专利名称：一种绕线轮自动夹持装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种绕线轮自动夹持装置及方法，属于机械生产自动化技术领域。
背景技术：
生产企业中物料搬运量大且所需费用高，占产品成本高达25%左右，物料搬运占用劳动力多，在机械化程度不高的企业里，搬运工人常占工人总数的15%以上，在人工搬运无法胜任的重物、高温或有放射性物质环境下，必须利用机械进行搬运，以减轻劳动强度、 减少产品损伤、保护工人健康、提高劳动生产率和产品质量、降低生产成本，开发物料搬运的机械搬运装置在实际生产中有着重要的意义。钢丝绳绕线轮自动搬运装置是钢丝绳生产设备自动化的重要组成部分，但是目前在我国很多钢丝绳生产工厂中，绕线轮工件搬运不是靠自动化的机械进行搬运，而是通过人工搬运的方式将绕线轮放置于编绳机的工位上，整个过程不仅效率低，劳动者工作强度大，而且生产过程中各项安全得不到保障，为此，在原有设备的基础上进行产业升级，开发自动化的搬运机械手设备成为了当前的重要任务之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有钢丝绳生产中利用人工搬运方式放置绕线轮所产生的一系列问题，提供一种用于实际生产中的自动化搬运装置，提出一种绕线轮自动夹持装置及方法。本发明是通过以下技术方案实现的。本发明的一种绕线轮自动夹持装置，包括夹持机构、开锁机构和箱体三部分，其外围设备为待夹持的绕线轮、轮轴和安全锁，其中绕线轮两端圆形结构的外缘向外侧延伸用于与夹持机构配合实现固定，绕线轮的轮轴通过安全锁的压制作用而锁住，安全锁为直角状装置，也即两个边成90度，其中水平方向一边用以压住绕线轮的轮轴，竖直方向一边在外力作用下可以带动安全锁在水平方向左右运动，在运动过程中当水平方向一边离开绕线轮后即解锁；其中箱体是由四块方形金属板固定连接围成的一个无盖、无底的长方体结构，用于固定夹持机构和开锁机构中的非运动部件；夹持机构由左定位卡爪、右定位卡爪、第一直线轴承1、第二直线轴承2、第三直线轴承3、第四直线轴承4、第一光轴导轨1、第二光轴导轨2、第一自锁气缸1、第二自锁气缸2、第一气缸支撑架1、第二气缸支撑架2构成；开锁机构由第一开锁套管1、第二开锁套管2、第三开锁用气缸3、第四开锁用气缸4、第一移动滑块 1、第二移动滑块2、第三光轴导轨3、第四光轴导轨4、第五直线轴承5、第六直线轴承6、第一弹簧1、第二弹簧2、第一光轴固定座1、第二光轴固定座2、第三光轴固定座3、第四光轴固定座4和横梁构成；上述夹持机构中各部件连接关系以及对外连接关系为左定位卡爪和右定位卡爪的下部用于夹持的部分均为厚度为8-20mm的、弧面向上的圆弧形，其上表面与绕线轮两端
4圆形结构的外缘向外侧的延伸部分配合实现夹持；左定位卡爪和右定位卡爪上均有2个导向孔且每个导向孔均中分别固定安装有第一直线轴承1、第二直线轴承2、第三直线轴承3 和第四直线轴承4，第一光轴导轨1和第二光轴导轨2穿过左定位卡爪和右定位卡爪的导向孔中的直线轴承并固定于箱体上，第一直线轴承1、第二直线轴承2、第三直线轴承3和第四直线轴承4安装在第一光轴导轨1和第二光轴导轨2上形成滑动副，直线轴承与光轴导轨配合对卡爪进行导向和支撑以保证卡爪移动平稳和准确；右定位卡爪和左定位卡爪分别与第一自锁气缸1和第二自锁气缸2的活塞杆固定连接，第一自锁气缸1和第二自锁气缸 2分别固定在第一气缸支撑架1和第二气缸支撑架2上，可实现气缸在任意位置的自锁，且保证断气后夹持位置不变，第一气缸支撑架1和第二气缸支撑架2固定安装于箱体上；右定位卡爪和左定位卡爪分别在第一自锁气缸1和第二自锁气缸2的推动下，可沿着第一光轴导轨1和第二光轴导轨2左右直线滑动，实现绕线轮的夹紧和松开；上述开锁机构中各部件连接关系以及对外连接关系为第一光轴固定座1、第二光轴固定座2、第三光轴固定座3和第四光轴固定座4固定安装于箱体上，第三光轴导轨3 通过第一光轴固定座1和第二光轴固定座2的定位孔固定，第四光轴导轨4通过第三光轴固定座3和第四光轴固定座4的定位孔固定，第三光轴导轨3和第四光轴导轨4上分别装有第五直线轴承5和第六直线轴承6以及分别和第五直线轴承5和第六直线轴承6联结的第一移动滑块1和第二移动滑块2，第三开锁用气缸3和第四开锁用气缸4分别与第一移动滑块1和第二移动滑块2固定连接，第一弹簧1安装于第一光轴固定座1与第一移动滑块1 之间并套在第三光轴导轨3上，第二弹簧2安装于第二光轴固定座2与第二移动滑块2之间并套在第四光轴导轨4上，开锁套管为竖直方向的套管且在工作过程中可以套住安全锁的竖直方向一边，开锁套管中均带有接触开关，第一开锁套管1和第二开锁套管2分别与第三开锁用气缸3和第四开锁用气缸4的活塞相连并在气缸活塞的推动下沿水平方向运动以实现开锁功能，第一开锁套管1和第二开锁套管2通过横梁连接；上述定位卡爪磨损后可以更换；本发明的一种绕线轮自动夹持装置，其实现自动夹持功能的方法为1)在向现场的编绳机中装入缠满钢丝的绕线轮时，其步骤为1. 1首先控制箱体运动至放置缠满钢丝的绕线轮料架位置，由夹持机构中的气缸控制两个定位卡爪夹紧绕线轮，并控制箱体移动使绕线轮位于编绳机的正上方；1. 2控制箱体带动左、右定位卡爪作竖直向下运动，安全锁的竖直方向一边逐渐进入到开锁机构的开锁套管中，当安全锁碰触到开锁套管的接触开关后控制箱体带动左、右定位卡爪停止下移；1. 3由开锁机构中气缸推动对应的开锁套管作水平方向延伸，打开安全锁；1.4将绕线轮的轮轴放入轴座，并控制箱体带动左、右定位卡爪继续作竖直向下运动，此时开锁机构的第三开锁用气缸3、第四开锁用气缸4、第一移动滑块1、第二移动滑块 2与设备相对静止，也即在竖直方向保持不动，导致开锁机构的弹簧受到压缩并使夹持机构沿第三光轴导轨3和第四光轴导轨4运动；1.5当绕线轮入位后，控制箱体带动左、右定位卡爪上移，当开锁套管内的接触开关离开安全锁后，控制箱体带动左、右定位卡爪停止上移，开锁机构的开锁用气缸带动开锁套管在水平方向收缩，关闭安全锁；
1. 6，控制箱体带动左、右定位卡爪继续上移，完成绕线轮的安装。2)当绕线轮为空，需要从现场的编绳机中卸载时，其步骤为2. 1由自锁气缸控制左、右定位卡爪保持松开状态，并控制箱体移动使绕线轮位于绕线轮的正上方；2. 2控制箱体带动左、右定位卡爪作竖直向下运动，安全锁的竖直方向一边逐渐进入到开锁机构的开锁套管中，当安全锁碰触到开锁套管的接触开关后控制箱体带动左、右定位卡爪停止下移；2. 3由开锁机构中气缸推动对应的开锁套管作水平方向延伸，打开安全锁；2. 4控制箱体带动左、右定位卡爪作竖直向下运动，当左、右定位卡爪位于夹持绕线轮工位时将绕线轮夹紧，并停止向下运动；2. 5控制箱体带动左、右定位卡爪作竖直向上运动，使绕线轮脱离工位，当开锁套管内的接触开关离开安全锁后，并由开锁机构中气缸推动对应的开锁套管作水平方向收缩，关闭安全锁；2. 6控制箱体带动左、右定位卡爪继续上移，并将绕线轮放置于料架位置，完成位于编绳机中空绕线轮的装卸。有益效果本发明通过自锁气缸直接带动卡爪，利用工件与定位卡爪的圆弧形紧密配合，即可实现有效、可靠的夹持工件，在夹持的同时也可以通过开锁机构对安全锁进行操作，具有结构简单、环保经济、使用方便可靠等优点，在实际生产中可以代替人工搬运工件，满足工厂生产需要，具有良好的经济价值和社会效益。
图1为本发明中自动夹持装置整体装配图；图2为本发明中夹持机构夹持绕线轮的三维示意图；图2中，1为绕线轮，2为第一光轴导轨1，3为第二光轴导轨2，4为第一直线轴承 1，5为第二直线轴承2，6为右定位卡爪，7为第一自锁气缸1，8为第一气缸支撑架1，9为第二自锁气缸2，10为第二气缸支撑架2，11为左定位卡爪，12为第三直线轴承3，13为第四直线轴承4 ；图3为本发明中左定位卡爪三维示意图；图4为本发明中右定位卡爪三维示意图；图5为本发明中开锁机构正面的三维示意图；图5中，14为横梁，15为第一光轴固定座1，16为第三开锁用气缸3，17为第一移动滑块1，18为第五直线轴承5，19为第三光轴导轨3，20为第一弹簧1，21为第二光轴固定座2，22为为第三光轴固定座3，23为第二弹簧2，24为第四光轴导轨4，25为第六直线轴承 6，26为第二移动滑块2，27为第四开锁用气缸4，28为第四光轴固定座4 ；图6为本发明中开锁机构侧面的三维示意图；图6中，29为第一开锁套管1，30为第二开锁套管2 ；图7为开锁机构的开锁原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。一种绕线轮自动夹持装置，包括夹持机构、开锁机构和箱体三部分，其整体装配图如图1所示，其外围设备为待夹持的绕线轮、轮轴和安全锁，其中绕线轮两端圆形结构的外缘向外侧延伸用于与夹持机构配合实现固定，绕线轮的轮轴通过安全锁的压制作用而锁住，安全锁为直角状装置，也即两个边成90度，其中水平方向一边用以压住绕线轮的轮轴， 竖直方向一边在外力作用下可以带动安全锁在水平方向左右运动，在运动过程中当水平方向一边离开绕线轮后即解锁；其中箱体是由四块方形金属板固定连接围成的一个无盖、无底的长方体结构，用于固定夹持机构和开锁机构中的非运动部件；夹持机构由左定位卡爪、右定位卡爪、第一直线轴承1、第二直线轴承2、第三直线轴承3、第四直线轴承4、第一光轴导轨1、第二光轴导轨2、第一自锁气缸1、第二自锁气缸2、第一气缸支撑架1、第二气缸支撑架2构成，夹持机构夹持绕线轮的三维示意图如图2所示；开锁机构由第一开锁套管1、第二开锁套管2、第三开锁用气缸3、第四开锁用气缸4、第一移动滑块1、第二移动滑块2、第三光轴导轨3、第四光轴导轨4、第五直线轴承5、第六直线轴承6、第一弹簧1、第二弹簧2、第一光轴固定座1、第二光轴固定座2、第三光轴固定座3、第四光轴固定座4和横梁构成，开锁机构的正面和侧面的三维示意图分别如图5和图6所示，开锁机构的开锁原理示意图如图7所示，图7中，开锁机构可实现上下运动，当向下运动到开锁套管与安全锁接触时，开锁机构向下运动停止， 开锁气缸将安全锁打开，开锁机构与安全锁成为一体，安全锁打开后当继续向下运动时刻通过压缩弹簧实现自动夹持机构继续下移。实施例1以从编绳机上卸载线轮为例。当自动夹持装置位于编绳机工位正上方时，并向下移动到工件开锁位置后，自动夹持装置停止运动，开锁机构打开安全锁，安全锁打开后，装置继续下移，夹持机构将编绳机中的线轮抓取，并向上移动到线轮轴脱离安全锁范围，安全锁在线轮轴完全脱离后被开锁机构关闭，自动装置向上移动，配合机械手其他部分将空线轮搬运到料架位置，而后夹持结构松开，完成卸载空绕线轮工序。实施例2以往编绳机装绕线轮为例。当自动夹持装置运动到放置缠满钢丝的绕线轮料架位置时，夹持机构将其抓取，而后配合机械手其他部分运动到编绳机正上方后向下运动，到达开锁位置时，自动夹持装置停止运动，等开锁机构打开安全锁后，装置继续向下运动直到将绕线轮放置于工位后，夹持机构松开。然后装置向上运动，开锁机构将安全锁关闭，整个装置运动行程最高点后，完成装载满绕线轮工序。以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种绕线轮自动夹持装置，其外围设备为待夹持的绕线轮、轮轴和安全锁，其中绕线轮两端圆形结构的外缘向外侧延伸用于与夹持机构配合实现固定，绕线轮的轮轴通过安全锁的压制作用而锁住，安全锁为直角状装置，也即两个边成90度，其中水平方向一边用以压住绕线轮的轮轴，竖直方向一边在外力作用下可以带动安全锁在水平方向左右运动，在运动过程中当水平方向一边离开绕线轮后即解锁，其特征在于自动夹持装置包括夹持机构、开锁机构和箱体三部分，其中箱体是由四块方形金属板固定连接围成的一个无盖、无底的长方体结构，用于固定夹持机构和开锁机构中的非运动部件；夹持机构由左定位卡爪、右定位卡爪、第一直线轴承(1)、第二直线轴承(2)、第三直线轴承(3)、第四直线轴承(4)、第一光轴导轨(1)、第二光轴导轨(2)、第一自锁气缸(1)、 第二自锁气缸(2)、第一气缸支撑架(1)、第二气缸支撑架(2)构成；开锁机构由第一开锁套管(1)、第二开锁套管(2)、第三开锁用气缸(3)、第四开锁用气缸(4)、第一移动滑块(1)、 第二移动滑块(2)、第三光轴导轨(3)、第四光轴导轨(4)、第五直线轴承(5)、第六直线轴承 (6)、第一弹簧(1)、第二弹簧(2)、第一光轴固定座(1)、第二光轴固定座(2)、第三光轴固定座(3)、第四光轴固定座(4)和横梁构成；上述夹持机构中各部件连接关系以及对外连接关系为左定位卡爪和右定位卡爪上均有2个导向孔且每个导向孔均中分别固定安装有第一直线轴承(1)、第二直线轴承(2)、第三直线轴承(3)和第四直线轴承(4)，第一光轴导轨(1)和第二光轴导轨(2)穿过左定位卡爪和右定位卡爪的导向孔中的直线轴承并固定于箱体上，第一直线轴承(1)、第二直线轴承 (2)、第三直线轴承(3)和第四直线轴承(4)安装在第一光轴导轨(1)和第二光轴导轨(2) 上形成滑动副，直线轴承与光轴导轨配合对卡爪进行导向和支撑；右定位卡爪和左定位卡爪分别与第一自锁气缸(1)和第二自锁气缸(2)的活塞杆固定连接，第一自锁气缸(1)和第二自锁气缸(2)分别固定在第一气缸支撑架(1)和第二气缸支撑架(2)上，实现气缸在任意位置的自锁，第一气缸支撑架(1)和第二气缸支撑架(2)固定安装于箱体上；右定位卡爪和左定位卡爪分别在第一自锁气缸(1)和第二自锁气缸(2)的推动下，可沿着第一光轴导轨(1)和第二光轴导轨(2)左右直线滑动，实现绕线轮的夹紧和松开；上述开锁机构中各部件连接关系以及对外连接关系为第一光轴固定座(1)、第二光轴固定座(2)、第三光轴固定座(3)和第四光轴固定座(4)固定安装于箱体上，第三光轴导轨(3)通过第一光轴固定座(1)和第二光轴固定座(2)的定位孔固定，第四光轴导轨(4) 通过第三光轴固定座(3)和第四光轴固定座(4)的定位孔固定，第三光轴导轨(3)和第四光轴导轨(4)上分别装有第五直线轴承(5)和第六直线轴承(6)以及分别和第五直线轴承(5)和第六直线轴承(6)联结的第一移动滑块(1)和第二移动滑块(2)，第三开锁用气缸(3)和第四开锁用气缸(4)分别与第一移动滑块(1)和第二移动滑块(2)固定连接，第一弹簧(1)安装于第一光轴固定座(1)与第一移动滑块(1)之间并套在第三光轴导轨(3) 上，第二弹簧(2)安装于第二光轴固定座(2)与第二移动滑块(2)之间并套在第四光轴导轨(4)上，开锁套管为竖直方向的套管且在工作过程中可以套住安全锁的竖直方向一边， 开锁套管中均带有接触开关，第一开锁套管(1)和第二开锁套管(2)分别与第三开锁用气缸(3)和第四开锁用气缸(4)的活塞相连并在气缸活塞的推动下沿水平方向运动以实现开锁功能，第一开锁套管(1)和第二开锁套管(2)通过横梁连接。
2.根据权利要求1所述的一种绕线轮自动夹持装置，其特征在于左定位卡爪和右定位卡爪的下部用于夹持的部分均为弧面向上的圆弧形，所述圆弧形上表面与绕线轮两端圆形结构的外缘向外侧的延伸部分配合实现夹持。
3.根据权利要求2所述的一种绕线轮自动夹持装置，其特征在于所述左定位卡爪和右定位卡爪的下部圆弧形的厚度为8-20mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种绕线轮自动夹持装置，其特征在于其实现自动夹持功能的方法为、1)在向现场的编绳机中装入缠满钢丝的绕线轮时，其步骤为、1. 1首先控制箱体运动至放置缠满钢丝的绕线轮料架位置，由夹持机构中的气缸控制两个定位卡爪夹紧绕线轮，并控制箱体移动使绕线轮位于编绳机的正上方；、1.2控制箱体带动左、右定位卡爪作竖直向下运动，安全锁的竖直方向一边逐渐进入到开锁机构的开锁套管中，当安全锁碰触到开锁套管的接触开关后控制箱体带动左、右定位卡爪停止下移；、1. 3由开锁机构中气缸推动对应的开锁套管作水平方向延伸，打开安全锁；、1. 4将绕线轮的轮轴放入轴座，并控制箱体带动左、右定位卡爪继续作竖直向下运动， 此时开锁机构的第三开锁用气缸(3)、第四开锁用气缸(4)、第一移动滑块(1)、第二移动滑块(2)与设备相对静止，也即在竖直方向保持不动，导致开锁机构的弹簧受到压缩并使夹持机构沿第三光轴导轨(3)和第四光轴导轨(4)运动；、1.5当绕线轮入位后，控制箱体带动左、右定位卡爪上移，当开锁套管内的接触开关离开安全锁后，控制箱体带动左、右定位卡爪停止上移，开锁机构的开锁用气缸带动开锁套管在水平方向收缩，关闭安全锁；、1.6，控制箱体带动左、右定位卡爪继续上移，完成绕线轮的安装；、2、)当绕线轮为空，需要从现场的编绳机中卸载时，其步骤为、、2.1由自锁气缸控制左、右定位卡爪保持松开状态，并控制箱体移动使绕线轮位于绕线轮的正上方；、2. 2控制箱体带动左、右定位卡爪作竖直向下运动，安全锁的竖直方向一边逐渐进入到开锁机构的开锁套管中，当安全锁碰触到开锁套管的接触开关后控制箱体带动左、右定位卡爪停止下移；、2. 3由开锁机构中气缸推动对应的开锁套管作水平方向延伸，打开安全锁；、2. 4控制箱体带动左、右定位卡爪作竖直向下运动，当左、右定位卡爪位于夹持绕线轮工位时将绕线轮夹紧，并停止向下运动；、2. 5控制箱体带动左、右定位卡爪作竖直向上运动，使绕线轮脱离工位，当开锁套管内的接触开关离开安全锁后，并由开锁机构中气缸推动对应的开锁套管作水平方向收缩，关闭安全锁；、2. 6控制箱体带动左、右定位卡爪继续上移，并将绕线轮放置于料架位置，完成位于编绳机中空绕线轮的装卸。
全文摘要
本发明涉及一种绕线轮自动夹持装置及方法，属于机械生产自动化技术领域。自动夹持装置包括夹持机构、开锁机构和箱体三部分，其中夹持机构由定位卡爪、直线轴承、光轴导轨、自锁气缸、气缸支撑架构成；开锁机构由开锁套管、开锁用气缸、移动滑块、光轴导轨、直线轴承、弹簧、光轴固定座和横梁构成。本发明通过自锁气缸直接带动卡爪，利用工件与定位卡爪的圆弧形紧密配合，即可实现有效、可靠的夹持工件，在夹持的同时也可以通过开锁机构对安全锁进行操作，具有结构简单、环保经济、使用方便可靠等优点。
文档编号B23P19/00GK102430905SQ201110249269
公开日2012年5月2日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者余志超, 刘书选, 张卫民, 张虎, 施聪, 朱健 申请人:北京理工大学