CN105619435B - 一种具有激振功能的刚柔混合型机械手、机器人及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有激振功能的刚柔混合型机械手、机器人及方法。机械手部分主要包括机械手悬臂，机械手悬臂的两端分别具有连接部及装配部；所述连接部与钢链的一端固定连接，钢链的另一端与取料机构固定连接；所述连接部还与激振机构固定连接；所述激振机构能够独立于取料机构对物料进行激振以实现单个物料的分离以便于取料机构取料。本发明通过设计全新的结构，使得机械手兼具刚性和柔性的特点，既避免刚性结构应力集中及刚性冲击，又能减小拾取过程中的晃动，还能够进行激振，令物料分离。

Description

一种具有激振功能的刚柔混合型机械手、机器人及方法
技术领域
本发明涉及机械工程相关技术领域，具体的说，是涉及一种具有激振功能的刚柔混合型机械手、机器人及方法。
背景技术
当前我国经济发展进入新常态，传统机械制造业发展面临新挑战，迫切需要制造业转型升级，提高生产加工的自动化和智能化水平。目前，火焰切割、等离子切割和激光切割等方式已广泛应用于机械企业下料车间，国内绝大多数机械加工企业下料车间，板材切割后都采用行车人工取料的方式，效率极低，严重限制了企业的生产效率。
传统人工操作行车取料时，取料装置为纯柔性装置，采用钢链连接电磁铁，手动控制电磁铁通断电的方式取料，此装置在取料过程，晃动幅度很大，不易控制，取料过程易与车间其他设备发生碰撞，易对现场操作人员造成人身伤害，有较大的安全隐患。
部分企业采用的自动取料机械手，末端取料装置采用刚性设计，取料时易产生应力集中与刚性冲击，此外，火焰切割后，板材熔化粘结，易造成机械手取料困难。
基于上述原因，需要设计一套刚柔混合型取料机械手，既能避免刚性结构的应力集中及刚性冲击问题，又能减小拾取过程的晃动。此外，取料装置还应具有激振功能，以解决板材熔化粘结时取料困难的问题。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种具有激振功能的刚柔混合型机械手。本发明通过设计全新的结构，使得机械手兼具刚性和柔性的特点，既避免刚性结构应力集中及刚性冲击，又能减小拾取过程中的晃动，还能够进行激振。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有激振功能的刚柔混合型机械手，包括：
机械手悬臂，机械手悬臂的两端分别具有连接部及装配部；
所述连接部与钢链的一端固定连接，钢链的另一端与取料机构固定连接；
所述连接部还与激振机构固定连接；
所述激振机构能够独立于取料机构对物料进行激振以实现单个物料的分离以便于取料机构取料。
优选的，所述取料机构为取料电磁铁。
优选的，所述激振机构为激振电磁铁或气缸。
优选的，所述激振机构通过复位弹簧与连接部固定连接。
优选的，所述取料机构具有通孔，激振机构位于所述通孔中。
优选的，所述取料机构上还安装有用于测距模块。
优选的，所述钢链为四条，四条钢链以所述通孔为中心呈圆周镜像分布，以便于四条钢链中间成为用于容纳所述激振机构的空间。
优选的，所述机械手悬臂为金属材质。
优选的，所述激振电磁铁外侧具有屏蔽套筒。
在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种机器人，该机器人上安装有上述的刚柔混合型机械手。
作为更佳的方案，本发明还提供了一种基于上述的机器人进行取料的方法，主要包括如下步骤：
A、机器人带动刚柔混合型机械手移动至物料一侧；
B、激振机构对目标物料进行敲击振动，使目标物料与非目标物料脱离粘连状态；
C、取料机构获取物料；
D、机器人带动刚柔混合型机械手移动至下料地点，取料机构令物料与自身脱离。
本发明的有益效果是：
(1)通过钢链连接机械手悬臂及取料电磁铁，使得本装置能够获得机械手悬臂的刚性及钢链的柔性，令机械手在取料快速移动过程中，控制晃动幅度，减小应力集中，并避免取料时电磁铁与钢板产生刚性冲击。
(2)与行车通过纯柔性钢链连接电磁铁取料相比，本机械手易于控制晃动幅度。与纯刚性机械手取料相比，本机械手可减小应力集中，并避免取料时电磁铁与钢板产生刚性冲击。
(3)本机械手采用的刚柔混合型结构，可减小取料机器人对Z轴的运动精度要求，极大的降低生产成本。
(4)通过激振机构对物料进行周期性或连续性激振，使其可以与非目标物料分离，解决了因板材熔化粘结造成机械手取料困难的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1.机械手悬臂，2.钢链，3.测距模块，4.取料机构，5.复位弹簧，6.激振机构，7.连接部，8.装配部。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细说明。
实施例1：一种具有激振功能的刚柔混合型机械手，其结构如图1所示，包括：
金属材质的机械手悬臂1，机械手悬臂1的上端为装配部8，装配部8上具有多个螺纹孔；装配部8的下端为连接部7。
钢链2的一端与连接部7固定连接，钢链2的另一端与取料机构4固定连接。钢链2可选择为普通柔性钢链。钢链2的单条长度约为200mm，在满足强度要求的同时，避免应力集中和刚性冲击，并在快速移动过程中控制晃动幅度。
同时，所述连接部7还与多个复位弹簧5固定连接，复位弹簧5的另一端与激振机构6固定连接。所述取料机构4还具有中心孔，激振机构6位于所述中心孔中内。
其中，所述钢链2为四条，四条钢链2以所述中心孔为中心呈圆周或矩形镜像分布，使得四条钢链2中间成为用于容纳所述激振机构6的空间。
作为较佳的选择，所述激振机构6可以选择为激振电磁铁或气缸。当激振机构6选择为电磁铁(即电磁铁吸盘)时，需要在电磁铁外部加装屏蔽材料层减少取料电磁铁对激振电磁铁磁场的影响。
本实施例中，通过西门子PLC S7-300的DI/DO模块控制激振电磁铁通断电的时间和频率，利用电磁铁与板材的吸附力，以实现敲击振动功能，根据取料末端装置尺寸及激振电磁铁的终吸力，选用合适的复位弹簧5的型号。
所述取料机构4为取料电磁铁。即取料机构4为机械手专用电磁吸盘，可通过PLC控制程序，控制电磁铁的通断电。通过西门子PLC S7-300的DI/DO模块，控制中间继电器，以控制取料电磁铁的通断电，取料电磁铁接触板材时，控制电磁铁通电，拾取板材，待板材拾取至指定位置后，控制电磁铁断电，则物料与机械手分离。
取料电磁铁可根据不同工业备料车间的具体板材重量，确定所需的终吸力与外形尺寸。
所述激振机构6能够独立于取料机构4对物料进行激振以实现单个物料的分离来便于取料机构4取料。
出于判断取料机构4与目标物料之间距离的考虑，本发明还在取料机构4上安装了测距模块3。测距模块3可以选择为KS103超声波测距模块。超声波测距模块具有受环境影响较小、抗干扰能力强的特点，适合工业现场环境。利用超声波测距模块可实时监测取料电磁铁与目标物料(板材)的距离判断，将测距模块3输出的距离信号反馈至PLC控制程序，实现Z轴坐标的调整，进而实现Z坐标方向的运动精确控制。
KS103超声波测距模块，采用数字输出，根据不同测量指令直接输出距离值mm，测距最大距离8米，盲区为最小1cm之内，测量精度平均3mm。
实施例2：一种机器人，该机器人具有三轴联动功能，且该机器人上安装有实施例1中的刚柔混合型机械手。
本发明的机器人，取料方法为：
基于三坐标伺服控制系统的机器人，待X、Y、Z三坐标联动，控制机械手至待取料板材重心上方100mm(也可根据实际情况设定具体值)处，通过西门子PLC S7-300程序，控制激振电磁铁通断电的通电时间和频率，利用激振电磁铁与板材的吸附力，以实现敲击振动目的，令目标板材与其他板材脱离。
激振完成后，控制拾取机器人Z轴电机向下移动105mm(根据实际情况调试设定具体值)，控制取料电磁铁通电，实现取料电磁铁吸附板材，拾取过程中，采用的机械手末端悬臂采用柔性钢链连接取料电磁铁的结构，可控制晃动幅度，减小应力集中，并避免取料时电磁铁与钢板产生刚性冲击，并能够减小取料机器人对Z轴的运动精度要求。
最后，机器人带动刚柔混合型机械手移动至下料地点，取料电磁铁断电，则物料与自身脱离，完成下料。
重复上述过程，即可实现重复激振、取料、运输和下料。
采用了上述结构后，本发明所提供的机械手及机器人，可自动完成整个取料过程，安全系数高，可靠性高，结构简单，且取料过程中不易与车间其他设备产生干涉。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种具有激振功能的刚柔混合型机械手，其特征在于，包括：
机械手悬臂，机械手悬臂的两端分别具有连接部及装配部；
所述连接部与钢链的一端固定连接，钢链的另一端与取料机构固定连接；
所述连接部还与激振机构固定连接；
所述激振机构能够独立于取料机构对物料进行激振以实现单个物料的分离以便于取料机构取料；
所述取料机构为取料电磁铁；
所述激振机构通过复位弹簧与连接部固定连接；
所述激振机构为激振电磁铁或气缸；
所述取料机构具有通孔，激振机构位于所述通孔中；
所述取料机构上还安装有用于测距模块；
所述钢链为四条，四条钢链以所述通孔为中心呈圆周镜像分布，以便于四条钢链中间成为用于容纳所述激振机构的空间。
2.根据权利要求1所述的刚柔混合型机械手，其特征在于，所述激振电磁铁外侧具有屏蔽套筒。
3.一种机器人，其特征在于，该机器人上安装有权利要求1-2任一项所述的刚柔混合型机械手。
4.一种基于权利要求3所述的机器人进行取料的方法，其特征在于，步骤如下：
A、机器人带动刚柔混合型机械手移动至物料一侧；
B、激振机构对目标物料进行敲击振动，使目标物料与非目标物料脱离粘连状态；
C、取料机构获取物料；
D、机器人带动刚柔混合型机械手移动至下料地点，取料机构令物料与自身脱离。
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