CN105598993B - 一种缩放式搬运机械手及其夹持方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种缩放式搬运机械手及其夹持方法，机械手包括基座、摆臂、摆臂驱动组件、横臂、横臂驱动组件、卡爪和卡爪驱动组件，基座下方对称设置两个摆臂，且摆臂与基座的连接处设置摆臂驱动组件，每个摆臂的下端对称设置两个横臂，每个摆臂内对应设有一组横臂驱动组件，每个横臂的末端设有一个卡爪，横臂内对应设有一组卡爪驱动组件。其夹持方法是两个摆臂先对称张开，然后横臂向摆臂两侧展开，卡爪驱动组件先驱动卡爪伸出至超过待搬运物品的宽度，再驱动卡爪旋转至卡爪的钩边与待搬运物品边沿的底面平齐，最后驱动卡爪收缩勾住待搬运物品的边沿。本机械手可随时收缩合拢，结构精简而紧凑，体积小，移动灵活，即使在空间狭窄的场所也能适应。

Description

一种缩放式搬运机械手及其夹持方法

技术领域

本发明涉及产品包装运输技术领域，特别涉及一种缩放式搬运机械手及其夹持方法。

背景技术

在自动化生产线中，应用工业机器人进行物品码垛、卸垛、上料、下料等搬运工作已日益广泛。实现搬运功能的机器人类型基本是相同的，但针对不同的物品外形，机器人需配套不同的机械手，才能顺利抓取搬运物品。机械手种类形式较多，对于适用于箱体和板件搬运的机械手，较多采取夹持机构的形式。

传统的夹持机械手，一般采用框架式结构，由固定夹板、活动夹板和驱动机构等组成。在气缸驱动下，活动夹板移动，与固定夹板合拢或分开，实现夹持和放松的状态。由于这类机械手工作时只有活动夹板的直线移动动作，因此不可避免存在两个缺点：其一，机械手外形尺寸必须比待搬运对象要大，才能包容并夹取待搬运对象，由此造成其机构庞大，因而难以适应狭窄的工作场所；其二，机械手只能适应一个方向(活动夹板直线移动方向)的尺寸变化，难以适应长宽尺寸均变化较大的物品，因而其适应性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构灵活紧凑、可适用于带翻边的箱体或平板物品夹持搬运的缩放式搬运机械手。

本发明的另一目的在于提供一种上述缩放式搬运机械手的夹持方法。

本发明的技术方案为：一种缩放式搬运机械手，包括基座、摆臂、摆臂驱动组件、横臂、横臂驱动组件、卡爪和卡爪驱动组件，基座下方对称设置两个摆臂，且摆臂与基座的连接处设置摆臂驱动组件，每个摆臂的下端对称设置两个横臂，每个摆臂内对应设有一组横臂驱动组件，每个横臂的末端设有一个卡爪，横臂内对应设有一组卡爪驱动组件。

所述摆臂驱动组件包括电机、减速机、摆轴、轴承和齿轮组，摆轴有两个，每个摆轴中部对应与一个摆臂固定连接，位于摆臂两侧的摆轴上设有轴承，摆轴通过轴承与基座连接，电机的输出端设置减速机，减速机的输出端与其中一个摆轴连接，两个摆轴之间通过齿轮组连接，齿轮组设于摆轴的端部。即齿轮组包括规格相同并且相互啮合的两个齿轮，两个摆轴中，与减速机连接的摆轴作为主动轴，另一摆轴作为从动轴，通过齿轮组的带动，两个摆轴同步转动，从而实现两个摆臂同时分开或合拢。

所述摆臂包括相连接的中空段和辅助支座，辅助支座设于中空段底部，中空段内设置横臂驱动组件。

所述横臂驱动组件包括横臂驱动气缸、第一铰支和连杆，横臂驱动气缸与摆臂的中空段顶部固定连接，横臂驱动气缸的输出端设有第一铰支，第一铰支处连接有两个连杆，各连杆分别与摆臂一侧的横臂铰接，连杆与横臂的铰接处设置第二铰支。横臂驱动气缸动作时，通过两个连杆带动相应的两个横臂展开或回收，横臂绕着第二铰支摆动。

所述横臂一端设有第三铰支，并通过第三铰支与摆臂的辅助支座铰接。第三铰支和辅助支座对横臂起辅助支撑作用。

所述横臂为槽式结构，横臂内设置卡爪驱动组件。

所述卡爪驱动组件包括卡爪伸缩气缸、卡爪旋转气缸、导轨、导杆和导套，卡爪伸缩气缸与横臂固定连接，卡爪伸缩气缸的输出端设置卡爪旋转气缸，卡爪旋转气缸的输出端通过导杆与卡爪连接，导杆通过导套与横臂连接，卡爪旋转气缸两侧设有导轨。其中，卡爪伸缩气缸用于驱动卡爪伸出或收缩，使两个卡爪之间的距离与待搬运物品的宽度相适应。卡爪旋转气缸用于驱动卡爪旋转，使卡爪的钩边勾住待搬运物品的边沿，实现对待搬运物品的稳定夹持。

所述基座顶部设有联接座，机械手通过联接座外接机器人。

上述缩放式搬运机械手的夹持方法，包括以下步骤：

(1)摆臂驱动组件驱动两个摆臂对称张开，然后机械手运行至靠近待搬运物品表面；

(2)横臂驱动组件驱动横臂向摆臂两侧展开，形成与摆臂相垂直的横梁式结构；

(3)卡爪驱动组件先驱动卡爪伸出至超过待搬运物品的宽度，再驱动卡爪旋转至卡爪的钩边与待搬运物品边沿的底面平齐，最后驱动卡爪收缩，使卡爪勾住待搬运物品的边沿，此时，机械手的四个卡爪抓紧待搬运物品。

所述步骤(2)中，横臂驱动组件驱动横臂向摆臂两侧展开的具体过程为：横臂驱动气缸的活塞杆下行，通过连杆推动摆臂左右两侧的横臂以第二铰支为支点向下翻转90°，使两个横臂形成张开状态；

所述步骤(3)中，卡爪驱动组件驱动卡爪伸出时，通过卡爪伸缩气缸推动卡爪旋转气缸直线移动，使导杆推动卡爪向前伸出；卡爪驱动组件驱动卡爪旋转时，卡爪旋转气缸动作，通过导杆驱动卡爪转动；卡爪驱动组件驱动卡爪收缩时，通过卡爪伸缩气缸拉动旋转气缸，使导杆带动卡爪回收。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本伸缩式搬运机械手是一种灵活紧凑的机械手，适用于对翻边的箱体及平板物品进行夹持搬运，机械手既可以收缩折叠，又可以舒张伸展，与传统机械手相比较，本伸缩式搬运机械手不但结构紧凑，而且更能大范围适应物品外形尺寸的变化，使用灵活而方便。

本伸缩式搬运机械手及其夹持方法通过控制摆臂的开合度和横臂的伸展度，以适应待搬运物品的外形尺寸，即长度和宽度方向均可调节，其调整灵活且范围宽广。另外，本机械手可随时收缩合拢，结构精简而紧凑，体积小，移动灵活，即使在空间狭窄的场所也能适应。

附图说明

图1为本伸缩式搬运机械手的结构示意图。

图2为图1的A方向视图。

图3为本伸缩式搬运机械手的摆臂开合状态图。

图4为本伸缩式搬运机械手的夹持方法示意图。

图5为图4的B方向视图。

上述各图中，1为联接座，2为基座，3为齿轮组，4为轴承，5为摆轴， 6为摆臂，7为横臂驱动气缸，8为连杆，9为第二铰支，10为第三铰支，11 为横臂，12为卡爪伸缩气缸，13为卡爪旋转气缸，14为导轨，15为导杆，16 为导套，17为卡爪，18为第一铰支，19为减速机。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种伸缩搬运机械手，待搬运物品以周转箱为例。

伸缩搬运机械手的结构如图1～3所示，其中图1和图2为折叠收缩状态，图3为摆臂展开状态，机械手主要由基座、摆臂、摆臂驱动组件、横臂、横臂驱动组件、卡爪和卡爪驱动组件等构件组成，以基座为基础进行装配，基座为长方形框架结构，其顶部设置联接座，机械手整体通过联接座外接机器人的手腕。

上述结构中：

(1)摆臂结构

机械手有两个摆臂，左右对称布置(如图1所示)。每个摆臂的顶部与相应的摆轴固定连接，摆轴两端通过轴承安装在基座下方。摆臂可绕摆轴的轴心转动。

左右两支摆轴的轴端安装有同样规格的齿轮，并且相互啮合，两个齿轮形成齿轮组。

摆臂摆动的动力来源于电机，通过减速机传递，减速机的输出端直接联接左摆轴(即位于左侧的摆轴作为主动轴)。当减速机输出动力时，可驱动左摆轴旋转，带动其下摆臂摆动。由于齿轮组的啮合传动，因此左右摆臂的摆动是同时进行的，可实现分开或合拢的摆动，如图3所示。

(2)横臂结构

如图2所示，每个摆臂的左右两侧各安装有一个横臂。横臂通过底部的第二铰支和第三铰支与摆臂联接。

横臂为槽式结构，内部安装有卡爪伸缩气缸和卡爪旋转气缸。卡爪伸缩气缸的缸座固定在横臂槽内底部，卡爪伸缩气缸的活塞杆端部联接卡爪旋转气缸。卡爪旋转气缸可在槽内沿导轨滑动。卡爪旋转气缸的活塞杆与导杆固定连接，导杆与导套滑动配合，其端部安装卡爪。

由图2可见，摆臂槽内的上方垂直安装有横臂驱动气缸，横臂驱动气缸的活塞杆通过第一铰支与连杆联接，连杆通过第二铰支与横臂联接。

上述伸缩式搬运机械手所实现的夹持方法及工作原理为：

机械手通过联接座外接机器人手腕，被机器人驱动工作。机械手的摆臂和横臂先后依次动作，其过程如图4所示。待搬运物品以周转箱为例。

1)摆臂张开。

机械手根据周转箱的长度(或宽度)尺寸，在电机及减速机的驱动下，控制摆臂张开一定角度。其后，机械手被机器人驱动靠近待搬运物品表面。

2)横臂工作。

横臂驱动气缸的活塞杆下行，通过连杆推动左右摆臂向下翻转，分别以第三铰支为支点，转动90°，形成张开状态；

卡爪伸缩气缸的活塞杆伸出，推动卡爪旋转气缸直线移动，从而使导杆分别向两侧伸展，使两侧的卡爪超越待搬运物品的宽度；

卡爪旋转气缸动作，通过导杆驱动卡爪转位一定角度，使其钩边与箱体边沿底面平齐；

卡爪伸缩气缸的活塞杆收缩，拉动卡爪旋转气缸，带动导杆，从而使左右的卡爪向内合拢，卡紧箱体边沿；

最终，机械手的4个卡爪抓紧箱体，形成如图5所示的状态。

随后，机器人就可以驱动机械手，把箱体搬至目的地。

机械手释放周转箱的动作顺序与上述过程的各动作反向。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (7)

1.一种缩放式搬运机械手，其特征在于，包括基座、摆臂、摆臂驱动组件、横臂、横臂驱动组件、卡爪和卡爪驱动组件，基座下方对称设置两个摆臂，且摆臂与基座的连接处设置摆臂驱动组件，每个摆臂的下端对称设置两个横臂，每个摆臂内对应设有一组横臂驱动组件，每个横臂的末端设有一个卡爪，横臂内对应设有一组卡爪驱动组件；

所述横臂为槽式结构，横臂内设置卡爪驱动组件；

所述卡爪驱动组件包括卡爪伸缩气缸、卡爪旋转气缸、导轨、导杆和导套，卡爪伸缩气缸与横臂固定连接，卡爪伸缩气缸的输出端设置卡爪旋转气缸，卡爪旋转气缸的输出端通过导杆与卡爪连接，导杆通过导套与横臂连接，卡爪旋转气缸两侧设有导轨；

所述摆臂包括相连接的中空段和辅助支座，辅助支座设于中空段底部，中空段内设置横臂驱动组件。

2.根据权利要求1所述一种缩放式搬运机械手，其特征在于，所述摆臂驱动组件包括电机、减速机、摆轴、轴承和齿轮组，摆轴有两个，每个摆轴中部对应与一个摆臂固定连接，位于摆臂两侧的摆轴上设有轴承，摆轴通过轴承与基座连接，电机的输出端设置减速机，减速机的输出端与其中一个摆轴连接，两个摆轴之间通过齿轮组连接，齿轮组设于摆轴的端部。

3.根据权利要求1所述一种缩放式搬运机械手，其特征在于，所述横臂驱动组件包括横臂驱动气缸、第一铰支和连杆，横臂驱动气缸与摆臂的中空段顶部固定连接，横臂驱动气缸的输出端设有第一铰支，第一铰支处连接有两个连杆，各连杆分别与摆臂一侧的横臂铰接，连杆与横臂的铰接处设置第二铰支。

4.根据权利要求3所述一种缩放式搬运机械手，其特征在于，所述横臂一端设有第三铰支，并通过第三铰支与摆臂的辅助支座铰接。

5.根据权利要求1所述一种缩放式搬运机械手，其特征在于，所述基座顶部设有联接座，机械手通过联接座外接机器人。

6.权利要求1～5任一项所述缩放式搬运机械手的夹持方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)摆臂驱动组件驱动两个摆臂对称张开，然后机械手运行至靠近待搬运物品表面；

(2)横臂驱动组件驱动横臂向摆臂两侧展开，形成与摆臂相垂直的横梁式结构；

(3)卡爪驱动组件先驱动卡爪伸出至超过待搬运物品的宽度，再驱动卡爪旋转至卡爪的钩边与待搬运物品边沿的底面平齐，最后驱动卡爪收缩，使卡爪勾住待搬运物品的边沿，此时，机械手的四个卡爪抓紧待搬运物品。

7.根据权利要求6所述缩放式搬运机械手的夹持方法，其特征在于，所述步骤(2)中，横臂驱动组件驱动横臂向摆臂两侧展开的具体过程为：横臂驱动气缸的活塞杆下行，通过连杆推动摆臂左右两侧的横臂以第二铰支为支点向下翻转90°，使两个横臂形成张开状态；

所述步骤(3)中，卡爪驱动组件驱动卡爪伸出时，通过卡爪伸缩气缸推动卡爪旋转气缸直线移动，使导杆推动卡爪向前伸出；卡爪驱动组件驱动卡爪旋转时，卡爪旋转气缸动作，通过导杆驱动卡爪转动；卡爪驱动组件驱动卡爪收缩时，通过卡爪伸缩气缸拉动旋转气缸，使导杆带动卡爪回收。