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機器人夾具的工作原理及工作方案

供稿:公號三0智工 2020/5/21 10:50:04

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  • 關鍵詞: 機器人夾具
  • 摘要:協作機器人的“能干”離不開其末端一系列智能工具,尤其是在搬運分揀等應用中,更是離不開夾具。

協作機器人的“能干”離不開其末端一系列智能工具,尤其是在搬運分揀等應用中,更是離不開夾具。目前國際知名的夾具品牌包括ATI,On Robot,JRT,歐地希、史陶比爾等,國內也有不少先進的夾具品牌,比如宇邦工業、北京軟體等。



在大批量生產中, 為了縮短裝夾工件的輔助時間, 往往采用裝夾時間與產品加工時間重合的雙工位高效夾具。因此, 如何設計出一種氣壓傳動的雙工位高效夾具,是許多夾具設計人員經常面臨的問題。下面就來介紹一種雙工位氣動夾具,


圖1 夾具原理圖


圖1是夾具的工作原理圖,其設計創意在于氣缸活塞桿輸出兩端滾柱鉸鏈采用對稱設計,鉸鏈連接 L形杠桿的設計實現夾緊力的放大。閥芯處于圖(a)所示左位狀態,壓縮空氣進入氣缸左氣腔,推動氣缸活塞向右運動;右工位活塞桿則通過右邊的滾柱鉸鏈杠桿增力機構,對右工位的工件進行夾緊。此時左工位活塞桿拉動增力機構,使得左工位松開進行裝卸。



當右邊工件的加工過程完成后,其閥芯切換至圖(b)所示右位工作狀態,壓縮空氣進入右氣腔,推動氣缸活塞向左運動,左工位被夾緊。



左右兩個工位如此循環交替工作, 巧妙使用了空行程, 由于工件的加工時間與裝卸時間部分重合, 節約了裝卸時間, 因而大幅度提高了生產效率。此設計僅采用一個驅動氣缸,就能實現兩個工位工件的順序夾緊,工件的切削加工時間與裝卸時間重合,同時夾緊單元平穩運動,最終得到最大的夾緊力,符合一般夾具對夾緊元件運動速度特性與夾緊力特性的要求。


四種方案


解決單氣缸驅動雙工位夾具同時夾緊非等高工件


采用“一個氣缸一個工位”的原則所設計的傳統雙工位夾具具有結構不緊湊等缺點。為此設計了一種單缸驅動雙工位夾具(圖2),基本原理為: 當換向閥處于左位時,壓縮空氣進入氣缸無桿腔,使活塞向下運動,帶動鉸桿-杠桿增力機構發生角度-長度效應。


圖2 固定式的鉸桿-杠桿增力雙工位氣動夾具


方案一


鉸接式氣缸的雙工位氣動夾具


圖3 鉸接式氣缸的雙工位氣動夾具


將固定式氣缸變為鉸接式氣缸,工作原理為: 當換向閥處于圖3左位時,壓縮空氣進入無桿氣缸腔,推動活塞向下運動,由鉸桿-杠桿組成的機構實現了力的二次增大?;钊蛳逻\動,當左邊工件被夾緊后,鉸接式氣缸發生擺動,帶動活塞一同擺動,通過活塞與鉸桿-杠桿的復合運動使右邊工件被夾緊,從而實現同時夾緊不等高工件。待工件加工完畢后,換向閥切換至右位工作,壓縮空氣進入氣缸有桿腔,活塞向上運動,使夾緊元件松開工件。


方案二


鉸接式活塞桿的雙工位氣動夾具



圖4 鉸接式活塞桿的雙工位氣動夾具


利用鉸接式活塞桿的方法實現雙點浮動夾緊工件?;钊麠U的質量小于氣缸的質量,活塞桿擺動時的慣性低于氣缸,噪聲有所降低,但慣性沖擊和噪聲依然存在。圖4的工作原理與圖2相似,不同之處在于: 當左邊工件被夾緊后,活塞桿發生擺動,利用鉸桿-杠桿的復合運動實現右邊工件的夾緊?;钊麠U為單作用運動,一般采用外力松開工件,在圖4中彈簧的彈性能恢復推動活塞向上運動,使夾緊元件松開工件。


方案三


浮動式滑塊的雙工位氣動夾具 


圖5 浮動式滑塊的雙工位氣動夾具


在活塞桿中放置浮動滑塊構成雙點浮動夾緊氣動夾具。如圖5所示,壓縮空氣進入無桿氣缸腔,推動活塞向下運動,當左邊工件被夾緊后浮動滑塊向右移動,通過鉸桿-杠桿之間的復合運動實現右邊工件的夾緊。與圖3和4相比: 系統的結構剛性有所提高,慣性沖擊和噪聲較少;同時浮動滑塊與滑槽之間的摩擦較大,浮動滑塊對制造和安裝的要求較高。

方案四


浮動式滾輪的雙工位氣動夾具



圖6 浮動式滾輪的雙工位氣動夾具


為改善摩擦采用高副滾輪代替低副滑塊。其工作原理為: 在滑槽內放置一滾子,兩邊的鉸桿鉸接于滾子中心。如圖 6所示,換向閥處于左位時,壓縮空氣進入無桿氣缸腔推動活塞向下運動,當左邊工件被夾緊后,浮動滾輪向右移動,通過鉸桿-杠桿的復合運動實現右邊工件的夾緊。工件加工完畢,換向閥切換至右位工作,壓縮空氣進入氣缸有桿腔,活塞向上運動,夾緊元件松開工件。


結語


單氣缸雙工位的氣動夾具最大的利用了機床的運動能力,工件的切削以及裝夾時間重合,節能同時效率提高。針對不能夾緊非等高工件的特點也可以使用上述四種方案來解決,4種解決方法均是解決自由度不足的問題,通過增加一個自由度,從而實現雙點浮動夾緊工件。

審核編輯(王靜)
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