基于六点定位原理的工业机器人通用夹具设计

收稿日期：2017－03－20

基于六点定位原理的工业机器人

通用夹具设计

李福运

（广东松山职业技术学院 机械工程系，广东 韶关 512126）

摘要：针对工业机器人现有夹具通用性差、功能单一、定位精度低等存在的问题，采用机械夹具设计的六点定位原理，巧妙结合工业机器人工作中夹持工具的结构特点，同时充分考虑夹具使用的通用性，采用可调结构设计，既满足了工业机器在特定工作内容中对夹具要求的特殊性，又兼容工业机器人夹具在不同工作内容之间的差异性，同时充分考虑夹具装夹定位，提高了装夹精度，促进工业机器人夹具向低成本、高精度发展。

关键词：工业机器人夹具；六点定位原理；通用夹具 中图分类号：TG751 文献标志码：A

doi ：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.06.017

文章编号：1006－0316 (2017) 06－0077－04

Design of Universal Fixture for Industrial Robot Based on Six Point Positioning Theory

LI Fuyun

( Department of Mechanical Engineering, Guangdong Songshan Polytechnic College,

Shaoguan 512126, China )

Abstract ：In view of the problems of poor universality, single function and low positioning accuracy of the existing fixture for industrial robots, the author adapts the six point positioning principle of mechanical fixture design, and combines the structural features of gripping tools in industrial robots skillfully, fully considers the versatility of fixture, then uses the adjustable structure design to meet not only the special requirements of industrial machines in the specific work of the fixture requirements, but also compatible with the differences between industrial robot fixtures in different work content. At the same time, the clamping and positioning of the fixture are fully considered, the clamping accuracy is improved, and the industrial robot fixture is developed to a low cost and high precision.

Key words ：industrial robots fixture ；six point positioning principle ；universal fixture

1 工业机器人夹具设计原则

随着我国深入推进“中国制造2025”，工业机器人技术作为促进“智能制造”快速发展的关键环节发展迅猛，并逐步深化普及到生产加工中的各个环节，工业机器人在生产中能做什么，能做到什么程度，完成的质量和效率怎样，这些都受其夹具性能的制约，而要想设计出一款性能优越的夹具首先要了解工业机器人夹具的设计原则，其设计原则有以下几点。

设计任何一款夹具首先要考虑夹具的定位，务必确保定位准确可靠，工业机器人夹具也不例外，而定位准确可靠又有两层含义，第一，按照六点定位原理科学设计定位方案，确保不出现欠定位、过定位等现象，准确实现夹具多次重复夹持工件时其位置的固定性；第二，夹具因工作需要或零配件失效，需对夹具零配件进行调整或更换，满足调整或更换前后定位位置统一，定位效果可靠。

（2）通用性好

夹具的通用性越好，其使用价值就越高，对于工业机器人夹具更是如此，机器人工作的优势是效率，如果工作过程反复更换工具不仅浪费了时间，也增加了工作过程的不稳定性，影响工作质量，因此通用性好的夹具能够实现一个夹具多种用途，减少了夹具的频繁更换，同时也降低了夹具的设计成本；通用性的另一方面是指夹具可以根据夹持工件的大小而调整，能适用同一款式不同大小的夹持工件，以及夹具结构组成尽量采用的标准件和通用件。

（3）足够的承载和夹持力度

对工业机器人载荷经常误认为是机器人本体承受的载荷，而忽略夹具等辅助设备对载荷的影响，工业机器人载荷是指有效载荷，包括惯性载荷等，因此机器人夹具的重量可通过重力和运动中的惯性直接降低机器人的有效载荷，而夹具形状、尺寸大小则通过力矩有效载荷降低其有效载荷，综合工业机器人夹持工件质量和形状大小，充分考虑设计夹具的质量、形状尺寸以及工作过程的运行速度，科学计算承载了，同时为了确保能稳定夹持工件且不损害工件，能够采用自带液压或气压系统作为动力源，合理选择夹持力。

（4）结构简单、工艺性能好

为实现装夹和放置过程简便、快速，要求装夹或放置结构简单，同时为了降低成本要求夹具加工工艺性较好。2 夹具结构设计及工作原理

夹具装配图如图1所示，该夹具按照六点定位原理，结合工业机器人在生产中夹持涂胶胶、打磨机等工具的实际工作情况，采用定位原件V形块作为定位结构，通过对定位调整块4上下滑动调整，使调整块与夹持工具的接触面之间处于紧配合状态，夹具工作过程中在动力装置的作用下，两调整块向内收缩，由于调整块与夹持工具接触的上表面前半部分有1°～2°的斜度，调整块收缩加紧加持工具的同时向上抬高夹持工具，并实现对加持工具的加紧和定位。

为了使本套夹具能够最大限度的适用于不同类型、不同形状和尺寸大小的夹持工具，设计了夹具开口调整片，使同一行程的气动或液动装置，能实现夹具开口度的不同调整，增强了夹具的通用性，同时可通过夹具调整块的上下滑动，调整加持不同厚度夹持台阶面的工具。

1.动力装置

2.夹具开口调整片

3.夹具夹爪

4.定位调整块

5.被夹取对象

图1 夹具装配图

3 夹具主要零件结构

（1）夹爪

夹爪是连接动力装置组定位调整块的重要构件，是夹具体的主要结构，如图2所示。夹爪的结构及各部分尺寸大小由被加持对象形状尺寸和动力装置的行程共同决定，夹爪螺钉调

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整槽和定位导向槽是为适应对不同夹持厚度而设计的重要结构，如图3示意工具图所示，夹具可实现有类似台阶的圆形、方形或菱形夹具

体的定位夹紧。

图2 夹爪

图3 示意工具图

夹爪设计时要注意一下几点： ①夹爪连接动力装置的纵向开槽深度L 动力装置闭合时行程块两侧面的距离≤2L ≤动力装置张开时行程块两侧面的距离。

②夹爪定位导向槽开槽宽度符合公差要求，与定位调整块过度配合。

（2）定位调整块

定位调整块如图4所示，是装配在夹爪内部，通过定位导向槽滑动调节定位块与夹爪之间的定位距离，借助螺钉固定调整后的定位块位置。

为了适应多种夹持工具，通过改变定位块V 形槽的深度、开口尺寸，一般由四至五对定

位调整块组成一套，以便在生产中根据需求选取相应的定位调整块。

（3）夹具开口调整片

夹具开口调整片如图5所示，是用于调整夹具开口尺寸的垫板，通过添加开口调整片增加或减少夹具的最大开口尺寸，以实现夹持不同大小的工具或零件，也是增强夹具通用性的重要方法之一，本夹具支持的开口调整片有厚度为2 mm 、3 mm 、4 mm 的三种。

图4 定位调整块

图5 夹具开口调整片

4 夹具适用夹持工具或工件范围

如图3示意工具所示，此款夹具可适用以下几类工具或工件的夹持。

（1）台阶面的圆形、方形或菱形等形状的工具或工件。

本款夹具对有台阶面的圆形、方形或菱形等形状的工具或工件，严格按照六点定位原理，依据在生产需求，实现了对夹持工具或工件的5个自由度的不完全定位，适用于对加持工具或工件运动轨迹有精度要求的装配、打磨、激光切割等工作，而且能够避免机器由于失电而

（2）无台阶面的圆形、方形或菱形等形状的工具或工件。

①对定位精度要求较低圆形、方形或菱形等形状的工具或工件。

对无台阶面的圆形、方形或菱形等形状的工具或工件，依靠定位调整块的V形结构，能够实现4个自由度的不完全定位，适用于对夹持工具或工件高度精度要求低的抛光、涂胶等工作。

②无定位精度要求方形或菱形等多面形状的工具或工件。

对于此类工具或工件可通过夹爪直接夹持，甚至可根据生产需求拆卸定位调整块，适用于码垛、搬运、喷涂等工作。

由此可见，此款夹具是一款多用的夹具，通过定位调整块可实现对定位精度要求较高的工具或工件的夹持，同时夹爪未装定位调整块部分和装了定位调整块的部位，分别适用于对定位精度低或无定位精度要求的工件或工具。

5 夹具的特点

（1）定心精准

工具以靠V形块定和对台阶面的配合夹持结构实现对工件或工件的精确定位，其定位精度和重复定位精度都比较高，解决了通用存在定位不准的问题，同时简化了定位机构，不像专用夹具一样复杂。

（2）通用性好

组成夹具四个部件之间的位置都是可调的，不同调节之间相互配置能够实现各不相同的夹持效果，充分体现了通用夹具特点。

（3）夹具结构简单、可操作性能好

本夹具除选配的动力装置（液压或气压缸）外，只有三个部件，而且零件结构简单以及构件之间位置关系明确，部件连接统一采用螺钉装配，装配和操作都比较简单。

6 结语

基于六点定位原理的工业机器人通用夹具的设计从根本上解决了以下两个问题，一，现有通用夹具无定位或定位精度差的问题，结束只有专用夹具才能实现精准定位的认识；二、现有通用夹具由于可调节性能差，严重制约了其适用范围，也是通用性能受限的主要原因之一；同时夹具设计过程中充分考虑到了夹具的夹持的稳定性，大大减少了工业机器人生产中工具的更换次数，减少了生产中专业夹具的数量降低了生产成本。

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该结构已经申请国家专利（申请号：201520653221.9，折叠式井架），样机已经完成生产并已经在厂内进行试验，试验效果理想。

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