一种自动抓取气动手指机构

0 引言

进入本世纪以来，机器人、自动化设备得到了极大的发展，广泛地应用在制造、物流运输、通讯电子等行业。在制造工厂里，这些设备往往用来完成组装、检测、加工、搬运等操作。在传统的蓄电池生产中，机器人也得到了广泛的应用，一般用于组装、包装、上下料等方面，因此与机器人配套的抓取或者吸取机构不断出现。在蓄电池行业的生产中，随着工业机器人的逐步应用，需要设计物料的自动抓取机构。另外根据蓄电池零件的形状为条状或者扁平状的特点，如电池槽、电池盖，可以设计一个专门的装置来进行蓄电池物料零件的抓取。

1 自动抓取装置的设计

1.1 自动抓取装置的工作原理

如图1所示，该自动抓取装置设计了一对相向平行移动的滑块。滑块为长条形，分别为滑块A和滑块B。将两个滑块拼装在滑道内，使其能在滑道内平滑移动，然后在两个滑块上面安装了两对齿条[1]，并且在滑道内部安装对应的两个齿轮。滑道内的齿轮要分别与滑块上的齿条相啮合。当滑块A移动时，齿条带动齿轮旋转，而旋转的齿轮则驱动滑块B的齿条，使两个滑块相向移动，从而完成夹紧、松开动作[2]。在滑块的驱动源方面，可以采用气缸[3]驱动夹紧，比起常用的铰链式夹爪，驱动力要可靠些。

图1 原理示意图

1.2 自动抓取装置的结构

1.2.1 夹爪安装的设计

为了便于适应多个物料的抓取，自动抓取装置还设置有多对夹爪安装孔，这样就可以安装多对夹爪，实现同时抓取多个物料。例如：极板抓取中可以同时安装6～8对夹爪；抓取电极胶帽可以安装2对夹爪[4]。夹爪安装位置如图2所示。另外，如果在每个滑块的相对最远端装1对夹爪，就可以抓取扁长条形的零件，而且对中性好（采用2组精密的齿轮，而且齿条方便调整，以便消除间隙），如抓取蓄电池盖等。

图2 夹爪安装孔示意图

1.2.1 气缸安装的设计

气缸的安装位置有两种，其中一种是沿着移动方向，另一种是在滑道的两侧，如图3所示。滑块上设计有驱动连接块的安装孔，因此可以根据空间需要灵活安装。与其相应的机构也可以安装在滑道的底面和侧面。

图3 气缸安装位置示意图

1.2.3 组件安装的设计

此外，该自动抓取装置在侧面和背面上设计有组装安装孔，作为“自动盒盖机械手”的整体的1个部件，在该部件安装到整体组件上时，非常方便。其中，组件安装孔位置如图4所示。侧面的安装孔和背面上的安装孔一样可以固定在机械手上，这样该手指在机器上安装灵活。另外，该自动抓取装置结构比较规则，制造工艺相对容易些。比如，滑块为长条形结构，滑道采用腔体式或者组合成腔体式。

图4 组件安装孔位置示意图

1.2.4 自动抓取装置的装配设计

该自动抓取装置包含有滑道、滑块A、滑块B、驱动连接块、浮动接头、气缸安装底板、精密小齿轮（惰轮）、齿条、惰轮销、旋转衬套、卡簧、气缸等零件[5]。装配如图5所示。该机构中齿条采用模数1.0（最大可到3.0）的精密齿条。齿条材质为耐磨材料，如黄铜，或者合金钢淬火处理。该机构中共用了4条齿条，分成2组，分别安装在滑块a、b上。通过调整每队齿条的位置，可以消除运动间隙。滑块a、b的材料一般选用优质钢材如SKD11，Cr12[6]等，经加工和热处理，然后精磨[7]而成。滑动面可以开润滑脂槽。滑块上有用于安装夹爪的安装孔，而且成对出现。图中机构有4对安装孔，最多可以安装4对夹爪。滑块a、b通过齿条齿轮传动在滑道内作相对或者相向滑动。滑道的材质也是表面硬化处理过的优质钢材，一般在硬度上比滑块的高HRC1至2度。在滑道侧面可开设润滑脂孔（因负载轻图中未开）。其中滑块b通过驱动连接块和浮动接头与气缸轴浮动联接。气缸轴运动实现夹爪松开、夹紧。

图5 自动抓取装置的装配示意图

1—滑道；2—滑块a；3—滑块b；4—驱动连接块；5—浮动接头；6—气缸安装底板（底面安装式）；7—精密小齿轮（惰轮）；8—齿条；9—惰轮销；10—旋转衬套；11—卡簧；12—气缸

2 结束语

自动抓取装置采用了两对齿轮齿条进行相向安装，从而带动滑块进行夹紧和松开的动作，并在滑块上设计多对夹爪安装孔，一方面可以实现同时抓取多个零件，另一方面还可以抓取长条状、扁平状的零件，比如蓄电池生产中的箱体抓取、盒盖组装，以及电极帽，极板抓取。采用自抓取装置，与工业机器人配合，实现自动抓取功能，自动精密的定位，自动稳定抓取，为企业节省了人工成本，提高了企业的生产效率。