一种用于六面体表面打磨的机械手的制作方法

本发明涉及打磨自动化技术领域，尤其涉及一种用于六面体表面打磨的机械手。

背景技术：

中国人力成本上升快速，打磨和抛光行业部署自动化设备来抵消逐渐升高的成本。为了代替人工，目前都是用六自由度的工业机器人进行打磨作业，这类机器人都是标准化的工业机器人，特点是开发周期短。但是面对大规模的磨削生产线，这种机器人部署成本高投入产出比较低。因此针对大批量的打磨作业需要简化的机器人系统方案，在满足磨削要求的同时，降低自动化系统部署成本。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于六面体表面打磨的机械手。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于六面体表面打磨的机械手，包括工件、第一位置控制机构、第二位置控制机构、第一旋转关节、第二旋转关节以及气动手爪机构；工件为六面体空腔结构，所述第一位置控制机构由a直线运动单元和b直线运动单元构成，其中a直线运动单元由a运动单元主体、aa滑块和ab滑块组成，aa滑块、ab滑块与a运动单元主体之间通过a同步带连接；b直线运动单元由b运动单元主体、ba滑块和bb滑块组成；a直线运动单元和b直线运动单元以及第一基座板和第二基座板组成口字型结构，同步带轮基座固定在第一基座板上，同步带轮基座上有自由转动的a同步带轮和固定在同步带轮基座上的a伺服电机座，a伺服电机固定在a伺服电机座上，b同步带套在a同步带轮和b同步带轮上，a同步带轮两端连接第一联轴器传动轴和第二联轴器传动轴，第一联轴器传动轴和第二联轴器传动轴另一端连接b运动单元主体和a运动单元主体输入轴；所述第二位置控制机构由c运动单元主体、d运动单元主体以及c滑块和d滑块构成，第三联轴器传动轴连接c运动单元主体和d运动单元主体的输入轴，b伺服电机与c运动单元主体输入轴相连，c滑块与d滑块通过第一旋转关节基座连接成一体；所述第一旋转关节为：第一旋转关节基座和固定在第一旋转关节基座上的b伺服电机座和c伺服电机，c同步带轮固定在c伺服电机输出轴上并通过c同步带与d同步带轮配合，d同步带轮固定在第一旋转关节中空轴上，第一旋转关节中空轴与第一旋转关节外套通过轴承铰接；所述第二旋转关节为：第一旋转关节外套上固定有第二旋转关节基座、第二旋转关节后盖、第二旋转关节上盖以及第二旋转关节侧盖，共同围成第二旋转关节的中空腔体，腔体中固定有旋转关节轴承座，第二旋转关节中空轴与旋转关节轴承座铰接，f同步带轮固定在第二旋转关节中空轴上，通过d同步带与e同步带轮配合，d伺服电机固定在第二旋转关节基座上，输出轴固定有e同步带轮，第二旋转关节中空轴的末端固定有力传感器，力传感器另一侧固定有双作用气缸，在双作用气缸末端固定有爪盘块；所述气动手爪机构为：双作用气缸的活塞杆端头处固定有活塞头，活塞套嵌在爪盘块中，活塞头可在活塞套中滑动，在爪盘块的对角线上开有圆孔镶嵌伸缩杆套筒，伸缩杆套筒中放置有伸缩杆以及弹簧，盖板固定在爪盘块上，伸缩杆的一端铰接有轴承另一端固定有包胶夹紧块。

优选的，a伺服电机、b伺服电机的输出轴通过a同步带、b同步带传递动力和运动；c伺服电机和d伺服电机的输出轴通过c同步带和d同步带传递运动和动力，a同步带、b同步带、c同步带和d同步带均为同步齿形带。

优选的，第一旋转关节具有第一旋转关节中空轴及其中空腔体，第二旋转关节中具有第二旋转关节中空轴及其中空腔体。

优选的，第二旋转关节中空轴于双作用气缸之间固定有力传感器。

优选的，以爪盘块的对角线为轴线，布置有伸缩杆、套筒、弹簧、轴承以及包胶夹紧块，并且活塞头可以将四个对角线的包胶夹紧块同时顶出。

优选的，活塞头外表面具有第一锥面和第二锥面以及圆柱面，且第一锥面和第二锥面之间以及第二锥面和圆柱面之间具有过渡弧度；活塞套具有圆柱面凹槽状的凹凸形状。

优选的，a调紧螺丝可以调节a同步带轮和b同步带轮之间的中心距；b调节螺丝可以调节c同步带轮和d同步带轮之间的中心距离。

本发明提出的一种用于六面体表面打磨的机械手，用来代替人工打磨；这种机械手为六面体工件以及简单圆弧曲面打磨定制，能够满足大批量打磨作业；比六自由度工业机械臂相比，系统构造简单，对环境清洁度要求不高，制造成本低；适合大规模打磨生产线部署，节省人工劳动，也有利于减少打磨工人尘肺病的发生。

本发明机械手在抓取六面体工件时，并利用自身的平面移动自由度将工件移动到打磨单元处，利用第一旋转关节和第二旋转关节调整好工件的姿态，对准打磨单元的砂带，利用平动关节将工件按在打磨砂带上进行打磨。如此往复，将工件的外表面依次进行打磨。

本发明机械手具有水平移动自由度和旋转自由度变换打磨工件的位置与姿态，可以利用气动手爪机构抓取工件将其按在砂带磨削机上进行打磨，打磨完成后将工件放回。机械手采用同步带传动能够避免打磨粉尘带来的影响。应用该磨削机械手可以显著提高打磨效率和质量。

附图说明

图1为本发明一种用于六面体表面打磨的机械手的总体结构图。

图2为本发明一种用于六面体表面打磨的机械手的第一旋转关节结构图。

图3为本发明一种用于六面体表面打磨的机械手的第二旋转关节结构图。

图4为本发明一种用于六面体表面打磨的机械手的气动手爪机构图。

图5为本发明一种用于六面体表面打磨的机械手的手爪活塞结构图。

图6为本发明一种用于六面体表面打磨的机械手的打磨作业示例图。

附图说明：1-工件；2-第一基座板；3-第二基座板；4-a运动单元主体；5-aa滑块；6-ab滑块；7-a同步带；8-b运动单元主体；9-ba滑块；10-bb滑块；11-c运动单元主体；12-d运动单元主体；13-c滑块；14-d滑块；15-同步带轮基座；16-a伺服电机座；17-第一联轴器传动轴；18-第二联轴器传动轴；19-a同步带轮；20-b同步带轮；21-b同步带；22-a伺服电机；23-a调紧螺丝；24-第三联轴器传动轴；25-b伺服电机；26-第一旋转关节基座；27-b伺服电机座；28-c同步带轮；29-d同步带轮；30-c同步带；31-第一旋转关节中空轴；32-b调紧螺丝；33-c伺服电机；34-第一旋转关节外套；35-第二旋转关节基座；36-第二旋转关节后盖；37-第二旋转关节上盖；38-第二旋转关节侧盖；39-旋转关节轴承座；40-e同步带轮；41-f同步带轮；42-d同步带；43-d伺服电机；44-第二旋转关节中空轴；45-力传感器；46-双作用气缸；47-a气阀；48-b气阀；49-活塞头；50-活塞套；51-爪盘块；52-伸缩杆套筒；53-盖板；54-伸缩杆；55-轴承；56-弹簧；57-包胶夹紧块；58-第一锥面；59-第二锥面；60-圆柱面；61-过渡弧度；62-圆柱面凹槽；63-a直线运动单元；64-b直线运动单元；65-c直线运动单元；66-d直线运动单元；67-第一旋转关节；68-第二旋转关节；69-砂带磨削单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1，本发明所述的一种用于六面体表面打磨的机械手，由位置控制结构、姿态调节机构和气动手爪机构组成，其中位置控制机构由a直线运动单元63和b直线运动单元64构成第一位置控制机构；由c直线运动单元65和d直线运动单元66构成第二位置控制机构；其中a直线运动单元63由a运动单元主体4、aa滑块5和ab滑块6组成，aa滑块5、ab滑块6与a运动单元主体4之间通过a同步带7连接，通过a运动单元主体4两端的同步带轮运动而带动aa滑块5、ab滑块6在a运动单元主体4上直线运行。b直线运动单元64由b运动单元主体8、ba滑块9和bb滑块10组成。a直线运动单元63和b直线运动单元64以及第一基座板2和第二基座板3组成口字型结构，同步带轮基座15固定在第一基座板2上面，同步带轮基座15上有自由转动的a同步带轮19和固定在同步带轮基座15上的a伺服电机座16，a伺服电机22固定在a伺服电机座16上，a伺服电机22输出轴固定有b同步带轮20，b同步带21套在a同步带轮19和b同步带轮20上，传递由a伺服电机22的运动，a同步带轮19两端输出轴连接第一联轴器传动轴17和第二联轴器传动轴18，第一联轴器传动轴17和第二联轴器传动轴18的另一端分别连接b运动单元主体8和a运动单元主体4的输入轴，a调紧螺丝23可以调节b同步带21的张紧程度。第二位置控制机构由c运动单元主体11、d运动单元主体12以及c滑块13和d滑块14构成，由第三联轴器传动轴24连接c运动单元的主体11和d运动单元主体12的输入轴，b伺服电机25的输出轴通过联轴器与c运动单元主体11的输入轴固连，c滑块13与d滑块14通过第一旋转关节基座26连接成一体。a伺服电机22与b伺服电机25通过同步带传动可以驱动第一旋转关节底座26到运动范围内的任意位置。

参照图2，第一旋转关节基座26上固定有b伺服电机座27，在b伺服电机座27上固定有c伺服电机33，c同步带轮28固定在c伺服电机33的输出轴上并通过c同步带30带动d同步带轮29旋转，d同步带轮29固定在第一旋转关节中空轴31上，第一旋转关节中空轴31与第一旋转关节外套34通过轴承铰接，b调紧螺丝32可以调节c同步带30的松紧程度。c伺服电机33通过c同步带30驱动第一旋转关节67在整个圆周内转动。

参照图3，在第一旋转关节外套34上固定有第二旋转关节底座35，第二旋转关节底座35与第二旋转关节后盖36、第二旋转关节上盖37以及第二旋转关节侧盖38共同围成了第二旋转关节68的中空腔体结构。在腔体结构中固定有旋转关节轴承座39，第二旋转关节中空轴44通过轴承与旋转关节轴承座39铰接，f同步带轮41固定在第二旋转关节中空轴44上，并通过d同步带42与e同步带轮40形成传动链，d伺服电机43固定在第二旋转关节基座35上并在输出轴上固连e同步带轮40，在第二旋转关节中空轴44的末端固定有力传感器45，力传感器45另一侧固定有双作用气缸46，在缸体末端固定有爪盘块51。d伺服电机43通过皮带传动带动第二旋转关节中空轴44和力传感器45以及双作用气缸46转动。

参照图4，双作用气缸46的活塞杆端头处固定有活塞头49，活塞头49在活塞套50中可往复移动，活塞套50固定在爪盘块51上；在爪盘块51的对角线上开有圆孔镶嵌有伸缩杆套筒52，套筒中放置有伸缩杆54以及弹簧56，盖板53固定在爪盘块51上。伸缩杆54的一端铰接有轴承55而另一端固定有包胶夹紧块57，此结构在爪盘块51的四个对角线处都有相同结构，a气阀47进气，b气阀48排气，活塞头49在双作用气缸46的做用下伸出并与轴承55接触，将四个伸缩杆54顶出，四个伸出的包胶夹紧块57将工件1的内腔撑起，机械手抓取动作完成。

参照图5，在双作用气缸46活塞杆的端头出固定的活塞头49，其结构特征为具有第一锥面58和第二锥面59，在第二锥面59下面是圆柱面60，圆柱面60与活塞套50相配合能够在活塞套50中滑动。第一锥面58与第二锥面59之间以及第二锥面59与圆柱面60之间具有过渡弧度61。而活塞套50与活塞头49接触的面上具有圆柱面凹槽62。

参照图6，本发明与砂带磨削单元的配合工作过程，机械手通过双作用气缸46和包胶夹紧块57将工件1从内侧抓紧，而后利用第一位置控制机构和第二位置控制机构将工件定位在砂带磨削单元69前，并运动第一旋转关节和第二旋转关节将打磨面调整与砂带平行，最后利用第二位置控制机构将工件压紧在砂带上进行磨削作业。如此往复，打磨工件1的各个外表面。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。