的轴向位置，可以调节第五杆件的前段与后段的角度，方便第五杆件形成一些弯折的角度，以满足从特定倾斜角度穿过特定空间以取放工件物料的需求。使用了万向节，则可以在第五杆件处于弯折的状态下依然保持扭矩的传递。

作为优选，所述螺栓与另一法兰盘抵接的部位为半球形或圆弧顶形。将螺栓顶设计为半球形或圆弧顶形，可以方便调节螺栓以改变第五杆件的弯折状态，使螺栓顶在抵接在对向的法兰盘时减少阻力，避免过大的受力将螺杆或法兰盘压坏。

作为优选，所述动力设备为气缸或直线电机。本方案中使用气缸或者直线电机作为动力设备，方便安装与控制，这两者的动力输出是往复式的，更复合本方案中动力设备的配置要求。

作为优选，还包括操作控制盒，各个杆件的转动控制组件均集成在操作控制盒内。为了便于操作人员的控制，本方案设计了控制盒，并将各个杆件的转动控制组件集成在操作控制盒内，通过操作控制盒就能控制机械抓手的各种动作。

作为优选，所述第五杆件上连接有操作固定把手，所述操作控制盒固定在操作固定把手上。操作固定把手方便操作人员扶持和引导第五杆件，方便使用操作控制盒操作本机械抓手。

各个制动机构的紧急制动阀门也可以集成在操作控制盒内，以保证安全。

综上所述，本发明的有益效果是：具有良好灵活性，可以结合硬臂式和软索式两种机械臂的各自优点，抓取着工件物料在多维度的范围内任意旋转和移动。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是第五杆件的前段与后段连接处的放大图。

其中：1滑轨，2悬挂固定架，3第一杆件，4第二杆件，5第三杆件，6二三杆件连接块，7第四杆件，8第五杆件，9第六杆件，10抓取机构，11弯管，12强化筋，13万向节，14前段，15后段，16法兰盘，17螺栓副，18操作控制盒，19操作固定把手。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示，为一种六轴式气动硬臂助力机械抓手，使用在汽车装配生产流水线中，专门用来将侧围组件从临时堆叠处抓取后送至流水线的指定工位上。

该六轴式气动硬臂助力机械抓手，在车间的房顶上，固定有平行的工字钢，工字钢下水平固定有一对滑轨1，滑轨上滑动的设置有一个悬挂固定架2。悬挂固定架的下方竖直的悬挂有第一杆件3，第一杆件受控的可转动，使连接在第一杆件上的其余结构可以自由的水平转动。第一杆件的下端设于开口向下的U形开口槽，U形开口槽内的上方铰接有第二杆件4，下方铰接有第三杆件5，这两个杆件的另一端分上下铰接在二三杆件连接块6上，使第一杆件、第二杆件、第三杆件、二三杆件连接块这四者形成一个平行四边形；其中位于下方的第三杆件在与第一杆件的铰接的端部还向外延伸有延长端，该延长端与气缸连接。该气缸通过杠杆原理操作第三杆件，形成对平行四边形的形变控制，进而形成对二三杆件连接块的上下位置控制，使连接在二三杆件连接块上的其余结构可以自由的上下运动。二三杆件连接块上铰接有第四杆件7，第四杆件的转轴轴向平行于第一杆件的轴向，使第四杆件可以水平转动，拥有了在水平方向上进一步精确定位的能力，也可以将水平方向的移动幅度由第一杆件和第四杆件分别转动、配合实现，使转动至目标位的速度更高，灵活性更强。第四杆件的端部连接有一个由角度成90度的弯管11，弯管的一端连接水平方向的第四杆件，另一端连接竖直方向的第五杆件8。弯管的弯曲部内侧设有外凸的强化筋12，以强化弯管，提高受力能力。第五杆件是同轴的转动连接在弯管上，可以带动连接在第五杆件上的其他结构实现周向翻转。

如图2所示，本例中，第五杆件分为在下方的前段14和在上方的后段15，两者以万向节13连接。前段和后段的相邻端都安装有法兰盘16，万向节就位于两法兰盘之间。位于下方的前段的法兰盘上沿圆周均匀的环绕设有6个螺栓孔，每个螺栓孔内以穿过设置有一个螺栓，并在法兰盘的两侧面以双螺母固定。螺栓的端部为圆弧顶形，紧紧抵接在上方的后段法兰盘盘面上。螺栓端部的下方位置，设有一对转动面，使用螺栓扳手夹住转动面，可以转动螺栓，使其在轴线方向上上下运动。通过这样的设计，可以使第五杆件的前段与后段形成特定的角度，但是仍然能保持力矩的传递。

第五杆件前段的下侧端部铰接于第六杆件9的中部。第六杆件的一端固定设有抓取机构10，另一端受气缸控制可运动，气缸通过杠杆原理可以调节抓取机构的俯仰状态。

其中，位于第一杆件的上方端部、第四杆件的右方端部设有盘式制动器，以控制第一杆件、第三杆件的转动；位于第五杆件的上方端部设有鼓式制动器，以控制第五杆件的转动。本方案中的盘式制动器与鼓式制动器同汽车上使用的盘式制动器与鼓式制动器类似，结构上稍加适应性改造即可。

第五杆件上还水平的固定有操作固定把手19，操作固定把手上固定有操作控制盒18，操作控制盒集成了各个杆件的转动控制组件，以及各个制动机构的紧急制动阀门，以确保使用方便、安全。

本例的六轴式气动硬臂助力机械抓手，可以形成抓取机构的水平位置转动、上下位置移动、周向的转动和俯仰姿态的变化，在各个杆件所及的空间范围内无死角，在自身姿态上无死角，可以全方位的满足搬用设计需求。由于使用的杆件均为刚性杆件，因此本机械抓手可以承受强大的扭矩，实现物料工件的翻转和倾斜。本六轴式气动硬臂助力机械抓手的优势在于，结合了硬臂式和软索式两种机械臂的各自优点，可抓取着工件物料在多维度的范围内任意旋转和移动，移动速度快、动作灵活，可以承担较重的负载。