机械手及其自动定心夹紧夹具的制作方法

本发明涉及机械夹爪的技术领域，尤其是涉及一种机械手及其自动定心夹紧夹具。

背景技术：

对于小工件搬运、装夹、工序转移、切削以及打磨主要由人工来完成。然而对于大批量、多工序生产的工况，一批零件从毛坯状态到产品入库，少则需要几百道工序，多则需要上万甚至几十万道工序，工作量极大，手工操作效率较低，难以满足供货需求，提高产能的需求显得极为迫切。而且人工作业精度低，不能保证良好的一致性，对工人的熟练程度要求较高。特别地，打磨工序会产生大量的粉尘，对人体健康有较大的危害，而且因为操作不当引起的工伤事故时有产生，存在较大的安全隐患。所以，人工操作已经渐渐的不能满足大批量多工序的工况要求。

现有的手工操作已经难以满足大批量、多工序零件生产的要求。采用气动夹具自动抓取工作台上的工件，实现工件搬运、装夹等动作自动化不仅能够满足大批量和多工序的生产要求，还可以降低健康危害，减少安全事故的发生，保证产品质量的一致性。目前，自动夹具多采用摆杆气缸或电机等驱动装置带动附件旋转一定角度实现工件的夹持。

传统的主流自动夹具存在以下缺点：(1)结构复杂，体积较大。电机及摆杆气缸等驱动装置本体体积较大，实现夹紧的附件使整个自动夹具结构复杂，体积进一步加大，庞大的体积容易使自动化作业过程中与其它部分产生干涉与碰撞等问题；(2)夹具较重。较重的驱动装置及附件，增加了机械臂的负重，大大的减小了机器人的有效负载能力；(3)夹具精度较低。现有的自动夹具，存在偏心等误差，夹持精度较低；只适用于搬运等一般工况，无法完成小零件的夹持及打磨等精加工作业。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机械手及其自动定心夹紧夹具，以解决现有技术中存在的夹具仅具有夹紧和松开工件的功能，无法对在夹持的同时对工件实现定心定位的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种自动定心夹紧夹具，其包括支撑架、支撑在所述支撑架上的安装座和定心夹紧组件；所述定心夹紧组件包括沿所述安装座的整个周向呈等间距布置的四个夹爪构件和滑动设置在所述安装座中并与每个所述夹爪构件分别相抵的操作轴，四个所述夹爪构件分别枢转接附在所述安装座上；所述支撑架上设置有使所述操作轴沿所述操作轴的轴向移动以驱动所述夹爪构件相对所述安装座转动的驱动件。

本发明的技术方案具有以下优点：该自动定心夹紧夹具，采用在安装座的整个周向呈等间距地布置四个夹爪构件，四个夹爪构件分别枢转接附在安装座上，操作轴与每个夹爪构件分别相抵，驱动件能够使操作轴沿操作轴的轴向移动以驱动夹爪构件相对安装座转动，这样，采用四爪式的夹紧方式，结构对称，可实现自定心夹紧。

在一个实施例中，所述夹爪构件包括可转动地设置在所述安装座内的驱动部和从驱动部延伸至所述安装座之外的夹爪部；所述操作轴具有操作部，所述操作部上设置有多个第一齿，多个所述第一齿沿所述操作轴的轴向布置；所述驱动部的外表面上设置有与所述第一齿啮合的第二齿。

在一个实施例中，所述操作部具有矩形的横截面，所述操作部包括四个纵向侧壁，四个所述纵向侧壁与四个所述夹爪构件分别一一对应，每个所述纵向侧壁均设置有多个所述第一齿。

在一个实施例中，所述夹爪部包括与所述驱动部连接的第一夹指部分和从所述第一夹指部分向所述安装座的外周成弧形向外延伸的第二夹指部分。

在一个实施例中，所述驱动件为气缸，所述气缸的输出轴与所述操作轴同轴设置并连接固定；

或者，所述驱动件为电机，所述电机的电机轴与所述操作轴连接，或所述电机通过丝杠组件与所述操作轴连接。

在一个实施例中，四个所述夹爪构件以两两为一对方式分为彼此相对的两个第一夹爪构件和彼此相对的两个第二夹爪构件；所述第一夹爪构件的断面面积尺寸小于所述第二夹爪构件的断面面积尺寸。

在一个实施例中，所述安装座包括方形的安装部、法兰部和从所述安装部延伸至所述法兰部的套筒部，所述安装部具有凹腔，所述夹爪构件的底端设置在所述凹腔中，所述安装部的顶面开设有与所述凹腔连通的开口，所述安装部上盖合盖板，用以闭合所述开口，所述盖板通过紧固件与所述安装部连接固定；所述法兰部具有贯通孔，所述套筒部具有分别与所述凹腔和所述贯通孔连通的中空腔，所述操作轴内置于所述中空腔内，且所述操作轴的两端分别延伸至所述套筒部的端部之外。

在一个实施例中，所述盖板的表面开设有与四个夹爪构件分别对应的四个限位槽，每个所述限位槽分别从所述盖板的表面中央向周边延伸。

在一个实施例中，所述支撑架包括圆形的固定盘和支撑法兰盘，所述固定盘具有中心孔，所述驱动件通过锁付件安装在所述固定盘的中心孔内；所述固定盘设置在所述安装座与所述支撑法兰盘之间，所述固定盘与所述支撑法兰盘之间设置有多个支柱，多个所述支柱沿所述固定盘的周向呈等间距布置，所述支柱的两端分别与所述固定盘和所述支撑法兰盘连接固定；所述固定盘与所述安装座之间设置有多个折形支架，多个所述折形支架沿所述固定盘的周向呈等间距布置；每个折形支架包括与所述法兰部连接的第一水平部分、与所述固定盘连接的第二水平部分和从第一水平部分的外端沿所述操作轴的轴向延伸至所述第二水平部分内端的竖直部分，第一水平部分上开设有第一固定孔，第二水平部分上开设有第二固定孔；所述法兰部上开设有与第一固定孔对应的第一固定配合孔，所述第一固定配合孔位于所述贯通孔的外周；所述固定盘上开设有与第二固定孔对应的第二固定配合孔，所述第二固定配合孔位于所述中心孔的外周。

本发明的又一个目的是：提供一种机械手，解决现有技术中存在的机械手不具备定心夹紧的功能，夹持精度低的技术问题。

为了实现该目的，本发明提供了一种机械手，包括手臂组件，其中，还包括上述的自动定心夹紧夹具，所述支撑架与所述手臂组件连接固定。

该机械手，采用上述的自动定心夹紧夹具，因此，可在夹紧工件的同时，对工件进行定心定位，夹持精度高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的自动定心夹紧夹具的立体示意图；

图2是本发明实施例提供的自动定心夹紧夹具的局部剖视示意图；

图3为图2中a部的放大图；

图4是本发明实施例提供的自动定心夹紧夹具的俯视示意图；

图5是本发明实施例提供的自动定心夹紧夹具的处使用状态时的主视示意图。

主要元件符号说明

100-自动定心夹紧夹具；10-支撑架；11-固定盘；12-支撑法兰盘；13-锁付件；14-支柱；15-折形支架；151-第一水平部分；152-第二水平部；1521-第二固定孔；153-竖直部分；20-安装座；21-安装部；211-凹腔；22-法兰部；222-第一固定配合孔；23-套筒部；231-中空腔；24-盖板；241-限位槽；30-定心夹紧组件；31-夹爪构件；31a-第一夹爪构件；31b-第二夹爪构件；311-驱动部；3111-第二齿；312-夹爪部；3121-第一夹指部分；3122-第二夹指部分；3123-凹部分；3124-脊部分；32-操作轴；321-操作部；3211-第一齿；3212-纵向侧壁；40-驱动件。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述。

为叙述方便，下文中所称的“上”“下”与附图本身的上、下方向一致，但并不对本发明的结构起限定作用。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

如图1至5所示，为本发明提供的一较佳实施例。

参见图1，本实施例提供的一种自动定心夹紧夹具100，其包括支撑架10、支撑在支撑架10上的安装座20和定心夹紧组件30；定心夹紧组件30包括沿安装座20的整个周向呈等间距布置的四个夹爪构件31和滑动设置在安装座20中并与每个夹爪构件31分别相抵的操作轴32，四个夹爪构件31分别枢转接附在安装座20上；支撑架10上设置有使操作轴32沿操作轴32的轴向移动以驱动夹爪构件31相对安装座20转动的驱动件40。

上述的自动定心夹紧夹具100，采用在安装座20的整个周向呈等间距地布置四个夹爪构件31，四个夹爪构件31分别枢转接附在安装座20上，操作轴32与每个夹爪构件31分别相抵，驱动件40能够使操作轴32沿操作轴32的轴向移动以驱动夹爪构件31相对安装座20转动，这样，采用四爪式的夹紧方式，结构对称，可实现自定心夹紧。

参见图1至5，本实施例的自动定心夹紧夹具100，包括支撑架10、安装座20和定心夹紧组件30和驱动件40。

参见1至3，安装座20、驱动件40支撑在该支撑架10上，定心夹紧组件30包括四个夹爪构件31和一操作轴32，四个夹爪构件31分别枢转接附在安装座20上，且沿安装座20的整个周向呈等间距布置，操作轴32可上下(图示中的上下方向)移动地安装在安装座20中，驱动件40与操作轴32相连，并能够驱动操作轴32相对安装座20上下运动，操作轴32的上端(图示的上端)与每个夹爪构件31分别相抵，在本实施例中，安装座20的顶面具有相互平行的一横向(图示中的d1方向，下面统称第一方向d1)和一纵向(图示中的d2方向，下面统称第二方向d2)，夹爪构件31通过枢轴(图未示)安装在安装座20上，四个夹爪构件31以两两为一对方式分为彼此相对的两个第一夹爪构件31a和彼此相对的两个第二夹爪构件31b，用于安装第一夹爪构件31a的枢轴沿平行于第一方向d1的方向延伸，用于安装第二夹爪构件31b的枢轴沿平行于第二方向d2的方向延伸；两个第二夹爪构件31b在第一方向d1的中线上对称设置，两个第一夹爪构件31a在第二方向d2的中线上对称设置，且每个枢轴的中点至操作轴32的轴线的距离相等，容易理解的是，在驱动件40的驱动下，操作轴32相对安装座20上下移动，并带动第一夹爪构件31a以平行于第一方向d1的方向为轴以及第二夹爪构件31b以平行于第二方向d2的方向为轴相对安装座20同时转动，需要指出的是，两个第一夹爪构件31a之间的旋转方向以及两个第二夹爪构件31b之间的旋转方向均是相反的，也就是说，操作轴32的进退运动(即图示的上下方向运动)，会带动四个夹爪构件31同时向内或向外转动，从而实现四个夹爪构件31的张开和收回，即实现对工件(图未示)的松脱和夹紧，或夹紧和松脱。

特别的是，四个夹爪构件31既可以外张又可以缩回，对于具有内孔的工件，收回后夹爪构件31插入该工件的内孔中，在夹爪构件31张开后将工件保持在自动定心夹紧夹具100上；对于外圆式的工件，张开后的夹爪构件31移动至工件的外侧，在夹爪构件31收回后，将工件夹紧，从而不仅可以对内孔式的工件实现夹紧，也可对外圆式工件的实现夹紧，最小可满足轮廓为3mm工件的抓取作业，适用范围更广。

参见图2和3，夹爪构件31包括可转动地设置在安装座20内的驱动部311和从驱动部311延伸至安装座20之外的夹爪部312；操作轴32具有操作部321，操作部321上设置有多个第一齿3211，多个第一齿3211沿操作轴32的轴向布置；驱动部311的外表面上设置有与第一齿3211啮合的第二齿3111。在本实施例中，驱动部311大致呈圆形，第二齿3111沿其圆周面布置，操作部321位于操作轴32的上部(图示的上端部)，操作部321内置于四个驱动部311之间，操作部321的外侧壁上设置有与第二齿3111啮合的多个第一齿3211，容易理解的是，在操作轴32向下移动时，在第一齿3211与第二齿3111的作用下，驱动各夹爪构件31顺时针转动，四个夹爪构件31向内回收；在操作轴32向上移动时，驱动各夹爪构件31逆时针转动，四个夹爪构件31向外张开，采用啮合传动的方式使四个夹爪同时张开和收回，传动精度高，实现了自定心夹紧，且能够增强锁紧的可靠性。

在又一实施例中，操作轴32具有操作部321的侧壁上可设置有与各驱动部311分别对应的齿条，齿条通过焊接、螺钉等一切现有的固定方式与操作轴32连接固定。

在又一实施例中，操作部321为中空设置，其套设于四个驱动部311之外，操作部321的内侧壁上设置有与第二齿3111啮合的多个第一齿3211，在操作轴32向下移动时，在第一齿3211与第二齿3111的作用下，驱动各夹爪构件31逆时针转动，四个夹爪构件31向内张开；在操作轴32向上移动时，驱动各夹爪构件31顺时针转动，四个夹爪构件31向外收回。

请继续参见图2和3，在本实施例中，操作部321具有矩形的横截面，操作部321包括四个纵向侧壁3212，四个纵向侧壁3212与四个夹爪构件31分别一一对应，每个纵向侧壁3212均设置有多个第一齿3211。

在又一实施例中，操作部321具有圆形的横截面，每个第一齿3211均沿操作部321的整个周向延伸设置。

请继续参见图2和3，夹爪部312包括与驱动部311连接的第一夹指部分3121和从第一夹指部分3121向安装座20的外周成弧形向外延伸的第二夹指部分3122。在本实施例中，第一夹指部分3121从驱动部311向上(图示的上方)并向内延伸，第二夹指部分3122从第一夹指部分3121向上并向安装座20的外周成弧形向外延伸，第一夹指部分3121的外壁与第二夹指部分3122的外壁的相接处形成凹部分3123，且第一夹指部分3121的内壁与第二夹指部分3122的内壁的相接处形成脊部分3124，值得一提的是，在固定具有内孔的工件时，通过各夹爪构件31的凹部分3123分别与该工件的内孔壁相抵；在固定外圆式的工件时，通过各夹爪构件31的脊部分3124分别与该工件的外壁相抵，这样，可提高夹持固定效果，保证了工件夹持的有效性。

特别的是，夹爪部312的形状、规格尺寸，可根据工件的形状和尺寸大小进行适应的变换。

在又一实施例中，夹爪部312的第一夹指部分3121和第二夹指部分3122均可以是平直的，两者之间成钝角倾斜设置。

参见图1和4，四个夹爪构件31的形状、尺寸可以相同，也可以不同，在本实施例中，第一夹爪构件31a的断面面积尺寸小于第二夹爪构件31b的断面面积尺寸，需要说明的是，第一夹爪构件31a、第二夹爪构件31b的厚度相同，两者的形状基本相同，区别是，第一夹爪构件31a在平行于第一方向d1的方向上的长度尺寸要小于第二夹爪构件31b在平行于第二方向d2的方向上的长度尺寸，这样，采用不同宽度尺寸的夹爪构件31，适用的复杂曲面的工件，提高范围更广。

请返回参见图1和2，驱动件40可以是气缸，也可以是电机，在本实施例中，驱动件40为但不局限于气缸，优选螺牙气缸，气缸的输出轴与操作轴32同轴设置并连接固定，容易理解的是，螺牙气缸的体型较小，重量较轻，从而可使整体结构更小巧，节省安装空间。

在又一实施例中，驱动件40为电机，电机的电机轴与操作轴32连接。

在又一实施例中，驱动件40为电机，电机通过丝杠组件与操作轴32连接。

参见图1至3，安装座20包括方形的安装部21、法兰部22和从安装部21延伸至法兰部22的套筒部23，安装部21具有凹腔211，夹爪构件31的底端设置在凹腔211中，安装部21的顶面开设有与凹腔211连通的开口，安装部21上盖合盖板24，用以闭合开口，盖板24通过如螺钉、销钉等紧固件与安装部21连接固定；法兰部22具有贯通孔，套筒部23具有分别与凹腔211和贯通孔连通的中空腔231，操作轴32内置于中空腔231内，且操作轴32的两端分别延伸至套筒部23的端部之外。在本实施例中，夹爪构件31的驱动部311设置在凹腔211中，套筒部23具有圆形的横截面，法兰部22的直径尺寸大于套筒部23的直径尺寸，中空腔231、贯通孔横截面的形状均为圆形，操作轴32内置于中空腔231内，操作轴32与套筒部23同轴设置，且两者之间留有预定的间隙，以供操作轴32滑动，操作轴32的两端分别延伸至套筒部23的端部之外，操作轴32的上端(图示的上端)伸入凹腔211中并与夹爪构件31的驱动部311啮合，操作轴32的下端穿出贯通孔与驱动件40连接。

参见图3和4，作为进一步地优化，盖板24的表面开设有与四个夹爪构件31分别对应的四个限位槽241，每个限位槽241分别从盖板24的表面中央向周边延伸，这样，可通过盖板24的限位槽241来限位夹爪构件31的摆动幅度，从而保证结构的稳定性。

请返回参见图1和2，在本实施例中，支撑架10包括圆形的固定盘11和支撑法兰盘12，固定盘11具有中心孔(图未示)，驱动件40通过锁付件13安装在固定盘11的中心孔内，锁付件13为但不局限于螺母，螺母通过焊接、紧配合等一切现有的固定方式与固定盘11连接固定；固定盘11设置在安装座20与支撑法兰盘12之间，固定盘11与支撑法兰盘12之间设置有支柱14，支柱14的数量为但不局限于三个，三个支柱14沿固定盘11的周向呈等间距布置，支柱14的两端分别与固定盘11和支撑法兰盘12通过螺纹、螺栓、焊接等一切现有的固定方式连接固定；固定盘11与安装座20之间设置有折形支架15，折形支架15的数量为但不局限于三个，三个折形支架15沿固定盘11的周向呈等间距布置；每个折形支架15包括与安装座20法兰部22连接的第一水平部分151、与固定盘11连接的第二水平部152分和从第一水平部分151的外端沿操作轴32的轴向向上(图示的上方)延伸至第二水平部152分内端的竖直部分153，第一水平部分151上开设有第一固定孔(图未示)，第二水平部152分上开设有第二固定孔1521；法兰部22上开设有与第一固定孔对应的第一固定配合孔222，第一固定配合孔222位于贯通孔(图未示)的外周；固定盘11上开设有与第二固定孔1521对应的第二固定配合孔(图未示)，第二固定配合孔位于中心孔的外周，通过螺栓顺序拧入第一固定配合孔222和第一固定孔，将安装座20与折形支架15连接固定，通过螺栓顺序拧入第二固定孔1521和第二固定配合孔，将折形支架15与固定盘11连接固定，从而将安装座20固定安装在支撑架10上。容易理解的是，整体结构简洁、紧凑，方便拆装，不仅能够保证锁紧可靠性，还能够降低夹具制造和装配过程的难度，节省人力物力。

在又一实施例中，锁付件13与固定盘11一体成型制成。

参见图5，本实施例的机械手，包括手臂组件(图未示)，其中，还包括上述的自动定心夹紧夹具100，支撑架10的支撑法兰盘12与手臂组件连接固定，支撑法兰盘12与手臂组件之间采用螺钉、螺杆等紧固件可拆卸地连接固定，自动定心夹紧夹具100的安装有夹爪构件31的一端朝下设置。特别的是，上述的机械手，可以应用于搬运、装夹、切削、打磨等机械装置或机器人中。

上述的机械手，采用上述的自动定心夹紧夹具100，因此，可在夹紧工件的同时，对工件进行定心定位，夹持精度高。

下面结合图5对本实施例提供的自动定心夹紧夹具100的动作过程作详细说明。

工作时，机器人接到指定信号后，机械手根据指令到达指定位置，与驱动件40相连的电磁阀发出抓取信号，驱动件40推动操作轴32向上运动，操作轴32上的操作部321带动第一夹爪构件31a和第二夹爪构件31b上的齿轮绕旋转轴顺时针旋转，从而使四个夹爪构件31收合，实现对工件的夹紧。待夹具完成作业后，电磁阀发出松开信号，驱动件40带动推杆向下运动，将工件松开。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。