CN107322629A - 柔性机械式手爪及具有该柔性机械式手爪的搬运机器人 - Google Patents

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杜岳峰
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Abstract

本发明属于工业自动化领域，涉及一种用于抓取堆积式袋装物资的柔性机械式手爪，包括：连接架(1)、平板(3)、双作用气缸、驱动机构、传动机构和夹持机构；传动机构包括水平传动块(9)、传动板(10)、竖直传动块(11)、连接块(12)、长销轴(13)和短销轴(14)；夹持机构包括夹持距离调节机构和夹持板(22)，所述夹持距离调节机构包括连接块(12)和滑块(23)；驱动机构包括机械臂控制系统、气泵、24V电源模块、五位三通电磁阀和气动开关。采用薄夹持板和可调节间距的夹持机构，使得该手爪可以适应不同规格尺寸物资的搬运与抓取，具有抓取可靠、移动灵活等特点。

Description

柔性机械式手爪及具有该柔性机械式手爪的搬运机器人
技术领域
本发明属于工业自动化领域，具体地，涉及一种用于抓取堆积式袋装物资的柔性机械式手爪，还涉及一种具有所述柔性机械式手爪的搬运机器人。
背景技术
目前，我国袋装物资的仓库搬运和装卸方式主要是靠肩扛和小车拉，装卸工人不仅劳动强度大、工作效率低，而且是在粉尘的环境下工作，易危害身心健康。
国内外广泛用于袋装物资装卸的设备有两种：真空吸吊式手爪和机械式手爪。对于真空吸盘式手爪，虽操作简单快捷，但不能满足抓取过重的袋装物资。并且真空吸盘式手爪营造真空环境技术难度大，需要很大成本；对于机械式手爪，由于其手爪普遍弯折的结构，导致无法对密集堆垛的袋装物资进行无损、快捷抓取和搬运。
综上所述，现有技术中的装卸设备都不太适用于密集堆放的袋装物资的装卸，无法对袋装物资进行无损快捷抓取。
因此迫切需要一种能满足袋装物资快速而无损装卸和堆垛的机械式手爪。
发明内容
本发明针对现有机械式手爪弯折的结构需要操作空间大、手爪直接抓取的方式容易使包装袋破损等问题，提供了一种用于抓取堆积式袋装物资的柔性机械式手爪，采用气缸的伸缩往复运动控制机械手爪的抓取，再结合视觉识别技术对袋装物资抓取和搬运，很好地解决了抓取过程中包装袋易破损的难题。
本发明的另一目的在于提供一种具有该柔性机械式手爪的搬运机器人。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种柔性机械式手爪，包括：连接架1、平板3、双作用气缸、驱动机构、传动机构和夹持机构；
平板3固接在连接架1底部；
双作用气缸包括缸筒4和气缸活塞杆5；双作用气缸的缸筒4竖直布置在连接架1框架结构的容纳空间内，气缸活塞杆5位于缸筒4下方；
传动机构包括水平传动块9、传动板10、竖直传动块11、连接块 12、长销轴13和短销轴14；
其中，传动板10包括左耳板、右耳板以及位于两者之间的结合部；两个传动板10通过各自结合部顶端分别固接在平板3的前、后边缘处，左耳板、右耳板的下端对称地设有传动板通孔15；
水平传动块9的中心处开有通孔，气缸活塞杆5沿竖直方向穿过水平传动块9的通孔，活塞杆螺母8套在气缸活塞杆5的下端；
两个竖直传动块11的上端分别与水平传动块9的左右两端通过短销轴14转动连接；
夹持机构包括夹持距离调节机构和夹持板22，所述夹持距离调节机构包括连接块12和滑块23；
连接块12为“L”形，包括水平臂和斜臂，水平臂与斜臂之间的角度为110°～130°，两个连接块12的水平臂的一端分别与两个竖直传动块11的下端通过短销轴14转动连接，两个连接块12的斜臂之间构成一容纳空间，水平臂和斜臂结合处开有轴孔29，长销轴13穿过传动板通孔15和轴孔29将连接块12与传动板10转动连接；
夹持板22为“L”形，包括上部夹持板和下部夹持板，上部夹持板和下部夹持板之间的角度为110°～130°，上部夹持板固接有滑块 23，滑块23上端高于上部夹持板；
在连接块12的斜臂内侧开有“U”形轨道槽，用于容纳夹持板22 上固接的滑块23，斜臂开有多个斜臂连接孔24；
滑块23开有滑块螺纹孔25，通过沉头螺栓26插入斜臂连接孔24 和滑块螺纹孔25，将夹持板22固定在斜臂上；夹持板22左右对称，两个夹持板22之间构成一容纳空间；
驱动机构包括机械臂控制系统、气泵、24V电源模块、五位三通电磁阀和气动开关，其中，气泵与双作用气缸连接，气泵为双作用气缸提供气源，五位三通电磁阀与双作用气缸连接，五位三通电磁阀控制气缸上下的往复运动，24V电源模块和气动开关构成气动控制电路，启动开关与双作用气缸连接，气动开关控制双作用气缸的运动方向和通断停止。
连接架1为矩形框架结构，连接架1顶部与搬运机器人的机械臂可拆卸连接。
在长销轴13上、连接块12与传动板10之间设置有铜轴承16定位，在长销轴13上、传动板10的外侧设置有大卡环17进行定位。
短销轴14端部均设置铜轴承16和小卡环21。
活塞杆螺母8内圈直径大于水平传动块9的通孔的内圈直径。
水平臂与斜臂之间的角度为110°。
上部夹持板和下部夹持板之间的角度为110°。
连接机构上还安装有视觉识别传感器，与机械臂控制系统连接。
平板3为矩形平板。
一种搬运机器人，其机械臂与权利要求1～9中之一的柔性机械式手爪装配在一起。
本发明的有益效果在于：
本发明的用于抓取堆积式袋装物资的柔性机械式手爪，采用薄夹持板和可调节间距的夹持机构，使得柔性机械式手爪可以适应不同规格尺寸物资的搬运与抓取，具有抓取可靠、移动灵活等特点；同时，采用气缸传动，经济实用，气缸的往复运动便能实现对袋装物资的装、卸两个步骤。在农资装卸场合代替人工搬运，减轻了装卸工人的劳动强度、提高装卸效率、减少环境污染、使操作更加简便，实现农资装卸的机械化和自动化。
附图说明
图1是本发明的柔性机械式手爪的结构示意图；
图2是本发明的柔性机械式手爪的夹持机构的结构示意图。
附图标记
1 连接架 2 连接螺栓
3 平板 4 缸筒
5 气缸活塞杆 7 平板连接螺栓组
8 活塞杆螺母 9 水平传动块
10 传动板 11 竖直传动块
12 连接块 13 长销轴
14 短销轴 15 传动板通孔
16 铜轴承 17 大卡环
21 小卡环 22 夹持板
23 滑块 24 斜臂连接孔
25 滑块螺纹孔 26 沉头螺栓
29 轴孔
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的柔性机械式手爪，用于抓取堆积式袋装物资，其包括：连接架1、平板3、双作用气缸、驱动机构、传动机构和夹持机构。
连接架1为矩形框架结构，连接架1顶部与搬运机器人的机械臂可拆卸连接。
平板3通过平板连接螺栓组7固接在连接架1底部，平板3为矩形平板。
双作用气缸包括缸筒4和气缸活塞杆5。双作用气缸的缸筒4竖直布置在连接架1框架结构的容纳空间内，气缸活塞杆5位于缸筒4下方。
传动机构包括水平传动块9、传动板10、竖直传动块11、连接块 12、长销轴13和短销轴14。
其中，传动板10包括左耳板、右耳板以及位于两者之间的结合部。两个传动板10通过各自结合部顶端分别固接在平板3的前、后边缘处，左耳板、右耳板的下端对称地设有传动板通孔15。
水平传动块9的中心处开有通孔，气缸活塞杆5沿竖直方向穿过水平传动块9的通孔，活塞杆螺母8套在气缸活塞杆5的下端，起固定与限位的作用。活塞杆螺母8内圈直径大于水平传动块9的通孔的内圈直径。工作时，依靠气缸活塞杆5的上下移动带动水平传动块9。使用活塞杆螺母8对水平传动块9进行限位的设计使得拆卸方便。
两个竖直传动块11的上端分别与水平传动块9的左右两端通过短销轴14转动连接。
如图2所示，夹持机构包括夹持距离调节机构和夹持板22，所述夹持距离调节机构包括连接块12和滑块23。
连接块12为“L”形，包括水平臂和斜臂，水平臂与斜臂之间的角度为110°～130°，本实施例中，优选为110°。两个连接块12的水平臂的一端分别与两个竖直传动块11的下端通过短销轴14转动连接。两个连接块12的斜臂之间构成一容纳空间。水平臂和斜臂结合处开有轴孔29，长销轴13穿过传动板通孔15和轴孔29将连接块12与传动板10转动连接。
在长销轴13上、连接块12与传动板10之间设置有铜轴承16定位，采用铜轴承定位是因为铜材料耐磨，可以适应重复夹持的工况的需求。在长销轴13上、传动板10的外侧设置有大卡环17进行定位，选用大卡环17定位是因为该夹持机构轴向运动微小，运用大卡环17足以限制轴向运动。
类似地，短销轴14端部均设置铜轴承16和小卡环21进行定位。
夹持板22为“L”形，包括上部夹持板和下部夹持板，上部夹持板和下部夹持板之间的角度为110°～130°，本实施例中，优选为 110°。上部夹持板固接有滑块23，滑块23上端高于上部夹持板。
在连接块12的斜臂内侧开有“U”形轨道槽，用于容纳夹持板22 上固接的滑块23，斜臂开有多个斜臂连接孔24，分别为夹持板22之间距离调节的多个档位，用于安装滑块23。本实施例中，优选为4个斜臂连接孔24。
滑块23设有滑块螺纹孔25，当夹持板22位置确定时，可通过沉头螺栓26插入斜臂连接孔24和滑块螺纹孔25，将夹持板22固定在斜臂上。夹持板22左右对称，两个夹持板22之间构成一容纳空间。
工作时，左、右夹持板22之间的间距应略大于袋装物资的宽度，便于快速简便的夹持所需物资。传动机构与夹持机构构成容纳袋装物资的空间。
驱动机构包括机械臂控制系统、气泵、24V电源模块、五位三通电磁阀和气动开关。其中，气泵与双作用气缸连接，气泵为双作用气缸提供气源，五位三通电磁阀与双作用气缸连接，五位三通电磁阀控制气缸上下的往复运动，24V电源模块和气动开关构成气动控制电路，启动开关与双作用气缸连接，气动开关控制双作用气缸的运动方向和通断停止。
连接机构上还安装有视觉识别传感器(图中未示出)，与机械臂控制系统连接，本实施例中，该视觉识别传感器安装于传动板10侧面，根据视觉识别传感器识别出的位置信息，视觉识别传感器发出信号，触发机械臂控制系统，机械臂控制系统控制柔性机械式手爪的夹持动作开始，实现自动抓取。
本发明的用于抓取堆积式袋装物资的柔性机械式手爪的工作过程如下：
通过连接架1将本发明的柔性机械式手爪连接至搬运机器人的机械臂上。
初始位置的气缸活塞杆5处于伸长状态。工作时，首先，气泵气压加至额定气压，为双作用驱动气缸充气，充气完成后，驱动机构准备完毕。
根据所要夹持物资的宽度尺寸，调节夹持板22之间的距离，使两夹持板22的距离比夹持物资宽度略大即可，用沉头螺栓26将滑块23 与连接块12的斜臂固定。
根据视觉识别传感器的定位，通过机械臂将柔性机械式手爪定位到需要夹持的物资的适当位置，打开气动开关，使气缸活塞杆5自下而上地运动，带动水平传动块9向上运动，使竖直传动块11也跟着旋转，连接块12和夹持板22将收紧，从而夹住所要夹持的物资。
通过机械臂的运动，将夹持物资搬运到指定位置。此时，将气动开关切换到使气缸活塞杆5自上而下运动，经过水平传动块9、竖直传动块11、连接块12的传动，使夹持板22张开，从而释放物资，完成往复的一个完整动作，从而实现了对袋装物资的抓取和搬运。
本发明还涉及一种，搬运机器人，其机械臂与该柔性机械式手爪装配在一起。

Claims (10)

1.一种柔性机械式手爪，其特征在于：其包括：连接架(1)、平板(3)、双作用气缸、驱动机构、传动机构和夹持机构；
平板(3)固接在连接架(1)底部；
双作用气缸包括缸筒(4)和气缸活塞杆(5)；双作用气缸的缸筒(4)竖直布置在连接架(1)框架结构的容纳空间内，气缸活塞杆(5)位于缸筒(4)下方；
传动机构包括水平传动块(9)、传动板(10)、竖直传动块(11)、连接块(12)、长销轴(13)和短销轴(14)；
其中，传动板(10)包括左耳板、右耳板以及位于两者之间的结合部；两个传动板(10)通过各自结合部顶端分别固接在平板(3)的前、后边缘处，左耳板、右耳板的下端对称地设有传动板通孔(15)；
水平传动块(9)的中心处开有通孔，气缸活塞杆(5)沿竖直方向穿过水平传动块(9)的通孔，活塞杆螺母(8)套在气缸活塞杆(5)的下端；
两个竖直传动块(11)的上端分别与水平传动块(9)的左右两端通过短销轴(14)转动连接；
夹持机构包括夹持距离调节机构和夹持板(22)，所述夹持距离调节机构包括连接块(12)和滑块(23)；
连接块(12)为“L”形，包括水平臂和斜臂，水平臂与斜臂之间的角度为110°～130°，两个连接块(12)的水平臂的一端分别与两个竖直传动块(11)的下端通过短销轴(14)转动连接，两个连接块(12)的斜臂之间构成一容纳空间，水平臂和斜臂结合处开有轴孔(29)，长销轴(13)穿过传动板通孔(15)和轴孔(29)将连接块(12)与传动板(10)转动连接；
夹持板(22)为“L”形，包括上部夹持板和下部夹持板，上部夹持板和下部夹持板之间的角度为110°～130°，上部夹持板固接有滑块(23)，滑块(23)上端高于上部夹持板；
在连接块(12)的斜臂内侧开有“U”形轨道槽，用于容纳夹持板(22)上固接的滑块(23)，斜臂开有多个斜臂连接孔(24)；
滑块(23)开有滑块螺纹孔(25)，通过沉头螺栓(26)插入斜臂连接孔(24)和滑块螺纹孔(25)，将夹持板(22)固定在斜臂上；夹持板(22)左右对称，两个夹持板(22)之间构成一容纳空间；
驱动机构包括机械臂控制系统、气泵、24V电源模块、五位三通电磁阀和气动开关，其中，气泵与双作用气缸连接，气泵为双作用气缸提供气源，五位三通电磁阀与双作用气缸连接，五位三通电磁阀控制气缸上下的往复运动，24V电源模块和气动开关构成气动控制电路，启动开关与双作用气缸连接，气动开关控制双作用气缸的运动方向和通断停止。
2.根据权利要求1所述的柔性机械式手爪，其特征在于：
连接架(1)为矩形框架结构，连接架(1)顶部与搬运机器人的机械臂可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的柔性机械式手爪，其特征在于：
在长销轴(13)上、连接块(12)与传动板(10)之间设置有铜轴承(16)定位，在长销轴(13)上、传动板(10)的外侧设置有大卡环(17)进行定位。
4.根据权利要求1所述的柔性机械式手爪，其特征在于：
短销轴(14)端部均设置铜轴承(16)和小卡环(21)。
5.根据权利要求1所述的柔性机械式手爪，其特征在于：
活塞杆螺母(8)内圈直径大于水平传动块(9)的通孔的内圈直径。
6.根据权利要求1所述的柔性机械式手爪，其特征在于：
水平臂与斜臂之间的角度为110°。
7.根据权利要求1所述的柔性机械式手爪，其特征在于：
上部夹持板和下部夹持板之间的角度为110°。
8.根据权利要求1所述的柔性机械式手爪，其特征在于：
连接机构上还安装有视觉识别传感器，与机械臂控制系统连接。
9.根据权利要求1所述的柔性机械式手爪，其特征在于：
平板(3)为矩形平板。
10.一种搬运机器人，其特征在于：其机械臂与权利要求1～9中之一的柔性机械式手爪装配在一起。
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