連接支撐杆的自適應夾具的製作方法

2023-05-20 12:58:27

本發明涉及機械製造領域。更具體地說，本發明涉及一種連接支撐杆的自適應夾具。

背景技術：

廣義的夾持，這裡特別是指對不規則形狀的異形體的夾持，應包括至少以下兩個方面：

一方面，是在支撐平臺上對未定位的異形工件進行裝夾，此時夾具位於支撐平臺上，常見於機械加工行業中，經常需要工裝夾具來裝夾一些不規則的異形工件，如果採用傳統夾具如平口鉗或臺虎鉗等進行裝夾，其裝夾不穩定甚至無法裝夾；如製作專用工具進行裝夾，也只能裝夾同一規格同一類型的工件，如需裝夾其它類型的異形工件，就需要另外製作工具進行裝夾，這些專用工具的製作必然導致適用範圍窄，成本極高；此時往往要通過操作手或機器人進行裝夾，經常的使用也使得能耗大成本高，而且人工夾具因其比智能機器廉價且還能應急使用、佔地小等優點而成為必備工具，因此造成使用兩種夾具解決夾持同一種工件的冗餘問題；

另一方面，是將尚未定位的動平臺固定到不規則形狀的支撐物上，此時夾具位於動平臺上，常見於野外作業、戶外探索、或不適合人工夾持等過程中，用人工夾持往往出現夾偏、夾歪或夾持不穩、甚至因距離遠不能夾持等問題，而非人工夾持則往往需要另外製作一個與動平臺大小匹配的智能夾持系統，其成本高、難度大。

技術實現要素：

本發明的一個目的是解決至少上述問題，並提供至少後面將說明的優點。

本發明還有一個目的是提供一種兼顧了人工夾持和電動夾持兩種方式、能夠滿足對不規則邊框夾持、並且能分而治之地在符合規則夾持時設為關閉自適應狀態以及在不規則夾持時設為開啟自適應狀態的連接支撐杆的自適應夾具，其屬於一種可實現「一機多用」、利於簡化夾持系統設計的裝置。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種連接支撐杆的自適應夾具，所述支撐杆垂直於被夾物體的被夾邊框，所述支撐杆靠近所述被夾邊框的一端設有銷孔，所述被夾邊框的正前方設有至少兩個相互固定連接的所述支撐杆，任意一個所述支撐杆通過其自身的所述銷孔與所述自適應夾具連接，所述自適應夾具用於夾持所述被夾邊框，所述自適應夾具包括基礎組件，所述基礎組件包括：

定位銷，其與所述銷孔匹配；以及

平鍵構件，其包括平鍵和套設所述定位銷的第二通孔；以及

支座，其通過所述定位銷和套設所述支撐杆的套筒與所述銷孔連接，其外側設置與所述平鍵匹配的第一鍵槽，所述套筒同軸連接一其外側面粗糙以用於摩擦傳動的第一摩擦環；以及

轉盤，其位於所述支座的下方，其上端的中部通過第一軸承與所述套筒同軸連接，其下端設有垂直於所述套筒的螺杆和與所述螺杆匹配的螺母，其上端的外側環向設置多個與所述平鍵匹配的第二鍵槽，所述螺母與所述轉盤固定連接；以及

框型構件，其位於所述轉盤的下方，其包括平行於所述螺杆的導軌和垂直於所述導軌且用於夾持所述被夾邊框的夾持塊，所述夾持塊通過同軸於所述螺杆的第二軸承與所述螺杆連接，所述框型構件通過所述導軌與所述轉盤滑動連接。

優選地，任意兩個所述自適應夾具之間可以通過一承載索或連接柱連接，所述支座的上端設有一用於對所述承載索或所述連接柱作上下限位的限位環。

優選地，所述第一鍵槽的上方設有用於停泊所述平鍵的停泊位。

優選地，還包括設置在所述基礎組件上、用於代替人工進行夾持的可分離組件，所述可分離組件包括：

第一齒輪，其通過第一銷軸可分離地與所述螺杆的遠離所述第二軸承的一端同軸連接；以及

壓電傳感器，其夾設在第二軸承與所述夾持塊之間，其用於測量所述夾持塊受到外界牴觸所產生的反作用力；以及

電動部，其包括向第一摩擦環傳動的第一電機和向所述第一齒輪傳動的第二電機以及承載所述第一電機和所述第二電機的電機支座，所述電機支座的中部設置穿設所述轉盤的第四通孔，所述電機支座通過第二銷軸與所述轉盤可分離地連接，所述電機支座上設置一其測量方向平行於所述螺杆的長度方向、用於測量所述轉盤的中心與所述被夾邊框的最近面之間距離的測距傳感器；

其中，所述第一電機與所述測距傳感器連接，所述第二電機與所述壓電傳感器連接。

優選地，所述第二電機通過帶動一長齒輪與所述第一齒輪嚙合傳動。

優選地，所述第一電機通過帶動一第二摩擦環與所述第一摩擦環傳動，所述第二摩擦環的外側面粗糙以用於摩擦傳動。

優選地，所述第一電機通過兩個對稱設置的第三銷軸與所述電機支座鉸接在所述第一電機的下方，所述第三銷軸垂直於所述第一摩擦環的環心與第二摩擦環的環心的連心線，所述第一電機的上方設置一平行於所述連心線的彈簧，所述彈簧具有預壓力且其兩端分別牴觸所述第一電機與所述電機支座，所述支座上設置一套設所述彈簧的限位槽。

本發明至少包括以下有益效果：本裝置採用可沿自身通孔旋轉的平鍵構件對與所述支撐杆同軸連接的轉盤實施徑向限位或不實施限位，相應地使得設置在所述轉盤上且通過螺杆調節夾持力的夾持塊既能以固定方向實施常規的夾持、也能在夾持過程中與外界牴觸時自適應地旋轉至使夾持狀態逐漸穩定的夾持方向，對於不規則邊框進行夾持，自然可通過增加所述支撐杆到合適數目並為每個所述支撐杆安裝本裝置予以夾持，本裝置還通過可分離地設置包括：用於驅動所述轉盤和驅動所述螺杆的電動部、固定連接在所述電動部上的用於測量所述轉盤的中心與所述被夾邊框的最近面之間距離的測距傳感器、以及用於測量所述夾持塊受到外界牴觸所產生的反作用力的壓電傳感器，等等用於代替人工進行夾持的可分離組件，進而使得本裝置既能人工進行夾持又能通過電驅動進行夾持，使裝置的拓展性和實用性大大增加。

本發明的其它優點、目標和特徵將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為本發明中所述基礎組件的爆炸視圖；

圖2為本發明中所述基礎組件的結構示意圖；

圖3為本發明對四邊形邊框進行夾持的示意圖；

圖4為本發明對不規則邊框進行夾持的示意圖；

圖5為本發明中所述可分離組件的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

需要說明的是，下述實施方案中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法，所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得；在本發明的描述中，術語「橫向」、「縱向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，並不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在一個實施例中，如圖1所示，本發明提供一種連接支撐杆的自適應夾具，所述支撐杆1001垂直於被夾物體的被夾邊框1002，所述支撐杆靠近所述被夾邊框的一端設有一銷孔，所述被夾邊框的正前方設有至少兩個相互固定連接的所述支撐杆，任意一個所述支撐杆通過其自身的所述銷孔與所述自適應夾具連接，所述自適應夾具用於夾持所述被夾邊框。其中，所述自適應夾具包括基礎組件，所述基礎組件包括：

定位銷1，其與所述銷孔匹配，所述自適應夾具通過所述定位銷與所述支撐杆連接；以及

平鍵構件3，其上端設有套設所述定位銷的第二通孔301，其下端設為平鍵302，所述平鍵可沿所述第二通孔的軸向旋轉；以及

支座4，其通過所述定位銷和套設所述支撐杆的套筒2與所述銷孔連接，其中部設有套設所述套筒的第三通孔401，其外側設置與所述平鍵匹配的第一鍵槽402，所述套筒的上端設有與所述定位銷匹配的第一通孔201，所述套筒同軸連接一其外側面粗糙以用於摩擦傳動的第一摩擦環403，所述第一鍵槽的上方設有用於停泊所述平鍵的停泊位404；以及

轉盤5，其位於所述支座的下方，其上端的中部通過第一軸承6與所述套筒同軸連接，其下端設有垂直於所述套筒的螺杆7和與所述螺杆匹配的螺母8，其上端的外側環向設置四個可以與所述平鍵匹配的第二鍵槽501，所述螺母的外圈與所述轉盤固定連接，所述第一軸承的內圈與所述套筒固定連接，所述第一軸承的外圈與所述轉盤固定連接；以及

框型構件9，其位於所述轉盤的下方，其包括兩條平行於所述螺杆的導軌10和垂直於所述導軌且用於夾持所述被夾邊框的夾持塊11，所述夾持塊的內側通過同軸於所述螺杆的第二軸承12與所述螺杆連接，所述框型構件通過所述導軌與所述轉盤滑動連接。

本實施例的工作流程如下：所述定位銷同時穿設所述銷孔、所述套筒、所述支座和所述平鍵構件，一方面使得所述支座固定連接所述支撐杆，另一方面，所述轉盤通過所述第一軸承與所述套筒同軸連接，使得所述轉盤可沿所述套筒的軸向旋轉，從而為所述夾持塊與被夾邊框的最近面通過相互牴觸使得所述夾持塊能自動調整自身轉角，即為實現自適應地夾持所述被夾邊框提供了基礎。

在另一實施例中，所述定位銷與所述支座通過螺紋可拆卸地連接。

在另一實施例中，所述導軌的數目可以是1個或多個，當所述導軌的數目為1時，所述導軌的橫截面設為U型，且所述導軌的的中部與所述螺杆重合，這樣設置有效增強了夾持塊的平衡性；當導軌的數目為大於1時，多個所述導軌對稱設在所述螺杆的兩側。

在另一實施例中，所述第二軸承設為平面軸承，使得第二軸承相比其他種類軸承能在夾持狀態中承受的更大的反作用力。

在另一個實施例中，如圖2-4所示(其中，圖2為所述基礎組件的結構示意圖，圖3下為對四邊形邊框進行夾持的俯視圖，圖3上為對四邊形邊框進行夾持的結構示意圖，圖4左側為對不規則邊框的外框進行夾持的俯視圖，圖4右側為對不規則邊框的內框進行夾持的俯視圖)，本發明包括兩種工作方式，第一種是關閉自適應狀態，人工旋轉所述平鍵構件，使所述平鍵302同時落入所述第一鍵槽402和所述第二鍵槽501，從而使得所述支座與所述轉盤構成固定連接關係，人工調節螺杆使得所述夾持塊與被夾邊框的最近面發生牴觸，此時所述轉盤因被固定而不能沿自身旋轉，此工作方式屬於常規夾持，通常用於夾持橫截面為四邊形的被夾邊框；第二種是開啟自適應狀態，人工旋轉所述平鍵構件，使所述平鍵302落入所述停泊位404，由於所述平鍵未對所述轉盤進行限位，使得所述轉盤可沿所述套筒的軸向旋轉，此時調節螺杆使得所述夾持塊與被夾邊框的最近面發生牴觸，進而使得所述夾持塊自動調整自身轉角且逐漸處於穩定的夾持位置，此工作方式適用於需要自動找正夾持方向的、被夾持的橫截面為任意形狀的被夾邊框，所述橫截面如三角形、圓形、橢圓形、菱形、不規則形等等；

在另一實施例中，當所述夾持塊與被夾邊框的最近面之間的夾持方向和位置關係明顯符合規則邊框夾持時【實際上，不規則形狀部分和規則形狀部分都可存在於同一個被夾邊框中】，優選地將本裝置設置為關閉自適應狀態，當設為關閉自適應狀態明顯不能進行穩定夾持時，尤其是不規則夾持時，則設置為開啟自適應狀態，通過這樣分而治之的技術手段使得夾持效率更高、穩定性更佳。

在另一實施例中，任意兩個所述自適應夾具之間可以通過一承載索1301或連接柱1302連接，所述支座的上端設有一用於對所述承載索或所述連接柱作上下限位的限位環405，所述承載索或所述連接柱的作用是有效抵消夾持塊受到被夾邊框牴觸時產生的反作用力，使得支撐杆在夾持狀態下不至於因為方向垂直於所述支撐杆的反作用力導致所述支撐杆彎曲變形，有效增強了夾持的穩定性。

在另一個實施例中，對於任意不規則邊框的夾持，無論是夾持外框、還是夾持內框，都可以通過增加所述支撐杆到合適數目並為每個所述支撐杆安裝本裝置予以實現自動找正夾持方向的自適應夾持，尤其避免出現夾偏、夾歪或夾持不穩等問題，本裝置結構簡單，夾持方便，效果好。

在另一個實施例中，本發明還包括設置在所述基礎組件上、用於代替人工進行夾持的可分離組件，如圖5所示，圖中右側為本發明的結構示意圖，圖中左側為所述可分離組件的結構示意圖，所述可分離組件包括：

第一齒輪15，其通過第一銷軸16可分離地與所述螺杆的遠離所述第二軸承的一端同軸連接；以及

壓電傳感器14，其夾設在第二軸承與所述夾持塊之間，其用於測量所述夾持塊受到外界牴觸所產生的反作用力；以及

電動部，其包括向第一摩擦環403傳動的第一電機17和向所述第一齒輪傳動的第二電機18以及承載所述第一電機和所述第二電機的電機支座19，所述電機支座的中部設置穿設所述轉盤的第四通孔1901，所述電機支座通過第二銷軸20與所述轉盤可分離地連接，所述電機支座上設置一其測量方向平行於所述螺杆的長度方向、用於測量所述轉盤的中心與所述被夾邊框的最近面之間距離的測距傳感器21，所述測距傳感器可以是超聲波測距模塊；

其中，所述第一電機與所述測距傳感器連接，所述第二電機與所述壓電傳感器連接，所述第二電機通過帶動一長齒輪22與所述第一齒輪嚙合傳動，所述第一電機通過帶動一第二摩擦環23與所述第一摩擦環傳動，所述第二摩擦環的外側面粗糙以用於摩擦傳動；

本實施例的運動方式，包括三步：

第一步，首先將本夾具設置為開啟自適應狀態，即使得所述平鍵302落入所述停泊位404，由於所述平鍵未對所述轉盤進行限位，使得所述轉盤可沿所述套筒的軸向旋轉，

第二步，控制所述第一電機通過帶動第二摩擦環23與所述第一摩擦環403傳動，從而使得所述轉盤沿著所述支撐杆的軸向旋轉，所述電機支座也跟隨所述轉盤做相同的運動，一方面，通過所述測距傳感器可以測量所述轉盤的中心與所述被夾邊框的最近面之間距離，即可以通過360度地旋轉所述測距傳感器並記錄所述距離，當旋轉一周後即可獲得多個距離中的最小距離，繼續控制第一電機旋轉，直到所述測距傳感器測量的距離近似等於所述最小距離時，停止第一電機的轉動【當第一電機為可控地輸出角位移的電機，如伺服電機、舵機、步進電機等等，可以在一邊獲得所述距離的同時記錄對應的所述角位移，從而當旋轉一周後，控制第一電機旋轉至所述最小距離對應的角位移，停止第一電機的轉動】，

第三步，控制所述第二電機旋轉，通過帶動長齒輪22與所述第一齒輪15嚙合傳動，使得所述螺杆一方面沿著自身軸向旋轉，另一方面所述螺杆同時沿著自身的軸向滑動，此時所述第一齒輪也跟隨所述螺杆做所述軸向滑動，由於所述長齒輪的長度相比所述第一齒輪的長度更長，使得所述第一齒輪與所述長齒輪依然保持嚙合傳動，從而帶動所述螺杆依然沿著自身軸向滑動，進而推動所述夾持塊11朝向被夾邊框移動實施夾持動作，當所述夾持塊受到所述被夾邊框的牴觸，所述壓電傳感器14即可測量所述牴觸所產生的反作用力，當所述反作用力達到既定力值，表示夾持工作完成，停止所述第二電機轉動，即實現了通過電驅動代替人工進行夾持的目的；因此本發明也適用於代替人工進行夾持，尤其適合無人臨場操作、安裝連接在機器人上、實施遠程的自適應夾持的場合。

在另一個實施例中，所述第一電機通過兩個對稱設置的第三銷軸24與所述電機支座鉸接在所述第一電機的下方，所述第三銷軸垂直於所述第一摩擦環的環心與第二摩擦環的環心的連心線，所述第一電機的上方設置一平行於所述連心線的彈簧25，所述彈簧具有預壓力且其兩端分別牴觸所述第一電機與所述電機支座，所述支座上設置一套設所述彈簧的限位槽1902；

本實施例的工作方式包括如下三個方面：一方面，通過所述彈簧使得所述第二摩擦環與所述第一摩擦環之間在依賴摩擦力進行傳動時始終保持良好的接觸，有效地防止了傳動打滑，另一方面，當自適應夾持過程中的因外界牴觸所述夾持塊使得所述轉盤承受的轉矩大於兩個所述摩擦環的相互摩擦阻力時，所述第二摩擦環與所述第一摩擦環可彈性地打滑，使得轉盤依然能受外力旋轉至穩定的夾持方向上，第三方面，因工作磨損超差，所述第二摩擦環和所述第一摩擦環都將發生不可預見的變形，這樣的設置顯然可以自動地使得所述第二摩擦環和所述第一摩擦環始終保持接觸，從而有效地提高了傳動的穩定性。

本裝置採用可沿自身通孔旋轉的平鍵構件對與所述支撐杆同軸連接的轉盤實施徑向限位或不實施限位，相應地使得設置在所述轉盤上且通過螺杆調節夾持力的夾持塊既能以固定方向實施常規的夾持、也能在夾持過程中與外界牴觸時自適應地旋轉至使夾持狀態逐漸穩定的夾持方向，對於不規則邊框進行夾持，自然可通過增加所述支撐杆到合適數目並為每個所述支撐杆安裝本裝置予以夾持，本裝置還通過可分離地設置包括：用於驅動所述轉盤和驅動所述螺杆的電動部、固定連接在所述電動部上的用於測量所述轉盤的中心與所述被夾邊框的最近面之間距離的測距傳感器、以及用於測量所述夾持塊受到外界牴觸所產生的反作用力的壓電傳感器，等等用於代替人工進行夾持的可分離組件，進而使得本裝置既能人工進行夾持又能通過電驅動進行夾持，使裝置的拓展性和實用性大大增加。儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。