CN108081295A - 用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器 - Google Patents
用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器 Download PDFInfo
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Abstract
用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，属于机器人制造技术领域。它包括支撑组件、柔性抓取组件、压包夹紧组件、高度适应组件、第一自动检测组件、第二自动检测组件；支撑组件用于支撑柔性抓取组件、压包夹紧组件、高度适应组件和自动检测组件。其优点是：它能够解决在固体胶状块形物料生产、搬运领域无法实现完备自动化的技术难题；具有适应平面不规则和高度不统一的柔性抓取功能；提供了新型的胶状块形物料搬运方案，可实现连续来料或成托来料的胶块搬运，不受空间的限制，提高了利用率和生产可靠性，具有可观的经济效益；广泛用于橡胶块、硅胶块等固体胶状块形物料的拆垛、搬运、码垛等工作，使整个过程安全可靠、快速高效。
Description
技术领域
本发明属于机器人制造技术领域，具体涉及一种用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器。
背景技术
在物料生产、搬运领域，智能化装备逐渐代替人的工作，将快速提高生产效率，降低生产成本。由于目前胶状块形物料自身形状不规则、变形量大，生产拆垛、搬运还以传统的人工搬运为主，尤其是在橡胶、轮胎等生产领域，并没有成套可用于该物料完备的自动化搬运装置，严重制约生产效率，同时，胶状块形物料自身重量大、形状不规则，操作中还会对工作人员造成伤害。目前机械抓手多以吸取、夹持等方式为主，作用于物料表面，功能适应性单一，无法解决固体胶状块形不规则、大变形物料的搬运作业。鉴于此，需要设计一种用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，解决固体胶状块形物料不规则、大变形，高质量无法使用自动化设备的现状，从而大大减轻了人工劳动力、提高了生产效率，降低了生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，以避免固体胶状块形物料外形不规则、高度变形量大对搬运装置可靠性的干扰，解决前后相连的不规则固体胶状块形物料或整托物料无法自动抓取搬运的难题。该装置可直接用于橡胶块、硅胶块等固体胶状块形物料的拆垛、搬运、码垛等工作，完全代替人工搬运，使整个过程安全可靠、快速高效，对于工作环境恶劣、工作量繁重的行业，可广泛推广使用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，其特征在于：包括支撑组件、柔性抓取组件、压包夹紧组件、高度适应组件、第一自动检测组件、第二自动检测组件；所述支撑组件用于支撑所述柔性抓取组件、所述压包夹紧组件、所述高度适应组件和所述自动检测组件；
所述支撑组件包括法兰盘、横向架体、纵向架体、托板、引导套；所述纵向架体与所述横向架体的横向杆垂直交叉连接，所述法兰盘连接在所述横向架体、所述纵向架体的交叉面的上部；所述法兰盘的上端面用于连接外部的机器人末端；所述纵向架体的两肩部内设置所述引导套，两肩部外侧设置所述第一自动检测组件；所述托板固定设置于所述横向架体的竖直杆的下部；
所述第一自动检测组件包括第一接近开关、第二接近开关，所述第一接近开关、所述第二接近开关设置于所述纵向架体的两肩部的外侧；
所述高度适应组件包括引导杆、第一挡板、第二挡板、限位板、涨紧弹簧；所述引导杆上端部可活动地套设于所述引导套中，通过机器人末端执行器下降产生的压力实现引导杆在引导套中上下运动；所述涨紧弹簧套设于所述引导杆的中部，所述涨紧弹簧上、下分别设置所述第二挡板、所述第一挡板；所述限位板扣设于所述引导杆的顶端、所述引导套的上方；所述引导杆下端连接所述柔性抓取组件；
所述柔性抓取组件包括抓齿、滚轮、支撑板、连接板、固定板、气缸；所述连接板连接在所述引导杆的下端，所述支撑板上端中部与所述连接板活动连接；所述抓齿的齿端上部与所述气缸的活塞杆活动连接，所述抓齿的齿根部与所述支撑板中部活动连接；所述气缸的缸筒与所述固定板连接，所述固定板固定于所述支撑板的两侧凸起的肩部；所述滚轮设置于所述支撑板的底端的两足部；
所述压包夹紧组件包括压包球头、压包气缸，所述压包气缸与所述托板连接，所述压包球头连接于所述压包气缸的活塞杆上；
所述第二自动检测组件包括下支架、上支架、超声波传感器；所述下支架设置在所述托板上，所述上支架设置在所述下支架上，所述超声波传感器设置在所述上支架上；所述下支架设置有半圆形环状安装孔，所述上支架能够在所述下支架上进行﹢10°/-70°的位置调节，从而实现所述超声波传感器对待搬运块状物料的全覆盖检测。
优选的，所述柔性抓取组件还包括销轴A、销轴B、第一轴承、第二轴承；所述支撑板上端中部通过所述销轴B、所述第二轴承与所述连接板活动连接，使得所述柔性抓取组件可绕所述高度适应组件进行±50°的旋转；所述支撑板中部通过所述销轴A、所述第一轴承与所述抓齿的齿根部活动连接，用于所述抓齿抓取物料时可绕所述支撑板旋转。
优选的，所述高度适应组件还包括无油轴套、引导键，两个所述无油轴套分别上下固定连接于所述引导套内，两个所述无油轴套上设置有所述引导键；所述引导杆上部可活动地穿设于两个所述无油轴套中, 所述引导杆上的导槽与所述引导键配合，使得所述引导杆在所述无油轴套中只做上下运动而不能够转动。
优选的，所述柔性抓取组件还包括Y接头，所述抓齿的齿端上部通过所述Y接头活动连接于所述气缸的活塞杆上；所述Y接头、所述抓齿、所述支撑板、所述固定板、所述销轴A、所述气缸、所述销轴A、所述第一轴承、所述销轴B、所述第二轴承组成一个联动系统，实现自动抓取工作。
优选的，所述支撑组件还包括垫板，所述法兰盘的下端面经所述垫板与所述横向架体、所述纵向架体连接；所述横向架体、所述纵向架体及所述垫板沿中心轴线呈对称布置一体化焊接。
优选的，所述压包夹紧组件还包括连接螺母，所述连接螺母与所述压包气缸的活塞连接，锁紧所述压包球头。
优选的，所述第一自动检测组件还包括接近开关支架，所述接近开关支架设置于所述纵向架体的两肩部外侧，所述第一接近开关、所述第二接近开关连接在所述接近开关支架上。
优选的，所述第二接近开关为安全开关，所述第一接近开关为检测开关。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够解决在固体胶状块形物料生产、搬运领域无法实现完备自动化的技术难题，如适应性差、占用空间大、结构复杂、效率低下等；同时，具有适应平面不规则和高度不统一的柔性抓取功能，高度适应量0-100mm，偏转适应量±50°；提供了新型的胶状块形物料搬运方案，可实现连续来料或成托来料的胶块搬运，不受空间的限制，大大提高了装置的利用率和生产的可靠性，具有可观的经济效益；广泛用于橡胶块、硅胶块等固体胶状块形物料的拆垛、搬运、码垛等工作，使整个过程安全可靠、快速高效，为不规则固体胶状块形物料自动化搬运提供新的技术支持。
附图说明
图1是本发明实施例的立体结构示意图；
图2是图1中的A处的放大图；
图3为本发明实施例的侧视结构示意图；
图4为本发明实施例的工作示意图。
图中标记为：
1、支撑组件；11、法兰盘；12、横向架体；13、纵向架体；14、托板；15、引导套；
16、垫板；2、柔性抓取组件；21、Y接头；22、抓齿；23、滚轮；24、支撑板；25、连接板；26、固定板；27、气缸；28、销轴A；29、销轴B；3、压包夹紧组件；31、压包球头；
32、压包气缸；33、连接螺母；4、高度适应组件；41、引导杆；42、第一挡板；
43、第二挡板；44、限位板；45、涨紧弹簧；5、第一自动检测组件；51、第一接近开关；
52、第二接近开关；53、接近开关支架；6、第二自动检测组件；61、下支架；62、上支架；63、超声波传感器。
具体实施方式
下面结合附图实施例，对本发明做进一步描述：
实施例一
如图1、2、3、4所示，一种用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，包括支撑组件1、柔性抓取组件2、压包夹紧组件3、高度适应组件4、第一自动检测组件5、第二自动检测组件6；支撑组件1用于支撑柔性抓取组件2、压包夹紧组件3、高度适应组件4和自动检测组件5；高度适应组件4中引导杆41可自由上下移动，自适应不规则固体胶状块形物料高度。
支撑组件1包括法兰盘11、横向架体12、纵向架体13、托板14、引导套15、垫板16；纵向架体13与横向架体12的横向杆垂直交叉连接，法兰盘11的下端面经垫板16连接在横向架体12、纵向架体13的交叉面的上部，横向架体12、纵向架体13及垫板16沿中心轴线呈对称布置一体化焊接，法兰盘11的上端面用于连接外部的机器人末端；托板14固定设置于横向架体12的竖直杆的下部；纵向架体13的两肩部内设置引导套15，两肩部外侧设置第一自动检测组件5；
第一自动检测组件5包括第一接近开关51、第二接近开关52、接近开关支架53，接近开关支架53设置于纵向架体13的两肩部外侧，第一接近开关51、第二接近开关52连接在接近开关支架53上；第二接近开关52为安全开关，第一接近开关51为检测开关。当物料被第一接近开关51检测到后，末端执行器下移，柔性抓取组件2中滚轮23与物料接触，支撑板24引导滚轮23柔性适应不规则固体胶状块形物料形状，当第二接近开关52检测到物料后，末端执行器停止下移，柔性抓取组件2中气缸27伸出，带动抓齿22动作抓取物料。
高度适应组件4包括引导杆41、第一挡板42、第二挡板43、限位板44、涨紧弹簧45、无油轴套、引导键；引导套15内固定安装一个或上下固定连接两个无油轴套，无油轴套上设置有引导键；引导杆41上部可活动地穿设于无油轴套中, 引导杆41上的导槽与引导键配合，使得引导杆41在无油轴套中只做上下运动，而不能够进行转动或平移；引导杆41上部通过机器人末端执行器下降产生的压力，实现引导杆41在引导套15中的上下运动, 分别按照在纵向架体13的两肩部内的两组引导杆41独立运动，能够适应固体胶状块形物料中高低不平的工况；限位板44扣设于引导杆41的顶端、处于引导套15的上方，在引导杆41下降到极限位置时，限位板44确保引导杆41的顶端在纵向架体13上方；涨紧弹簧45套设于引导杆41的中部，涨紧高度适应组件4，防止上下移动过程中晃动；涨紧弹簧45的上端设置有第二挡板43、下端设置有第一挡板42，第二挡板43、第一挡板42活动地套设于引导杆41上，防止涨紧弹簧45跑偏卡死；引导杆41下端连接柔性抓取组件2；
柔性抓取组件2包括Y接头21、抓齿22、滚轮23、支撑板24、连接板25、固定板26、气缸27、销轴A28、销轴B29、第一轴承、第二轴承；
连接板25连接在高度适应组件4中的引导杆41的下端，支撑板24上端中部通过销轴B29、第二轴承与连接板25活动连接，使得柔性抓取组件2可绕高度适应组件4进行±50°的旋转；
支撑板24中部通过销轴A28、第一轴承30与抓齿22的齿根部活动连接，用于抓齿22抓取物料时可绕支撑板24旋转；抓齿22的齿端上部通过Y接头21活动连接于气缸27的活塞杆上；气缸27的缸筒与固定板26连接，固定板26固定于支撑板24的两侧凸起的肩部；滚轮23设置于支撑板24的底端的两足部，当检测到物料时，末端执行器下移，首先滚轮23接触到物料表面，两组滚轮23独立运动，自适应不同表面状况，由于不规则固体胶状块形物料表面凹凸不平，滚轮23在压力作用下自身旋转的同时引导支撑板24上的自由度旋转，从而保证各组抓齿22与物料表面保持平行。支撑板24共四件，每两件一组对称布置，可适应不规则固体胶状块形物料宽度方向的差异，提高抓取可靠性。
Y接头21、抓齿22、支撑板24、固定板26、销轴A28、气缸27、销轴A28、第一轴承、销轴B29、第二轴承组成一个联动系统，实现自动抓取工作。
压包夹紧组件3包括压包球头31、压包气缸32、连接螺母33，压包气缸32与托板14连接，连接螺母33与压包气缸32的活塞连接，连接螺母33把压包球头31锁紧。在柔性抓取组件2中的抓齿22抓取物料后，压包气缸32的活塞杆伸出推动压包球头31顶住抓取的物料，使物料与支撑组件1在运动过程中相对静止，防止发生晃动。
第二自动检测组件6包括下支架61、上支架62、超声波传感器63；下支架61设置在托板14上，上支架62设置在下支架61上，超声波传感器63设置在上支架62上；下支架61设置有半圆形环状安装孔，上支架62能够在下支架61上进行﹢10°/-70°的位置调节，从而实现超声波传感器63对待搬运块状物料的全覆盖检测。
支撑组件1的法兰盘11与机器人或其他运动部件末端实现快速连接；支撑组件1的纵向架体13内部设置引导套15，用于连接高度适应组件4，高度适应组件4在引导套15中轴向移动，柔性抓取组件2通过销轴B29柔性连接到高度适应组件4上，柔性抓取组件2能够绕销轴B29转动，支撑组件1中横向架体12通过托板14支撑压包夹紧组件3、第一自动检测组件5和第二自动检测组件6，从而使支撑组件1、柔性抓取组件2、压包夹紧组件3、高度适应组件4、第一自动检测组件5和第二自动检测组件6，形成一个左右回转、上下调节的联动系统。
支撑板24每组两件，共两组四件，每组之间连接抓齿22；抓齿22每组两件，共两组四件，每组抓齿22成对抓取物料；引导杆41共两件，沿中心轴线对称成对分布，用于适应高度方向不规则物料的抓取；压包球头31和压包气缸32共四件，两件为一组对称分布；压包夹紧组件3与柔性抓取组件2串联动作。
本发明的工作原理和工作过程如下：
如图1至4所示，抓取过程：当物料到位后，整个末端执行器下降，柔性抓取组件2中的滚轮23优先接触物料的顶部，并随着物料顶部不规则的平面滑动，起到定位引导作用，当同一侧两个滚轮23同时不再滑动后，连接滚轮23的支撑板24上移，带动高度适应组件4中的引导杆41上移，涨紧弹簧45逐渐压紧收缩，当两侧第一接近开关51同时接受到信号后，发出允许抓取信号，末端执行器停止下降，气缸27完全伸出，驱动抓齿22同时收缩抓胶，完成块状不规则物料的抓取工作。
搬运过程：抓胶完成后末端执行器上移，引导杆41下降，限位板44进行限位；压包夹紧组件3中的压包气缸32完全伸出，带动压包球头31压紧物料平面，使物料、压包夹紧组件3、支撑组件1、柔性抓取组件2和高度适应组件4形成刚性结构，在物料搬运过程中不发生晃动，相对静止搬运输送。搬运过程中，当超声波传感器63失去信号，则报警停止。
放料过程：到达目标位后，驱动抓齿22展开，胶块下落，同时压包气缸32收回，带动压包球头31收回，第一接近开关51 和超声波传感器63同时失去信号，完成快速放料。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，其特征在于：包括支撑组件、柔性抓取组件、压包夹紧组件、高度适应组件、第一自动检测组件、第二自动检测组件；所述支撑组件用于支撑所述柔性抓取组件、所述压包夹紧组件、所述高度适应组件和所述自动检测组件；
所述支撑组件包括法兰盘、横向架体、纵向架体、托板、引导套；所述纵向架体与所述横向架体的横向杆垂直交叉连接，所述法兰盘连接在所述横向架体、所述纵向架体的交叉面的上部；所述法兰盘的上端面用于连接外部的机器人末端；所述纵向架体的两肩部内设置所述引导套，两肩部外侧设置所述第一自动检测组件；所述托板固定设置于所述横向架体的竖直杆的下部；
所述第一自动检测组件包括第一接近开关、第二接近开关，所述第一接近开关、所述第二接近开关设置于所述纵向架体的两肩部的外侧；
所述高度适应组件包括引导杆、第一挡板、第二挡板、限位板、涨紧弹簧；所述引导杆上端部可活动地套设于所述引导套中，通过机器人末端执行器下降产生的压力实现引导杆在引导套中上下运动；所述涨紧弹簧套设于所述引导杆的中部，所述涨紧弹簧上、下分别设置所述第二挡板、所述第一挡板；所述限位板扣设于所述引导杆的顶端、所述引导套的上方；所述引导杆下端连接所述柔性抓取组件；
所述柔性抓取组件包括抓齿、滚轮、支撑板、连接板、固定板、气缸；所述连接板连接在所述引导杆的下端，所述支撑板上端中部与所述连接板活动连接；所述抓齿的齿端上部与所述气缸的活塞杆活动连接，所述抓齿的齿根部与所述支撑板中部活动连接；所述气缸的缸筒与所述固定板连接，所述固定板固定于所述支撑板的两侧凸起的肩部；所述滚轮设置于所述支撑板的底端的两足部；
所述压包夹紧组件包括压包球头、压包气缸，所述压包气缸与所述托板连接，所述压包球头连接于所述压包气缸的活塞杆上；
所述第二自动检测组件包括下支架、上支架、超声波传感器；所述下支架设置在所述托板上，所述上支架设置在所述下支架上，所述超声波传感器设置在所述上支架上；所述下支架设置有半圆形环状安装孔，所述上支架能够在所述下支架上进行﹢10°/-70°的位置调节，从而实现所述超声波传感器对待搬运块状物料的全覆盖检测。
2.如权利要求1所述用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，其特征在于：所述柔性抓取组件还包括销轴A、销轴B、第一轴承、第二轴承；
所述支撑板上端中部通过所述销轴B、所述第二轴承与所述连接板活动连接，使得所述柔性抓取组件可绕所述高度适应组件进行±50°的旋转；所述支撑板中部通过所述销轴A、所述第一轴承与所述抓齿的齿根部活动连接，用于所述抓齿抓取物料时可绕所述支撑板旋转。
3.如权利要求2所述用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，其特征在于：所述高度适应组件还包括无油轴套、引导键，两个所述无油轴套分别上下固定连接于所述引导套内，两个所述无油轴套上设置有所述引导键；所述引导杆上部可活动地穿设于两个所述无油轴套中, 所述引导杆上的导槽与所述引导键配合，使得所述引导杆在所述无油轴套中只做上下运动而不能够转动。
4.如权利要求1至3任一所述用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，其特征在于：所述柔性抓取组件还包括Y接头，所述抓齿的齿端上部通过所述Y接头活动连接于所述气缸的活塞杆上；
所述Y接头、所述抓齿、所述支撑板、所述固定板、所述销轴A、所述气缸、所述销轴A、所述第一轴承、所述销轴B、所述第二轴承组成一个联动系统，实现自动抓取工作。
5.如权利要求4所述用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，其特征在于：所述支撑组件还包括垫板，所述法兰盘的下端面经所述垫板与所述横向架体、所述纵向架体3连接；所述横向架体、所述纵向架体及所述垫板沿中心轴线呈对称布置一体化焊接。
6.如权利要求5所述用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，其特征在于：所述压包夹紧组件还包括连接螺母，所述连接螺母与所述压包气缸的活塞连接，锁紧所述压包球头。
7.如权利要求6所述用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，其特征在于：所述第一自动检测组件还包括接近开关支架，所述接近开关支架设置于所述纵向架体的两肩部外侧，所述第一接近开关、所述第二接近开关连接在所述接近开关支架上。
8.如权利要求7所述用于不规则固体胶状块形物料搬运的机器人末端执行器，其特征在于：所述第二接近开关为安全开关，所述第一接近开关为检测开关。
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