切割与划线设备中的机械手夹具与工具交换装置 【技术领域】
本发明涉及的是一种机械手夹具与工具交换装置，特别是一种用于船用型钢移动式机器人等离子切割与划线设备中的机械手夹具与工具交换装置，属于机械领域。
背景技术
船用型钢机器人等离子切割与划线设备中，当机器人完成等离子切割作业需要机器人再进行划线作业时，机器人的末端执行装置必须将等离子切割炬换成划线炬，这就涉及到作业工具的自动夹持与自动工具交换问题。而且要求机器人能正确、快速地完成工具的自动放回、抓取、夹持等动作，由于等离子切割炬和划线炬功能和尺寸的不同，需要设计两种外壳尺寸相同而内壳尺寸不同的夹具分别夹持切割炬和划线炬，而机器人末端执行装置如机械手爪则共用一个，这样机器人在进行作业工具自动交换时，机器人末端机械手根据命令去抓取或放回夹持着切割炬或划线炬的相同外壳尺寸的夹具就行了。
根据对现有技术的检索，发现：东芝机械株式会社申请的专利“自动工具交换装置”，申请号为85106563，该专利公开了一种自动工具交换装置，该装置处在工具料槽和机床主轴之间，其中该工具料槽备有许多套住工具的工具筒，而机床主轴是装在与工具筒的轴线相垂直的位置。该装置的特征在于：工具夹持部形成在交换用地臂的前端，臂支持装置有转动交换用的臂和在转轴方向进退移动的臂驱动机构，使臂支持装置旋转的手段，使臂支持装置在与转轴垂直相交的方向往复移动的手段。该专利仅提供了套住工具的工具筒与机床主轴之间的位置关系、交换工具用的臂具有旋转和移动功能，对如何抓取、放回工具未作说明，另外，该专利技术不能满足船用型钢移动式机器人等离子切割与划线设备中的机械手夹具与作业工具(割炬与划线炬)的自动交换要求。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种切割与划线设备中的机械手夹具与工具交换装置，使其满足船用型钢移动式机器人等离子切割与划线设备中的机械手夹具与作业工具的自动交换。本发明是根据以下技术方案实现的，本发明主要包括：机器人、切割炬电缆摆动机构、划线炬电缆摆动机构、安装底座、机器人末端执行装置、机械手夹具、作业工具夹持装置，其连接方式为：机器人通过螺钉设置在底座上，在机器人左侧设有切割炬电缆摆动机构，在机器人右侧设有划线炬电缆摆动机构，在机器人末端设有机器人末端执行装置。
机器人末端执行装置主要包括：连接盘、平行气爪(一)、夹指，其连接方式为：连接盘用螺钉与机器人末端固结，平行气爪(一)用螺钉与连接盘相连接，两个夹指用螺钉与平行气爪(一)固接，为使夹指可靠地夹紧工件，两个夹指的夹紧侧组成六边形，同时为增加夹指与被夹工件之间的摩擦力，在夹指内侧粘接一定厚度的橡胶块。
机械手夹具主要包括：夹壳(一)和(二)，夹壳(一)和(二)夹住工具(如划线炬)后用螺钉、垫圈和螺母固接，夹壳(一)和(二)组成的夹具，其内孔为圆柱面，外表面上半部被机器人末端执行装置夹紧的部位为六边形，六边形尺寸与夹指相适应，外表面中部被工具夹持装置夹持的部位也为六边形，其尺寸与夹持装置中的气爪的夹指尺寸相对应。
切割炬电缆摆动机构、划线炬电缆摆动机构结构相同，主要包括：电缆摆架组件、缓冲装置、机架，其连接方式为：电缆摆架组件通过其上的两个滑动轴承插在机架顶部的圆轴上，组成转动副，缓冲装置通过螺钉固接在机架上，当机器人作业时带动电缆摆架组件摆动时，缓冲装置对电缆摆架组件起缓冲和复位作用。
电缆摆架组件主要包括：竖管、斜管、圆管、滑动轴承、横管、封盖和电缆夹具，其连接方式为：竖管、斜管、横管通过焊接组成三角形框架，在竖管的两端焊接圆管，圆管内压入滑动轴承，封盖通过螺钉设置在横管的外端口，在横管下面加工一通槽，其内设置若干个电缆夹具。
电缆夹具主要包括：轴承、销轴、档板、槽形板、螺杆，其连接方式为：轴承与销轴过盈配合，螺杆与销轴的中部焊接组成T形结构，螺杆上套有档板、槽形板，在档板、槽形板之间绕过电缆后，通过螺杆上的垫圈和螺母使档板、槽形板夹紧电缆。
缓冲装置主要包括：活塞轴、支架(一)、弹簧、活塞缸、座板架，其连接方式为：压缩弹簧设置在活塞缸内，活塞轴的活塞头位于活塞缸内，在活塞缸的两端分别用闷盖和透盖通过螺钉与缸体连接，活塞缸与支架(一)焊接后，用螺钉与座板架固定，在座板架上对称地布置上述2组活塞轴、支架(一)、弹簧、活塞缸。
作业工具夹持装置主要包括：支架(二)、夹具、平行气爪(二)，其中，平行气爪(二)通过螺钉与支架(二)固定，夹具与机械手夹具相似，夹具用于切割炬的夹紧，而机械手夹具用于划线炬的夹紧，在平行气爪(二)上也用螺钉固接了两个夹指，其形状与机器人末端执行装置中的夹指相似。
本发明中，当需要机器人进行等离子切割作业时，机器人从其左侧的切割炬电缆摆动机构上抓取切割炬(机器人末端执行装置上的平行气爪夹紧切割炬上的机械手夹具后，作业工具夹持装置上的平行气爪松开)。切割作业完成后需要机器人进行划线作业时，机器人先将切割炬放回原处(即作业工具夹持装置上的平行气爪夹紧切割炬上的机械手夹具，机器人末端执行装置上的平行气爪则松开切割炬上的机械手夹具)，然后机器人从其右侧的划线炬电缆摆动机构抓取划线炬，划线作业完成后将划线炬再放回原处。另外，在机器人对型钢进行等离子切割与划线作业时，通过电缆摆动机构及其上缓冲装置的作用，工具电缆可以随机器人末端切割炬或划线炬的移动而随动。从而解决了利用机器人对船用型钢进行等离子切割与划线两种作业时的工具自动交换、和作业要求。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明所用的机械手夹具、电缆摆动机构、作业工具夹持装置可以使移动机器人在对船用型钢进行等离子切割和划线两种作业时，十分自如地进行作业工具(切割炬和划线炬)的自动交换、夹持和夹紧以及作业过程中工具电缆随机器人末端执行装置的随动。从而使得本发明能够满足机器人对船用型钢进行等离子切割与划线的生产需要。
【附图说明】
图1本发明主体结构布置示意图
图2本发明局部组成结构示意图
图3本发明机器人末端执行装置结构示意图
图4本发明机械手夹具结构示意图
图5为图4所示A-A剖面图
图6本发明缓冲装置结构示意图
图7本发明电缆摆架组件示意图
图8为图7所示B-B电缆夹具结构剖面示意图
图9本发明作业工具夹持装置结构示意图
【具体实施方式】
如图1至图9所示，本发明主要包括：机器人1、切割炬电缆摆动机构2、划线炬电缆摆动机构3、安装底座4、机器人末端执行装置5、机械手夹具6、作业工具夹持装置11，其连接方式为：机器人1通过螺钉设置在底座4上，在机器人1左侧设有切割炬电缆摆动机构2，在机器人右侧设有划线炬电缆摆动机构3，在机器人1末端设有机器人末端执行装置5，2个作业工具夹持装置11分别用螺钉固定在电缆摆动机构2、3的机架上。
机器人末端执行装置5主要包括：连接盘12、平行气爪13、夹指14，其连接方式为：连接盘12用螺钉与机器人1末端固结，平行气爪13用螺钉与连接盘12相连接，两个夹指14用螺钉与平行气爪13固接，两个夹指14的夹紧侧组成六边形，在夹指14内侧粘接橡胶块。
机械手夹具6主要包括：夹壳16、17，夹壳16、17夹住工具后用螺钉、垫圈和螺母固接，夹壳16、17组成的夹具，其内孔为圆柱面，外表面上半部被机器人末端执行装置5夹紧的部位为六边形，六边形尺寸与夹指14相适应，外表面中部被作业工具夹持装置11夹持的部位为六边形，其尺寸与作业工具夹持装置11中的气爪35的夹指尺寸相对应。
切割炬电缆摆动机构2、划线炬电缆摆动机构3结构相同，主要包括：电缆摆架组件8、缓冲装置9、机架10，其连接方式为：电缆摆架组件8通过其上的两个滑动轴承26、27插在机架10顶部的圆轴上，组成转动副，缓冲装置9通过螺钉固接在机架10上，当机器人作业时带动电缆摆架组件8摆动时，通过缓冲装置9对电缆摆架组件8缓冲和复位。
缓冲装置9主要包括：活塞轴18、支架19、弹簧20、活塞缸21、座板架22，其连接方式为：压缩弹簧20设置在活塞缸21内，活塞轴18的活塞头位于活塞缸21内，在活塞缸21的两端分别用闷盖和透盖通过螺钉与缸体连接，活塞缸21与支架19焊接后，用螺钉与座板架固定，在座板架上对称地布置上述2组活塞轴18、支架19、弹簧20、活塞缸21。
电缆摆架组件8主要包括：竖管23、斜管24、圆管25、滑动轴承26和27、横管28、封盖29和电缆夹具30，其连接方式为：竖管23、斜管24、横管28通过焊接组成三角形框架，在竖管23的两端焊接圆管25，圆管25内压入滑动轴承26、27，封盖29通过螺钉设置在横管28的外端口，在横管28下面加工一通槽，其内设置若干个电缆夹具30。
电缆夹具30主要包括：销轴31、档板32、槽形板33、螺杆34，轴承35，其连接方式为：轴承35与销轴31过盈配合，螺杆34与销轴31的中部焊接组成T形结构，螺杆34上套有档板32、槽形板33，在档板32、槽形板33之间绕过电缆后，通过螺杆34上的垫圈和螺母使档板32、槽形板33夹紧电缆。
作业工具夹持装置11主要包括：支架36、夹具37、平行气爪38，其中，平行气爪38通过螺钉与支架36固定，夹具37与机械手夹具6相似，在平行气爪38上也用螺钉固接了两个夹指，其形状与夹指14相似。