一种机器人用多型号缸盖共用夹具的制作方法

本发明属于缸盖夹具技术领域，具体地说是涉及一种机器人用多型号缸盖共用夹具。

背景技术：

在汽车发动机的机加工和装配生产过程中，利用机器人抓取缸盖进行操作，是现代自动化流水生产线经常见到操作的工艺，如机器人抓取铸件打磨飞边，机器人辅助机加工上下料、清理去除加工毛刺，装配生产线搬运缸盖上下料、线间转移等一些重复单调而又精度要求高的工作，使用机器人来完成非常合适。

机器人夹具是在机器人持件对工件进行操作过程不可缺少的工装，是通用机器人操作具体工件的扩展‘抓手’。良好的夹具是稳定工作的重要保障，对机器人夹具的一般要求:夹具质量轻便，随机械手快速移动时运动惯性力低，对机器人手臂冲击力小；刚度足够，受力时工作尺寸稳定不易变形；夹具和工件定位精准，重复抓取工件操作时位置精度高；抓取牢靠不易松脱，紧急断电断气工件在夹具上位置保持恒定；通用性好，同时生产几种相近的产品时能共用夹具，避免频繁更换夹具。

但是目前机器人抓取缸盖的夹具，多为钢制焊接结构，重量较大，有的甚至超过抓取的工件重量，工作中势必增加机器人工作负荷，甚至不得不选取工作能力更强的机器人。

此外，传统的机器人专用缸盖夹具的通用性差，经常3缸4缸机都不能通用，更换产品相应要更换对应的夹具。由于夹具上通常都带有传感器和夹紧气缸，夹具上必需有电和气的接入，为了减少更换夹具时电和气的重新的接入麻烦，现有的机器人手臂上通常装有过渡换枪盘，要通过专用换枪盘机构串联在机器人和夹具之间，虽然解决了机械手臂快速换夹具的问题，但是增加过渡换枪盘方式不可避免的在原有夹具的基础上再次增加了机器人的工作负荷，对机器人的要求将会进一步提高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种机器人用多型号缸盖共用夹具，该夹具质量轻便，随机械手快速移动时运动惯性力低，对机器人手臂冲击力小；刚度足够，受力时工作尺寸稳定不易变形；夹具和工件定位精准，重复抓取工件操作时位置精度高；抓取牢靠不易松脱，紧急断电断气工件在夹具上位置保持恒定；通用性好，同时生产几种相近的产品时能共用夹具，避免频繁更换夹具。

为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：

一种机器人用多型号缸盖共用夹具，包括

夹具主体框架，固设于机器人手臂；

夹持组件，包含至少一组两两对称设置的夹爪以及夹爪直线驱动机构，所述夹爪通过固设于所述夹具主体框架的滑台与所述夹具主体框架滑动装配，所述夹爪直线驱动机构迫使所述夹爪在夹持工位与释放工位之间切换；

检测组件，包含固设于夹具主体框架底面的多个垫块，所述垫块开设有吹气孔，且其底面具有一贴合面，所述吹气孔的出口暴露于该贴合面，在夹持过程中所述贴合面与缸盖的缸盖面贴合，所述吹气孔由管路与压缩气源连通，且管路中串接有气压检测元件；

每组的两个所述夹爪相向设置，所述夹爪具有钩状部，所述钩状部位于所述缸盖面下方。

工件夹具和工件的贴合面采用吹气检测，垫块朝向工件的贴合面带通气孔小孔，采用吹压缩空气检测气压变化，能及时发现夹持工件时工件可能的错位或松脱，在工件没有贴合夹具时及时报警，避免由于位移偏差造成放置不到位，或加工工件时造成错位损伤工件。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述钩状部包含一斜向上的斜面。夹爪的钩状部具有斜向上的斜面，在夹持缸盖的时候，夹紧力的分力向上，使工件更贴向夹具，夹紧后不易松动。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述滑台包含滑轨和与滑轨滑动配合的滑块，所述滑块数量与所述夹爪相适配，所述滑块上固设有滑动板，所述夹爪与相应侧的滑动板固定连接，所述夹爪直线驱动机构迫使所述滑动板相向或相背移动。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述滑动板开设有定位沟槽，所述夹爪的上端嵌入所述定位沟槽后固定连接。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述夹具主体框架底面固设有多个定位销，所述定位销与缸盖上的火花塞孔相适配。夹具具有定位销，定位销采用与火花塞孔定位缸盖相对位置，夹具抓取缸盖时，采用火花塞孔定位缸盖位置，定位精准并且不同缸数的机型可以共用夹具。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述夹具主体框架由过渡法兰、上层板、下层基础板及多根中间支柱组成，所述中间支柱的两端分别与上层板、下层基础板固定连接，所述过渡法兰固设于上层板。组合拼接式夹具的主体框架，较焊接式夹具制造简单，总体重量轻便，更适合机器人手臂。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述上层板开设有镂空减重孔，所述下层基础板开设有镂空避让孔。轻巧的结构，组合拼接式夹具的主体框架结构，适当镂空的上下基板，轻便的结构减轻夹具总重量。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：每个所述滑动板上固设有极限位置限位机构，在所述夹爪由夹持工位向释放工位移动并到达最大行程位置时，所述限位机构限制滑动板进一步移动。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述限位机构为固设于滑动板侧面的挡片组成，在所述夹爪由夹持工位向释放工位移动并到达最大行程位置时，所述挡片抵靠于中间支柱内侧。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述垫块为铜质。夹具主体框架和工件的贴合面采用铜质垫块，避免划伤工件加工面。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：

1、该夹具质量轻便，随机械手快速移动时运动惯性力低，对机器人手臂冲击力小；刚度足够，受力时工作尺寸稳定不易变形；夹具和工件定位精准，重复抓取工件操作时位置精度高；抓取牢靠不易松脱，紧急断电断气工件在夹具上位置保持恒定；通用性好，同时生产几种相近的产品时能共用夹具，避免频繁更换夹具。

2、轻巧的拼装结构机架取代常用的焊接结构；带夹具工件在位气压检测功能，能同时适应同系列多机型(缸心距相同)缸盖同系列的不同缸数的机型发动机缸盖共用，同系列产品换型无需更换夹具，省去换工装的麻烦。

3、工件夹具和工件的贴合面采用铜质垫块，避免划伤工件加工面；垫块朝向工件的贴合面带通气孔小孔，采用吹压缩空气检测气压变化，能及时发现夹持工件时工件可能的错位或松脱。

4、夹具抓取缸盖时，采用火花塞孔定位缸盖位置，定位精准并且不同缸数的机型可以共用夹具。

5、组合式的卡爪通过沟槽镶嵌在滑动板上，以保证受力强度。卡爪前端带有和缸盖配合的反斜度，贴合夹持工件斜面部分，使夹紧力产生的向上分力，趋于工件更贴合夹具。

附图说明

图1是本发明的夹具与机器人组装整体结构示意图；

图2是本发明的夹具与机器人连接处局部放大图；

图3是本发明的夹具夹持缸盖状态立体示意图；

图4是本发明的夹具夹持缸盖状态主视图；

图5是本发明的夹具整体机构立体示意图；

图6是垫块和定位销结构示意图；

图7是本发明的夹具主体框架结构示意图；

图8是夹持组件结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于已给出的实施例，本领域普通技术人员在未做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。

一种机器人用多型号缸盖共用夹具200，包括夹具主体框架210、夹持组件220以及检测组件230。

夹具主体框架210，固设于机器人100的手臂110；夹具主体框架210部分由过渡法兰214、上层板211、下层基础板212及中间支柱213组成，中间支柱213的两端分别与上层板211、下层基础板212固定连接，本实施例中优选中间支柱分布与上层板、下层基础板212的四个拐角处，四根带台阶的中间支柱213插入上层板211、下层基础板212的对应孔中，通过螺钉把上层板211、下层基础板212和中间支柱213连接固定，共同构成夹具的组合式主体框架；过渡法兰214在主体框架顶部，具体的，过渡法兰214固定连接在上层板211上端面，过渡法兰214和夹具上层板211通过中心圆孔定位组合在一起，过渡法兰214具有和机器人手臂法兰一样的螺钉孔位和定位销孔，螺栓穿过过渡法兰和机器人手臂法兰进行后使用螺母旋紧，实现夹具主体框架210与机器人手臂110的精确对接和连接，组合拼接式夹具主体框架，较焊接式夹具制造简单，总体重量轻便，更适合机器人手臂。

现有的夹具重量较大，有的甚至超过抓取的工件重量，工作中势必增加机器人工作负荷，甚至不得不选取工作能力更强的机器人，为此本实施例中优选在上层板211开设有镂空减重孔2111，减轻上层板的重量，此外下层基础板212开设有镂空避让孔2121，减轻了夹具重量，同时起到让开缸盖300上的凸轮轴盖，避免夹具主体框架的底板(本实施例中的下层基础板212的底面)和凸轮轴盖干涉。具备上述结构的夹具主体框架具有轻巧的结构，组合拼接式夹具的主体框架结构，适当镂空的上下基板，轻便的结构减轻夹具总重量，减轻机器人手臂的负载，降低对机器人手臂工作能力的要求。

夹持组件220，包含至少一组两两对称设置的夹爪222以及夹爪直线驱动机构221，所述夹爪222通过固设于所述夹具主体框架210的滑台224与夹具主体框架210滑动装配，夹爪直线驱动机构221迫使夹爪222在夹持工位与释放工位之间切换。

具体的，滑台224包含滑轨2241和与滑轨滑动配合的滑块2242，滑块2242数量与夹爪222相适配，滑块2242上固设有滑动板223，夹爪222与相应侧的滑动板223固定连接，夹爪直线驱动机构221迫使滑动板223相向或相背移动，从而实现由夹持工位与释放工位切换。

具体的，本实施例中夹爪直线驱动机构221优选为气缸，进一步优选为带锁紧机构的气缸，带锁紧功能的气缸做夹紧力源，意外掉电断气时，工件不会不松脱。

滑轨2241固定在下层基础板212上，两个滑块2242相互独立安装于滑轨2241上，两块滑动板223分别安装于两滑块2242上，滑动板223的一端带有沟槽，带卡爪222镶嵌于滑动板223的定位沟槽处，螺钉由滑动板223竖直穿过旋紧在夹爪222内将二者固定在一起，通过定位沟槽镶嵌结构保证了夹爪和滑动板的连接强度。进一步的，每个滑动板223上端面固设有带耳孔的立柱226，立柱226下端带有螺纹，其分别拧紧固定在两个滑动板223的螺纹孔内实现固定安装，带锁紧机构的气缸尾部2211和杆端2212分别固定于两个立柱226上；随着气缸的伸缩，带动两个滑动板223以及滑块2242沿导轨2241运动，带动夹爪222张开或夹紧。

此外，为了防止夹爪在达到最大行程位置后由滑轨上脱出，导致夹具损坏，本实施例中优选每个滑动板223上固设有极限位置限位机构，在夹爪222由夹持工位向释放工位移动并到达最大行程位置时，限位机构限制滑动板进一步移动。

具体的，限位机构为固设于滑动板223侧面的挡片225组成，在夹爪222由夹持工位向释放工位移动并到达最大行程位置时，挡片225抵靠于中间支柱213内侧。

优选挡板为l形，其第一臂2251固定于滑动板223侧面，第二臂2252向滑动板223侧面外部延伸，当气缸带动夹爪222张开时，两个挡片225也一起张开，当张开行程最大时，挡片225分别抵住同侧的两个中间支柱213的内侧，由于中间支柱213的阻挡，就限制了夹爪222继续向外滑动。

进一步的，考虑到缸盖300的重量较大，一旦夹持不良缸盖掉落不但会造成缸盖以及设备的损坏，还有可能造成人员伤亡，为此，本实施例中每组的两个夹爪222相向设置，夹爪222具有钩状部2221，钩状部2221位于缸盖面310下方。钩状部2221包含一斜向上的斜面，夹爪222的钩状部2221具有斜向上的斜面2222，且斜面2222与夹爪222圆弧过渡，在夹持缸盖300的时候，斜面222与缸盖的外轮廓相贴合，夹紧力的分力向上，使工件更贴向夹具，夹紧后不易松动。

此外，为了防止在夹取过程中工件出现松动、掉落而不被发现的情况，还具有检测组件230，包含固设于夹具主体框架底面的多个垫块232，垫块232开设有吹气孔2322，且其底面具有一贴合面2321，吹气孔2322的出口暴露于该贴合面2321，在夹持过程中贴合面2321与缸盖300的缸盖面310贴合，吹气孔2322由管路与压缩气源连通，为检测组件提供压力气源，且管路中串接有气压检测元件231。

另外，为了进一步提高夹持精度和防止在夹持搬运过程中缸盖发生错位，本实施例中优选下层基础板212的底面固设有多两个定位销240，定位销240与缸盖上的火花塞孔330相适配，定位销采用与火花塞孔定位缸盖相对位置，夹具抓取缸盖时，采用火花塞孔定位缸盖位置，定位精准并且不同缸数的机型可以共用夹具。

具体的，垫块232固定于下层基础板212的底面，垫块232数量为4个，优选其材质为黄铜，夹具抓取缸盖300时，通过定位销240插入缸盖的火花塞孔330内，黄铜材质的垫块232和缸盖面310贴合，气缸带动夹爪222向缸盖收紧，完成工件的定位抓取。垫块232和缸盖面310贴合部分正好封堵住垫块232下端的吹气孔2232，压力气源通过向垫块的吃气孔2322内吹气，在吹气管路中有气压检测元件231(气压检测压力开关)，气压检测元件231根据气压的大小反映出贴合面是否漏气，从而判断缸盖和夹具是否完全贴合，如果不漏气或者漏气量很小(处于设定的漏气极限范围内，具体对管路的压力值进行检测)则判定贴合良好，否则则判定夹持不良，说明缸盖和夹具贴合不严，可能出现工件掉落的情况，从而系统报警。

工件夹具和工件的贴合面采用吹气检测，垫块朝向工件的贴合面带通气孔小孔，采用吹压缩空气检测气压变化，能及时发现夹持工件时工件可能的错位或松脱，在工件没有贴合夹具时及时报警，避免由于位移偏差造成放置不到位，或加工工件时造成错位损伤工件。此外，垫块为铜质。夹具主体框架和工件的贴合面采用铜质垫块，避免划伤工件加工面。

需要说明的是，要抓取的缸盖的火花塞孔已经精密加工，可用于定位。一组定位销240按照缸盖火花塞孔间距位置精确固定所述夹具的下层基础板212上，定位销240与发动机的缸盖火花塞孔对应匹配。在夹持过程中定位销240插入缸盖火花塞孔中，将缸盖300定位。

本实施例具体的工作原理为：

初始状态，夹爪处于释放工位(两夹爪相对距离最大的位置)；

第一步，机器人带动夹具移动至缸盖夹取工位，使定位销240对准缸盖火花塞孔；

第二步，机器人带动夹具下移，使定位销插入到缸盖火花塞孔内，垫块的贴合面与缸盖面贴合；

第三步，气缸带动夹爪切换至夹持工位，从而使钩状部的斜面与缸盖外周面贴合；

第四步，压缩气源开启，向吹气嘴内通入压力气源，气压检测元件对压力进行检测，而后机器人手臂带动夹具以及缸盖向加工工位切换，检测组件全程对吹气嘴的压力进行检测。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。