一种自动抓具装置及具有该装置的智能桁架机器人的制作方法

本发明涉及一种抓具装置，具体涉及一种自动抓具装置及具有该装置的智能桁架机器人。

背景技术：

金属零件在使用寿命期内会出现锈蚀，从而影响产品质量，降低使用寿命、影响零件结构强度，所以在零件生产时需对其进行表面防锈处理。

目前零件表面的防锈处理一般采用油漆、发黑、镀铬、PIP等处理措施，其中PIP技术是绿色环保无污染且防腐性能优异的一种防腐技术，它运用多种工艺方法，将非金属元素和微量金属元素渗入到金属表面，形成由金属氧化物和非金属元素组成的多层复合渗层，从而使产品整体内外同时形成防腐耐磨层，完全与金属表面融合在一起。

在进行PIP工艺时，需要将被处理零件放入一系列高温、并有腐蚀性气体挥发的炉槽中处理，目前零件的转运是工作人员通过传统的行车来操作，由于作业环境温度高且有腐蚀性的气体挥发，长期处在这种环境中会对人体产生一定的危害。

转运零件时，将零件置于转运夹具上，而转运夹具的重量较大，尤其是对于某些大型零件，转运夹具的重量甚至可达几千公斤。目前通过传统行车采用吊钩来吊装转运夹具，通过人眼判断转运夹具在炉槽中就位就可能存在误差，也就是说转运夹具可能并未真正就位，所以当吊钩与转运夹具脱离时，转运夹具可能会对炉槽产生冲击，对炉槽的安全使用造成影响。零件处理好后转运时也对地面可能产生冲击。

另外转运零件时，从一个炉槽转运到下一个炉槽中必须在很短的时间内完成，这就要求行车的行走速度很快，一方面转运夹具的重量大，在转运过程中的惯性大，且吊钩连接于钢丝绳的下端，吊钩钩住转运夹具行走，在行车行走过程中转运夹具会产生较大的摇晃。而炉槽壁与转运夹具之间的空隙很小，所以转运夹具在就位时很容易撞击到炉槽壁对其造成损伤，影响炉槽的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种既能避免零件转运过程中出现摇晃，又能自动避免转运夹具对炉槽或者地面产生冲击的自动抓具装置。

本发明提供的这种自动抓具装置，包括抓具总成和连接于其上的安全装置。抓具总成包括矩形座、抓具和动力装置；抓具包括对称铰接于矩形座一对侧的两组抓爪组件，每组抓爪组件包括两个抓爪，四个抓爪于矩形座的四个角部对称布置；动力装置为可伸缩型装置，其一端铰接于矩形座上，另一端铰接于抓爪组件上，通过动力装置的伸缩运动实现抓爪组件的开合。安全装置包括上调节座、下调节座、拉力传感器、板销和弹性限位组件；上调节座包括顶板和连接于其下侧的上盒套，下调节座包括底板和连接于其上侧的下盒套，下盒套套于上盒套外壁；下盒套的下部连接有横贯上盒套的板销，板销的长度方向中心面上设置有沿竖直方向的矩形孔；拉力传感器位于上盒套中，上端连接于上盒套的顶板上，下端连接有吊座，吊座的下端连接有穿过板销上矩形孔的水平销轴；上盒套和下盒套可上下相对移动，使水平销轴可沿板销上的矩形孔上下移动，上盒套和下盒套之间连接沿竖向布置的弹性限位组件。下调节座的底板固定于矩形座中间位置处的安装板上。

所述抓爪组件包括上横梁和垂直连接于其两端的两竖梁，两竖梁的下端分别连接所述抓爪，抓爪的形状为L型，两竖梁之间有人字形连接梁；两上横梁的一端反对称伸出于竖梁外。

所述矩形座为框架座，其一对侧梁的外侧对称焊接有两组四个抓具铰接座，所述抓爪组件的竖梁中部分别通过销轴与各抓具铰接座铰接为一体，竖梁可绕销轴转动；所述动力装置有两套，反对称布置于矩形座的另一对侧，动力装置的一端与所述上横梁的伸出段铰接、另一端与矩形座的侧梁铰接，上横梁的伸出段端部上侧焊接有上铰接耳座，矩形座的侧梁外侧焊接有下铰接耳座。

所述拉力传感器为方S形拉力传感器，其两端分别有连接螺孔。

所述上盒套和下盒套均为矩形套，上盒套的下端和下盒套的上端均为开口端；所述拉力传感器位于两盒套的竖向中心面上。

所述板销的一端垂直连接有端板，下盒套的一对侧壁下部设置有与板销尺寸相应的安装孔，侧壁外侧对应安装孔处均设置有连接板，连接板上设置相应的安装孔，板销的一端插入其中一侧壁上的安装孔中，另一端通过连接板及螺栓紧固；上盒套侧壁对应所述板销的穿过处设置有尺寸大于板销尺寸的矩形孔。

所述下盒套的一对侧壁上部连接有导向块，导向块的外端连接有安装板，安装板与下盒套侧壁的连接板通过螺栓紧固；导向块的内端穿过所述上盒套的相应侧壁，上盒套的侧壁上设置有尺寸大于导向块尺寸的竖向矩形孔。

所述弹性限位组件包括固定于所述下调节座底板上的圆管和套于圆管外壁的压簧，压簧的原始长度等于所述上调节座顶板和下调节座底板之间的最大距离，圆管的长度不大于下盒套的长度。

所述吊座包括固定座和活动座，固定座和活动座均为双耳板座，固定座的顶板连接于所述拉力传感器的下端，两耳板之间的下部连接有铰接轴，活动座的上端通过铰接孔挂于固定座耳板下部的铰接轴上，所述水平销轴连接于活动座下部的两耳板之间。

本发明还提供了一种桁架机器人，本机器人包括上述自动抓具装置及连接于自动抓具装置上端的刚性提升机构。

本自动抓具装置通过两对四个刚性抓爪来稳定夹持转运夹具，自动抓具装置的上端还连接有刚性提升机构。避免了现有技术通过钢丝绳及吊钩吊运转运夹具时存在摇晃的缺陷，转运夹具在炉槽中就位时，不会对炉槽壁产生撞击。

自动抓具装置在提升与下降的工作过程中，控制系统通过拉力传感器是否处于受拉状态来判断转运夹具是否在炉槽中就位或者已经着地。当拉力传感器处于受拉状态时，控制系统判断抓具装置处于提升工作状态，也就是说零件处于转运过程中；当拉力传感器处于非受拉状态时，控制系统判断转运夹具已经在炉槽中就位或者着地，同时控制抓具装置停止继续下降。由于夹具就位或者着地是控制系统通过拉力传感器的受力状态来自动判断，所以一方面能保证转运夹具已经真正就位或者着地，可避免现有技术可能对炉槽或者地面产生冲击的缺陷，另一方面操作人员只需在控制中心进行按钮操作，无需进入零件处理现场，可避免对身体产生危害。弹性限位组件的设置使上盒套与下盒套处于上限位，并有一定的预紧力，这样抓具装置在没有抓取重物时不会产生摆动，使拉力传感器免受侧向力的影响。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1中的C-C示意图。

图3为图1的俯视示意图。

图4为本实施例的轴侧结构示意图（图中隐藏了安全装置上盒套和下盒套的各两块侧板）。

图5为图1中安全装置的放大结构示意图。

图6为图5中的A-A示意图。

图7为图5中的B-B示意图。

图8为图5中上调节座的放大结构示意图。

图9为图8的侧视示意图。

图10为图5中下调节座的放大结构示意图。

图11为图10的侧视示意图。

具体实施方式

结合图1至图4可以看出，本实施例公开的这种自动抓具装置，包括抓具总成1和连接于其上的安全装置2。

抓具总成1包括矩形座11、抓具12和动力装置13。

矩形座11为框架座。抓具12包括对称铰接于矩形座11一对侧的两组抓爪组件121。每组抓爪组件121包括两个抓爪，四个抓爪于矩形座11的四个角部对称布置。动力装置13为可伸缩型装置。

抓爪组件121包括上横梁1211和垂直连接于其两端的两竖梁1212，两竖梁的下端分别连接抓爪1213，抓爪的形状为L型，两竖梁之间有人字形连接梁1214。上横梁1211的一端反对称伸出于竖梁1212外。

矩形座11一对侧梁的外侧对称焊接有两组四个抓具铰接座111，抓爪组件121的竖梁1212中部分别通过销轴与各抓具铰接座111铰接为一体，竖梁1212可绕销轴转动。

本实施例的动力装置13采用一对电缸，两电缸反对称布置于矩形座11的另一对侧。电缸的一端与上横梁的伸出段铰接、另一端与矩形座的侧梁铰接。上横梁的伸出段端部上侧焊接有上铰接耳座112，矩形座的侧梁外侧焊接有下铰接耳座113。通过电缸的伸缩运动实现两对抓爪组件121的开合。

结合图5至图7可以看出，安全装置2包括上调节座21、下调节座22、拉力传感器23、板销24、压簧25、圆管26、固定座27、活动座28、导向块29、水平销轴210。

结合图5、图6、图8和图9可以看出，上调节座21包括顶板211和焊接于其下侧的上盒套212。顶板211为矩形板，上盒套212为矩形开口套。

结合图5、图6、图8和图9可以看出，下调节座22包括底板221和焊接于其上侧的下盒套222。底板221为矩形板，下盒套222为矩形开口套。

结合图1、图2可以看出，矩形座的内腔中有关于其长度方向中心面对称的两根连接梁114，两连接梁114的上侧焊接有矩形板115。下调节座22的底板221通过螺栓安装于矩形板115上。

结合图5、图6、图10和图11可以看出，下盒套222套于上盒套212的外壁。下盒套222的下部连接有横贯上盒套212的板销24，板销24的长度方向中心面上设置有沿竖直方向的矩形孔241。

从图6可以看出，本实施例的拉力传感器23采用方S形拉力传感器，其两端分别有连接螺孔。拉力传感器23位于上盒套212中的竖向中心面上，其上端通过螺栓连接于上盒套212的顶板211上，下端通过螺栓连接固定座27，固定座27的下端连接活动座28。固定座27和活动座28均为双耳板座。固定座27的顶板连接于拉力传感器23的下端，两耳板之间的下部连接有铰接轴。活动座28的上端通过铰接孔挂于固定座27耳板下部的铰接轴上，活动座28下部的两耳板之间的下部连接有水平销轴210。水平销轴210穿过板销24上的矩形孔241，矩形孔241的长度大于水平销轴210的直径。

拉力传感器23位于上盒套212中的竖向中心面上，使拉力传感器受力均衡，既可防止偏载，又可节省结构空间，使得结构紧凑，外形美观。

拉力传感器23的上端固定连接，下端活动连接，固定座27与活动座28之间采用铰接轴连接，活动座28与板销24间通过与铰接轴垂直布置的水平销轴210连接，这样的结构既可以消除水平面内的横向受力，也可以消除水平面内的纵向受力，使得拉力传感器只受到竖直方向的力，可以避免受到横向载荷影响，从而避免拉力传感器受到信号干扰。

本实施例在下盒套222的一对侧壁设置尺寸与板销24高度匹配的矩形孔，在下盒套22的两侧壁外侧均焊接安装板，在安装板上设置相同的矩形孔。板销24的一端垂直焊接端板，板销24的无端板端从下盒套一对侧壁上的矩形孔中穿过，另一端通过端板与下盒套侧壁的安装板通过螺栓紧固。

在下盒套222的一对侧壁均设置安装板，以使板销24的固定方向更灵活。上盒套212的两侧壁对应板销24的穿过处设置有尺寸大于板销24高度尺寸的矩形孔，以使上盒套212可上下移动。板销24作为上盒套212上下移动的下部导向件。

下盒套222的一对侧壁上部对称连接导向块29，导向块29的外端连接有安装板，安装板与下盒套222侧壁的连接板通过螺栓紧固。导向块29的内端穿过上盒套212的相应侧壁，上盒套212的侧壁上设置尺寸大于导向块29尺寸的矩形孔，给上盒套212的上下移动提供上部导向。优选导向块29以垂直于板销24的方位设置，这样使上盒套212的上下移动更稳定。

上盒套212套在下盒套222中，使上、下盒套只能上下移动，即可以避免拉力传感器受到横向载荷的影响。

本实施例在下调节座22底板上的一对角设置两根圆管26，在圆管26上套上压簧25形成竖向的弹性限位组件。初始状态时，压簧25的两端分别固定于下调节座22的底板和上调节座21的顶板之间，圆管26的长度小于压簧25的长度，且圆管26的长度最多与下盒套222的上端平齐。弹性限位组件使得上盒套212在正常状态下始终处于上极限位置，下盒套222可以有足够的下行空间。

本安全装置的上调节座与下调节座通过拉力传感器、吊座、板销和水平销轴连接起来，板销的长度方向中心面上设置有矩形孔，吊座的下端连接有穿过板销上矩形孔的水平销轴，使水平销轴可在板销上的矩形孔中上下移动，上盒套侧壁的矩形孔，长度大于板销的高度，从而实现上盒套在下盒套中上下滑动，并且还能在连接拉力传感器和上调节座的螺栓意外断裂时，确保上盒套不会从下盒套中脱离出来，起到很好的保护作用。上盒套和下盒套之间连接沿竖向布置的弹性限位组件，使得上盒套与下盒套处于上限位，并有一定的预紧力，这样抓具装置在没有抓取重物的时候不会运行惯性力而产生摆动，拉力传感器不会受到侧向力的影响。

本自动抓具装置用于桁架机器人时，在安全装置上调节座顶板的上端连接刚性提升机构。

本自动抓具装置通过两对四个刚性抓爪来稳定夹持转运夹具，自动抓具装置的上端还连接有刚性提升机构。避免了现有技术通过钢丝绳及吊钩吊运转运夹具时存在摇晃的缺陷，转运夹具在炉槽中就位时，不会对炉槽壁产生撞击。

自动抓具装置夹持载有零件的转运夹具提升时，拉力传感器受拉，拉力传感器输出的电流信号给控制系统判断为提升状态，当转运夹具着地时，拉力传感器不受力，没有电流信号输出，此时控制系统没有接收到拉力传感器的电流信号，判定为转运夹具已经在炉槽中就位或已经着地。如果出现异常情况抓具装置继续下降，此时弹性限位组件的弹簧被压缩，上盒套在下盒套中向下滑动，直到水平销轴在板销的矩形孔中滑动到下限位的过程中，传感器都不受力，控制系统会提示，如果此时操作人员没能人工干预紧急停止，夹具还在继续下降，此时拉力传感器受压，拉力传感器发出不同的电流信号，控制系统在报警的同时，会锁住抓具装置上端的提升机构，使得抓具装置停止下降，从而很好的保护提升机构避免其受到损坏。