CN107953354B - 一种具有柔性夹持固定功能的机器人手爪夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有柔性夹持固定功能的机器人手爪夹具，安装板底部连接工作面向下的吸盘装置，安装板顶部分别平行旋接左连接轴及右连接轴，左连接轴两端分别与平行的两左连杆中部垂直固接及与左连接板一端垂直固接，右连接轴两端分别与两右连杆中部垂直固接及与右连接板一端垂直固接，左连杆与右连杆的顶端分别与直线驱动装置两端铰接，左连接板及右连接板另一端与拉杆铰接，两左连杆底端之间置与左连接轴平行的左气囊轴，左气囊板一侧与左气囊轴固接且一面固设左夹紧气囊，两右连杆底端之间置与右连接轴平行的右气囊轴，右气囊板一侧与右气囊轴固接且与左气囊板平行。本发明具有结构紧凑、夹持稳固可靠、适应能力强、定位精确的特点。

Description

一种具有柔性夹持固定功能的机器人手爪夹具

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种结构紧凑、夹持稳固可靠、适应能力强、定位精确的具有柔性夹持固定功能的机器人手爪夹具。

背景技术

随着机电一体化技术的完善，在现代仓储、物流以及包装线上越来越多采用机器人按给定程序、轨迹和要求完成拆垛、码垛以及搬运操作。特别是高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境，以及笨重、单调、频繁的操作中采用机器人来代替人完成作业，具有安全可靠、效率高、成本低的优势。现有技术下的搬运机器人一般采用通用的机器人结合专用的手爪夹具来完成相应功能，而手爪夹具广泛采用机械式气爪，然而在许多应用场合机械式抓取技术有其局限性，为此，真空吸盘常常取代用于码垛、拆垛和搬运等作业。

通常情况下，为了防止在抓取和搬运箱体等物品时出现真空度减弱、物体运动速度较大或真空意外断开的情况掉落，一般都会结合吸盘采取两侧夹持或底部兜底的结构，但采用两侧夹持时如果箱体未处于手爪夹具的中部，夹持时会使箱体发生位移，使得箱体与真空吸盘发生较大的摩擦，造成真空吸盘的损耗并很有可能使吸盘与所夹箱体之间产生缝隙，破坏真空，进而影响整个抓取工作；而采用底部兜底结构不仅会造成垂直方向高度大，对于码放较为紧凑的货架等多有不便，制约了其使用范围；另外，兜底结构一般采用托板从下方托起物料并从上方夹紧物，由于底部的托板及侧部的连接结构的存在，使得货物只能从边上向内顺序抓取，导致其不能按需任意从顶部抓取，也限制了使用范围。此外，现有技术中的真空吸盘对于不是平面的物体，必须根据工件表面结构和轮廓来选择相应结构的专用真空吸盘，不能适用于客户包装物形状、包装材质多样化及节约成本的需求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题及不足，提供了一种结构紧凑、夹持稳固可靠、适应能力强、定位精确的具有柔性夹持固定功能的机器人手爪夹具。

本发明是这样实现的：包括安装板、吸盘装置、直线驱动装置、左连杆、左连接板、左连接轴、拉杆、右连杆、右连接板、右连接轴、左夹紧气囊、左气囊轴、左气囊板、右气囊轴、右气囊板，所述安装板的底部连接有工作面向下的吸盘装置，所述安装板顶部分别平行旋转连接有左连接轴及右连接轴，所述左连接轴的两端分别与相互平行设置的两左连杆的中部垂直固定连接及与左连接板的一端垂直固定连接，所述右连接轴的两端分别与相互平行设置的两右连杆的中部垂直固定连接及与右连接板的一端垂直固定连接，所述左连杆与右连杆于左连接轴和右连接轴之间的顶端分别与直线驱动装置的两端铰接，所述左连接板及右连接板的另一端分别与拉杆铰接，所述左连接轴两端的两左连杆的底端之间设置与左连接轴平行的左气囊轴，所述左气囊板的一侧与左气囊轴固定连接且面向吸盘装置的一面固定设置左夹紧气囊，所述右连接轴两端的两右连杆的底端之间设置与右连接轴平行的右气囊轴，所述右气囊板的一侧与右气囊轴固定连接且与左气囊板平行。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明在吸盘装置的至少一侧设置由连杆机构控制的气囊板和夹紧气囊，能够根据需要驱动气囊板向下运动对预搬运的箱体等形成两侧夹持，然后通过气囊充气，以柔性气囊来增强气囊板与工件之间的静摩擦力，避免抓而不紧的情况发生，同时也能在夹紧轻微偏离手爪夹具中部的箱体时不会发生位移，有效避免真空吸盘损耗造成的掉箱事故；2、本发明在左连杆、左连接板、拉杆、右连杆、右连接板构成的连杆传动机构在直线驱动装置的驱动下，夹紧气囊及气囊板的工作面始终保持平行，降低了定位误差发生的可能；

3、本发明通过设置多个独立控制的吸盘装置，能够根据抓取和搬运需要自动控制相应的真空吸盘，提高了适应能力，也降低了能耗；

4、本发明的吸盘装置通过浮动装置与安装板连接，使得吸盘装置在吸起未处于手爪夹具中部的箱体后在夹紧气囊的夹紧时能够整体自动调整对中，避免了箱体相对真空吸盘发生位移导致吸盘损耗造成的掉箱事故；

5、本发明采用真空海绵吸盘结合夹紧气囊来实现柔性夹持，使得其既能够适应多种规格及形状的表面不平整箱体等产品的搬运，而且也能适应易碎、表面质量要求较高产品的搬运，整体产品适应能力较强。

6、本发明的吸盘装置设置有真空开关，保证在夹持和搬运掉箱时能够及时报警，提高了抓取的可靠性。

因此，本发明具有结构紧凑、夹持稳固可靠、适应能力强、定位精确的特点。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为图1之侧仰视图；

图3为图1之侧俯视图；

图4为图1之侧视图；

图5为图1之局部放大图；

图中：1-安装板，2-吸盘装置，2A-海绵层，2B-壳体，2C-真空发生器，3-直线驱动装置，4-左连杆，5-左连接板，6-左连接轴，7-拉杆，8-右连杆，9-右连接板，10-右连接轴，11-左夹紧气囊，12-左气囊轴，13-左气囊板，14-右气囊轴，15-右气囊板，16-右夹紧气囊，17-左挡块，18-左上挡板，19-左下挡板，20-压板，21-夹板，22-螺栓，23-安装座，24-支架，25-导杆，26-压缩弹簧，27-真空开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

如图1至5所示，本发明包括安装板1、吸盘装置2、直线驱动装置3、左连杆4、左连接板5、左连接轴6、拉杆7、右连杆8、右连接板9、右连接轴10、左夹紧气囊11、左气囊轴12、左气囊板13、右气囊轴14、右气囊板15，所述安装板1的底部连接有工作面向下的吸盘装置2，所述安装板1顶部分别平行旋转连接有左连接轴6及右连接轴10，所述左连接轴6的两端分别与相互平行设置的两左连杆4的中部垂直固定连接及与左连接板5的一端垂直固定连接，所述右连接轴10的两端分别与相互平行设置的两右连杆8的中部垂直固定连接及与右连接板9的一端垂直固定连接，所述左连杆4与右连杆8于左连接轴6和右连接轴10之间的顶端分别与直线驱动装置3的两端铰接，所述左连接板5及右连接板9的另一端分别与拉杆7铰接，所述左连接轴6两端的两左连杆4的底端之间设置与左连接轴6平行的左气囊轴12，所述左气囊板13的一侧与左气囊轴12固定连接且面向吸盘装置2的一面固定设置左夹紧气囊11，所述右连接轴10两端的两右连杆8的底端之间设置与右连接轴10平行的右气囊轴14，所述右气囊板15的一侧与右气囊轴14固定连接且与左气囊板13平行。

所述右气囊板15与左气囊板13相对的平行面固定设置右夹紧气囊16。

所述左气囊轴12与两侧的左连杆4的底端铰接，所述左气囊轴12至少一侧垂直于轴线固定设置有左挡块17，所述左挡块17设置于左连杆4上固定设置的左上挡板18及左下挡板19之间。

所述左夹紧气囊11和/或右夹紧气囊16通过两侧的压板20与夹板21及螺栓22与右气囊板15、左气囊板13固定连接。

所述右气囊轴14与两侧的右连杆8的底端铰接，所述右气囊轴14至少一侧垂直于轴线固定设置有右挡块，所述右挡块设置于右连杆8上固定设置的右上挡板及右下挡板之间。

所述安装板1的底部沿左连接轴6轴线方向至少连接有两个工作面向下的吸盘装置2。

所述吸盘装置2的顶部与安装板1的底部固定连接或浮动连接。

所述吸盘装置2的顶部通过浮动机构与安装板1连接，所述浮动机构包括安装座23、支架24、导杆25、压缩弹簧26，所述安装座23固定设置于吸盘装置2的顶部，所述安装板1的底部在安装座23的两端固定连接支架24，所述支架24之间固定连接与底部平行的导杆25，所述安装座23与导杆25滑动连接，所述安装座23的两侧分别在导杆25上套接压缩弹簧26。

所述吸盘装置2为海绵真空吸盘，所述海绵真空吸盘的顶部设置有真空开关27，所述海绵真空吸盘通过吸盘电磁换向阀与真空气泵连接，所述左气囊轴12和右气囊轴14通过气囊电磁换向阀与真空气泵连接，所述真空开关27及吸盘电磁换向阀、气囊电磁换向阀、直线驱动装置3与控制系统电连接。

所述海绵真空吸盘包括海绵层2A、抽吸板、壳体2B、真空发生器2C，所述海绵层2A设置有多个通孔并与抽吸面板固定连接，所述抽吸板设置有与海绵层2A的通孔对应的微型吸盘且每个微型吸盘内设置有止回阀，所述抽吸板与壳体2B固定连接，所述壳体2B一端固定设置有向内延伸的真空发生器2C，所述真空发生器2C通过吸盘电磁换向阀与真空气泵连接。

本发明工作原理及工作过程：

本发明在吸盘装置的一侧或两侧设置由连杆机构控制的气囊板和夹紧气囊，能够根据需要驱动气囊板向下运动对已吸附的箱体等形成两侧夹持，然后控制气囊充气，以柔性气囊来增强气囊板与工件之间的静摩擦力，避免抓而不紧的情况发生，同时也能在夹紧轻微偏离手爪夹具中部的箱体时通过气囊变形使之不会发生位移，有效避免真空吸盘损耗造成的掉箱事故；而且通过左连杆、左连接板、拉杆、右连杆、右连接板构成的连杆传动机构在直线驱动装置的驱动下，使得夹紧气囊及气囊板的工作面始终保持平行，降低了夹持和搬运定位误差发生的可能。进一步，右气囊板与左气囊板相对的平行面固定设置右夹紧气囊，通过对称设置双气囊，从而能够进一步提高气囊板与工件之间的静摩擦力。跟进一步，左气囊轴与两侧的左连杆的底端铰接，左气囊轴至少一侧垂直于轴线固定设置有左挡块，左挡块设置于左连杆上固定设置的左上挡板及左下挡板之间；通过左气囊轴与左连杆的底端铰接及挡板机构，使得夹紧气囊及气囊板能够在一定范围内摆动，从而能够适应箱体的不同倾斜摆放角度，提高了夹紧气囊的适应性。再进一步，左夹紧气囊和/或右夹紧气囊通过两侧的压板与夹板及螺栓与右气囊板、左气囊板固定连接，在保证气囊与气囊板连接可靠的情况下，又能便于气囊的更换。再进一步，右气囊轴与两侧的右连杆的底端铰接，右气囊轴至少一侧垂直于轴线固定设置有右挡块，右挡块设置于右连杆上固定设置的右上挡板及右下挡板之间；通过将两侧的设置成能够在一定角度内摆动，能够进一步提高夹紧气囊的适应性。进一步，安装板的底部沿左连接轴轴线方向至少连接有两个工作面向下的吸盘装置，吸盘装置的顶部与安装板的底部固定连接或浮动连接；通过设置多个独立控制的吸盘装置，能够根据抓取和搬运需要自动控制相应的真空吸盘，提高了适应能力，也降低了能耗，而且能够根据搬运物的情况，对吸盘装置与安装板的连接方式进行调整。更进一步，吸盘装置通过浮动机构与安装板连接，使得吸盘装置在吸起未处于手爪夹具中部的箱体后在夹紧气囊的夹紧时能够整体自动调整对中，避免了箱体相对真空吸盘发生位移导致吸盘损耗造成的掉箱事故。再进一步，吸盘装置为海绵真空吸盘，海绵真空吸盘的顶部设置有真空开关，海绵真空吸盘通过吸盘电磁换向阀与真空气泵连接，左气囊轴和右气囊轴通过气囊电磁换向阀与真空气泵连接，真空开关及吸盘电磁换向阀、气囊电磁换向阀、直线驱动装置与控制系统电连接；吸盘装置设置真空开关，可保证在夹持和搬运掉箱时能够及时报警，提高了抓取的可靠性，而且通过控制系统根据预设条件对真空开关、吸盘电磁换向阀、气囊电磁换向阀、直线驱动装置的监控和控制，从而能够完成本机器人手爪夹具的有效控制。进一步，采用真空海绵吸盘结合夹紧气囊来实现柔性夹持，使得其既能够适应多种规格及形状的表面不平整箱体等产品的搬运，而且也能适应易碎、表面质量要求较高产品的搬运，整体产品适应能力较强。综上所述，本发明具有结构紧凑、夹持稳固可靠、适应能力强、定位精确的特点。

如图1至5所示，以烟箱拆垛为例，在安装板1下部分别通过浮动机构设置3组独立浮动的海绵真空吸盘2（烟箱码垛时由于抓取件箱的位置相对固定，因此不需要浮动机构，海绵真空吸盘2与安装板1直接固定连接），可根据需要轻松完成1～3件件烟的抓取。每组海绵真空吸盘2都自带真空发生器2C，能够快速建立真空并吸起烟箱；海绵真空吸盘2的抓取和释放由3个常开电磁阀和3个常闭电磁阀分别控制，其中每组海绵真空吸盘2分别由一个吸盘电磁换向阀控制，根据需要抓取件箱数量，可以分别控制一组、二组或是三组吸盘工作。夹紧气囊由一个气囊电磁换向阀控制气囊的充气和放气；通过前后2个气缸3带动连杆传动机构使左右气囊板及夹紧气囊共同实现升降。拆垛时，件箱在输送过程中有可能会发生错位，海绵真空吸盘2上的浮动机构可以有效解决烟箱在一定程度的错位问题。

工作时，控制真空管路的吸盘电磁换向阀打开，由真空发生设备2C在抽吸板的内腔产生真空，通过海绵层2A吸取件烟。机器人把件烟提离抓取位置一定高度后，气缸3动作通过连杆传动机构带动左右气囊板及夹紧气囊向下运动，气缸3到位后左夹紧气囊11和/或右夹紧气囊16开始充气，两侧气囊同时向烟箱方向鼓起，牢牢夹住件箱侧面。此时如果件箱位置相对于夹具中心左右有偏差，浮动机构其中一侧的弹簧被压缩，件箱浮动，相对于夹具中心对齐。机器人夹持烟箱对件烟进行搬运，到达指定位置上方一定距离后，气囊释放压力，气缸3带动左右气囊板及夹紧气囊向上运动复位，机器人下降，控制真空管路的吸盘电磁换向阀关闭，把件烟释放到指定位置上。

Claims (6)

1.一种具有柔性夹持固定功能的机器人手爪夹具，其特征在于，包括安装板（1）、吸盘装置（2）、直线驱动装置（3）、左连杆（4）、左连接板（5）、左连接轴（6）、拉杆（7）、右连杆（8）、右连接板（9）、右连接轴（10）、左夹紧气囊（11）、左气囊轴（12）、左气囊板（13）、右气囊轴（14）、右气囊板（15）；所述安装板（1）的底部连接有工作面向下的吸盘装置（2），所述安装板（1）顶部分别平行旋转连接有左连接轴（6）及右连接轴（10），所述左连接轴（6）的两端分别与相互平行设置的两左连杆（4）的中部垂直固定连接及与左连接板（5）的一端垂直固定连接，所述右连接轴（10）的两端分别与相互平行设置的两右连杆（8）的中部垂直固定连接及与右连接板（9）的一端垂直固定连接；所述左连杆（4）与右连杆（8）于左连接轴（6）和右连接轴（10）之间的顶端分别与直线驱动装置（3）的两端铰接，所述左连接板（5）及右连接板（9）的另一端分别与拉杆（7）铰接，所述左连接轴（6）两端的两左连杆（4）的底端之间设置与左连接轴（6）平行的左气囊轴（12），所述左气囊板（13）的一侧与左气囊轴（12）固定连接且面向吸盘装置（2）的一面固定设置左夹紧气囊（11），所述右连接轴（10）两端的两右连杆（8）的底端之间设置与右连接轴（10）平行的右气囊轴（14），所述右气囊板（15）的一侧与右气囊轴（14）固定连接且与左气囊板（13）平行；所述右气囊板（15）上与左气囊板（13）相对的平行面固定设置右夹紧气囊（16）；所述左气囊轴（12）与两侧的左连杆（4）的底端铰接，所述左气囊轴（12）至少一侧垂直于轴线固定设置有左挡块（17），所述左挡块（17）设置于左连杆（4）上固定设置的左上挡板（18）及左下挡板（19）之间；所述左夹紧气囊（11）和/或右夹紧气囊（16）通过两侧的压板（20）与夹板（21）及螺栓（22）与右气囊板（15）、左气囊板（13）固定连接；所述右气囊轴（14）与两侧的右连杆（8）的底端铰接，所述右气囊轴（14）至少一侧垂直于轴线固定设置有右挡块，所述右挡块设置于右连杆（8）上固定设置的右上挡板及右下挡板之间。

2.根据权利要求1所述具有柔性夹持固定功能的机器人手爪夹具，其特征在于，所述安装板（1）的底部沿左连接轴（6）轴线方向至少连接有两个工作面向下的吸盘装置（2）。

3.根据权利要求2所述具有柔性夹持固定功能的机器人手爪夹具，其特征在于，所述吸盘装置（2）的顶部与安装板（1）的底部固定连接或浮动连接。

4.根据权利要求3所述具有柔性夹持固定功能的机器人手爪夹具，其特征在于，所述吸盘装置（2）的顶部通过浮动机构与安装板（1）连接，所述浮动机构包括安装座（23）、支架（24）、导杆（25）、压缩弹簧（26），所述安装座（23）固定设置于吸盘装置（2）的顶部，所述安装板（1）的底部在安装座（23）的两端固定连接支架（24），所述支架（24）之间固定连接与底部平行的导杆（25），所述安装座（23）与导杆（25）滑动连接，所述安装座（23）的两侧分别在导杆（25）上套接压缩弹簧（26）。

5.根据权利要求4所述具有柔性夹持固定功能的机器人手爪夹具，其特征在于，所述吸盘装置（2）为海绵真空吸盘，所述海绵真空吸盘的顶部设置有真空开关（27），所述海绵真空吸盘通过吸盘电磁换向阀与真空气泵连接，所述左气囊轴（12）和右气囊轴（14）通过气囊电磁换向阀与真空气泵连接，所述真空开关（27）及吸盘电磁换向阀、气囊电磁换向阀、直线驱动装置（3）与控制系统电连接。

6.根据权利要求5所述具有柔性夹持固定功能的机器人手爪夹具，其特征在于，所述海绵真空吸盘包括海绵层（2A）、抽吸板、壳体（2B）、真空发生器（2C），所述海绵层（2A）设置有多个通孔并与抽吸面板固定连接，所述抽吸板设置有与海绵层（2A）的通孔对应的微型吸盘且每个微型吸盘内设置有止回阀，所述抽吸板与壳体（2B）固定连接，所述壳体（2B）一端固定设置有向内延伸的真空发生器（2C），所述真空发生器（2C）通过吸盘电磁换向阀与真空气泵连接。