CN108501007B - 工业机器人夹持器及工业机器人 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种工业机器人夹持器，包括夹持部，所述夹持部为环形，由两个半环形的夹臂对合而成；还包括驱动夹持部开合的驱动部；所述夹臂内周向均布有多个滑腔，该滑腔的底部处于所述夹持部的内周壁上，所述底部为弹性材料制成；滑腔内横向设有可沿所述夹持部径向滑动的活塞，该活塞与所述底部形成以一具气密性的气囊，该气囊内充满空气；所述活塞内设有电磁铁。本发明还公开了以该工业机器人夹持器作为末端执行机构的工业机器人，克服现有工业机器人夹持器夹持范围有限且专物专用这个局限性，夹持范围广、适应性较强。

Description

工业机器人夹持器及工业机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及工业机器人夹持器和工业机器人。

背景技术

机器人在进行作业时，必须在机器人手腕的端部安装某种装置，这种装配是用来直接完成作业任务。当这种装置的动作与机器人手腕和手臂的运动相协调时，就可以成功地完成作业，该装置被称为末端执行器，也被称为机器人手爪。

工业机器人系统中，机械臂末端的设计对于降低误差和循环周期来说非常重要，由于这一部分是直接与物理环境接触，通常工作误差可以归结到很多方面，但是问题往往出现在末端夹具。设计良好的机械手末端夹具可以在很大程度上提高效率、提高系统的可靠性，并对机器人的误差提供补偿，给装配系统带来高的附加价值。

目前主要有两种机械手：一种是工业夹持器，通常是指其结构随着夹持操作对象的形状而固定。工业夹持器的自由度较少，一般只有一个活动关节。由于其结构是随着夹持对象的形状而固定，所以这样的工业夹持器就是通常我们所说的专用夹具。另一种是六十年代科学家们研制出的智能型机器人灵巧手，此类夹持器的特点是它的机械结构与人手相似，具有多个活动关节，自由度也较多，可以夹持不同尺寸的物体，能模仿人手有灵活多样的精细操作，如抓握拧捻等。

上述两种机械手存在的问题：工业夹持器可以对大质量的物体进行夹持，但其夹持范围有限，要求夹持对象规则，一般都是专物专用；灵巧手虽可以实现灵活多样的精细操作，但目前大部分仿生夹持器只应用于实验室，其设计上大多是针对小载荷，形状变化不大或者实验应用的场合，而且它们大多结构和控制都很复杂，成本也相对较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有工业机器人夹持器夹持范围有限且专物专用这个局限性，提出了一种具有夹持范围广、适应性较强的工业机器人夹持器。

工业机器人夹持器，包括夹持部，所述夹持部为环形，由两个半环形的夹臂对合而成；还包括驱动夹持部开合的驱动部；

所述夹臂内周向均布有多个滑腔，该滑腔的底部处于所述夹持部的内周壁上，所述底部为弹性材料制成；滑腔内横向设有可沿所述夹持部径向滑动的活塞，该活塞与所述底部形成以一具气密性的气囊，该气囊内充满空气；所述活塞内设有电磁铁。

本方案的工作原理为：本发明中的工业机器人夹持器用于抓取具有磁性的工件，驱动部驱动夹臂张开，而后绕工件对合；此时开启电磁铁，在磁力的作用下，各电磁铁均向着工件的方向运动，进而挤压滑腔内的空气最终造成弹性材料制成的底面向着工件鼓起直至挤压工件的外表面，如此，工件则被鼓起的底面紧紧包裹，完成对于工件的夹持。

本发明的有益效果在于，通过电磁铁与工件之间的吸引制造出了鼓起的底面以包裹工件，鼓起程度则与工件表面到夹持部内周壁的距离有关，如此每个底面根据工件的外轮廓，会有不同程度的鼓起，柔性的底面在与工件表面接触后，其形状随工件的外轮廓姿自适应的改变，如此对工件形成紧密的包裹，还能保护工件表面不被碰伤。各个电磁铁是相互独立的，最终各自会根据受力停留在一相互平衡的稳定位置上。

综上，本发明通过各自独立的电磁铁、滑腔以及底面的配合，实现对不同外轮廓的工件的夹持，克服现有工业机器人夹持器夹持范围有限且专物专用这个局限性，夹持范围广、适应性较强。

进一步，所述活塞上朝向所述夹持部外周面的一侧上沿夹持部的径向固设有齿条，所述滑腔内还设置有与该齿条啮合的齿轮，所述齿轮的中心沿齿轮的轴向设有伸出夹持部的转轴；所述转轴通过轴承与所述夹持部连接；所述转轴伸出夹持部的一端为螺纹端，该螺纹端上螺纹连接有滑块活塞，所述滑块活塞为方形；该滑块活塞滑动配合于一液腔内，该液腔设于一液压缸内，该液压缸通过支撑机构固定支撑在夹持部上；所述滑块活塞与所述液腔间具有液密性；所述液压缸上设有向所述液腔内通入液体的进液管，该进液管上设有进液方向的单向阀，所述液压缸上还设有向所述液腔外出液的出液管，该出液管上设有出液方向的单向阀；所述出液管连通至一伸缩液压缸内，所述伸缩液压缸处于所述夹持部之外，伸缩液压缸的活塞杆沿所述夹持部的轴线设置，活塞杆的输出端指向所述夹持部，该输出端上设有推板；所述伸缩液压缸上还设有受控启闭的排液阀；所述推板与所述夹持部间的距离通过一调节机构调节。

在夹持住工件后，需要将工件放至工位时，可间歇的启闭电磁铁，关闭电磁铁时柔性地面恢复其形变松开工件，同时推动电磁铁复位，进而带动齿条沿夹持器的径向移动，带动齿轮转动，进而带动转轴的螺纹端转动，由于与螺纹端螺纹连接的滑块活塞为方形，且液压缸固定在夹持部上，螺纹端的转动迫使滑块活塞挤压液体；液体从出液管输入伸缩液压缸内，液压缸内的液体增加从而推动活塞杆以及推板推动工件；再次开启电磁铁，使得齿条反向运动，齿轮通过转轴传动，使得滑块活塞回退，在负压的作用下，液体通过进液管输入液腔内；整个过程中在单向阀的作用下液体只能单向流动，如此往复，直至工件被推出夹持部行至工位上；完成推出后，开启排液阀则可排出刚才输入伸缩液压缸的液体，从而使得活塞杆复位。而通过调节结构可以使得推板的初始位置处于与工件接触的位置，避免不必要的行程。

本方案通过往复的开启和关闭，推动工件沿夹持部的轴向被推出，利用了夹持时气囊储存的能量，同时还避免了常规的打开夹持部落下工件的方式，该方式易对工件造成碰撞损伤，本方案而通过推进工件则可以沿一平面逐步放置工件，没有下落则不易碰伤工件。

进一步，所述夹持部除电磁铁和底面外，均由非磁性材料制成。

这样使得电磁铁只与工件之间有磁力，减少无谓的能量消耗，同时受力方向单一，保证动作的稳定性。

进一步，所述夹持部上还设有用于感知夹持部姿态的陀螺仪；

还包括功率控制模块，与所述陀螺仪电连接，用于根据陀螺仪感知到的夹持部所处姿态控制处于工件外周下半圆的电磁铁的功率增加；

还包括多个与电磁铁一一对应的功率调整模块，用于根据功率控制模块的指令调整电磁铁的功率。

工件外周下半圆会受到工件重力的作用，而上半圆则不会，因此调整处于下半圆的电磁铁增大功率以增大磁力抵消重力，可以是的工件受力更为平衡。

进一步，所述滑腔的底部为硅胶片制成。

硅胶片柔软不易损伤工件，物理性能稳定，耐高温，耐腐蚀。

本发明的另一目的是提供一种工业机器人，该工业机器人采用本发明提供的夹持器作为末端执行器。该机器人克服现有工业机器人采用的夹持器夹持范围有限且专物专用这个局限性，夹持范围广、适应性较强。

附图说明

图1为本发明实施例工业机器人夹持器的示意图。

图2为图1中的工业机器人夹持器的侧视图。

图3为图2中A处的放大图。

图4为本发明实施例工业机器人夹持器功率控制部分的示意性框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：夹臂1、活塞2、底部3、工件4、齿条5、齿轮6、转轴7、滑块活塞8、液腔9、进液管10、出液管11、伸缩液压缸12、排液阀13、活塞杆14、推板15、伸缩杆16。

实施例基本如附图1所示：

工业机器人夹持器，包括夹持部，所述夹持部为环形，由两个半环形的夹臂对合而成；还包括驱动夹持部开合的驱动部，该驱动部的可用形式很多，均为现有技术，在此不做赘述；所述夹臂内周向均布有多个滑腔，该滑腔的底部3处于所述夹持部的内周壁上，所述底部3为硅胶制成；滑腔内横向设有可沿所述夹持部径向滑动的活塞2，该活塞2与所述底部3形成以一具气密性的气囊，该气囊内充满空气；所述活塞2内设有电磁铁。

每个活塞2上朝向所述夹持部外周面的一侧上沿夹持部的径向固设有齿条5，每个滑腔都设置有与该齿条5啮合的齿轮6；如图2所示，所述齿轮6的中心沿齿轮6的轴向设有伸出夹持部的转轴7；所述转轴7通过轴承与所述夹持部连接；如图3所示，所述转轴7伸出夹持部的一端为螺纹端，该螺纹端上螺纹连接有滑块活塞8，所述滑块活塞8为方形；该滑块活塞8滑动配合于一液腔9内，该液腔9设于一液压缸内，该液压缸通过固定支架支撑在夹持部上；所述滑块活塞8与所述液腔9间具有液密性；所述液压缸上设有向所述液腔9内通入液体的进液管10，该进液管10上设有进液方向的单向阀，所述液压缸上还设有向所述液腔9外出液的出液管11，该出液管11上设有出液方向的单向阀。

如图2所示，所有的出液管11连通至一伸缩液压缸12内，图中仅以一跟出液管11作为示例，该伸缩液压缸通过两根伸缩杆16支撑在两个夹臂中的一个，伸缩杆16上设有自锁装置；伸缩液压缸12的活塞杆14沿所述夹持部的轴线设置，并处于所述夹持部之外，活塞杆14的输出端上设有推板15；所述伸缩液压缸12上还设有受控启闭的排液阀13。

当夹持器用于抓取工件4时，驱动部驱动夹臂张开，而后绕工件4对合；此时开启电磁铁，在磁力的作用下，各电磁铁均向着工件4的方向运动，进而挤压滑腔内的空气最终造成弹性材料制成的底面向着工件4鼓起直至挤压工件4的外表面，如此，工件4则被鼓起的底面紧紧包裹，完成对于工件4的夹持。通过电磁铁与工件4之间的吸引制造出了鼓起的底面以包裹工件4，鼓起程度则与工件4表面到夹持部内周壁的距离有关，如此每个底面根据工件4的外轮廓，会有不同程度的鼓起，柔性的底面在与工件4表面接触后，其形状随工件4的外轮廓姿自适应的改变，如此对工件4形成紧密的包裹。各个电磁铁是相互独立的，最终各自会根据受力停留在一相互平衡的稳定位置上。通过各自独立的电磁铁、滑腔以及底面的配合，实现对不同外轮廓的工件4的夹持，克服现有工业机器人夹持器夹持范围有限且专物专用这个局限性，夹持范围广、适应性较强。

在夹持住工件4后，需要将工件4放至工位时，可间歇的启闭电磁铁，关闭电磁铁时柔性地面恢复其形变松开工件4，同时推动电磁铁复位，进而带动齿条5沿夹持器的径向移动，带动齿轮6转动，进而带动转轴7的螺纹端转动，由于与螺纹端螺纹连接的滑块活塞8为方形，且液压缸固定在夹持部上，螺纹端的转动迫使滑块活塞8挤压液体；液体从各个液压缸的出液管11输入伸缩液压缸12内，累积多个液压缸中排出的液体后，液压缸内的液体增加从而推动活塞杆14以及推板15推动工件4；再次开启电磁铁，使得齿条5反向运动，齿轮6通过转轴7传动，使得滑块活塞8回退，在负压的作用下，液体通过进液管10输入液腔9内；整个过程中在单向阀的作用下液体只能单向流动，如此往复，直至工件4被推出夹持部行至工位上；完成推出后，开启排液阀13则可排出刚才输入伸缩液压缸12的液体，从而使得活塞杆14复位。而通过调节并锁定伸缩杆16的长度，可以使得推板15的初始位置处于与工件4接触的位置，避免不必要的行程。

通过往复的开启和关闭，推动工件4沿夹持部的轴向被推出，利用了夹持时气囊储存的能量，同时还避免了常规的打开夹持部落下工件4的方式，该方式易对工件4造成碰撞损伤，而通过推进工件4则可以沿一平面逐步放置工件4，没有下落则不易碰伤工件4。

本实施例中的各个部件，除了电磁铁和底面外，均应由非磁性的奥氏体型不锈钢或非金属材料制成，本实施例采用了304不锈钢制作的零件，需要密封的部位则是常规的非金属密封材料，使得电磁铁只与工件4之间有磁力，减少无谓的能量消耗，同时受力方向单一，保证动作的稳定性。

如图4所示，本实施例中还有功率控制部分，夹持部上设有用于感知夹持部姿态的陀螺仪；还包括功率控制模块，该模块为一MCU，陀螺仪电连接该MCU以向MCU发送夹持部的姿态信息，MCU内置算法根据姿态信息可以得知那些电磁铁当前处于工件4外周下半圆；进而向这些电磁铁所对应的功率调整模块发送指令，增大这部分的电磁铁的功率。如果姿态改变后，某些增大了功率的电磁铁来到了工件4外周的上半圆，MCU曾根据内置算法发出将这部分电磁铁的功率恢复正常的指令，对应的功率调整模块则执行这一指令，将这部分电磁铁的功率恢复到初始的功率。本实施例中根据姿态信息获取那些电磁铁处于下半圆的内置算法以及功率调整模块的具体实现均为本领域技术人员周知的现有技术，在此不做赘述。

工件4外周下半圆会受到工件4重力的作用，而上半圆则不会，因此调整处于下半圆的电磁铁增大功率以增大磁力抵消重力，可以是的工件4受力更为平衡。

本实施例中的工业机器人夹持器依托于一工业机器人，作为该工业机器人的执行机构，在某些实施例中，也可利用工业机器人的中心处理器作为功率调整模块，只需将陀螺仪接入中心处理器，同时在中心处理器中写入相应算法即可。因此，该机器人克服现有工业机器人采用的夹持器夹持范围有限且专物专用这个局限性，夹持范围广、适应性较强。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.工业机器人夹持器，包括夹持部，所述夹持部为环形，由两个半环形的夹臂对合而成；还包括驱动夹持部开合的驱动部；其特征在于：

所述夹臂内周向均布有多个滑腔，该滑腔的底部处于所述夹持部的内周壁上，所述底部为弹性材料制成；滑腔内横向设有可沿所述夹持部径向滑动的活塞，该活塞与所述底部形成以一具气密性的气囊，该气囊内充满空气；所述活塞内设有电磁铁，所述夹持部用于夹持可与电磁铁吸引的工件。

2.根据权利要求1所述的工业机器人夹持器，其特征在于：所述活塞上朝向所述夹持部外周面的一侧上沿夹持部的径向固设有齿条，所述滑腔内还设置有与该齿条啮合的齿轮，所述齿轮的中心沿齿轮的轴向设有伸出夹持部的转轴；所述转轴通过轴承与所述夹持部连接；所述转轴伸出夹持部的一端为螺纹端，该螺纹端上螺纹连接有滑块活塞，所述滑块活塞为方形；该滑块活塞滑动配合于一液腔内，该液腔设于一液压缸内，该液压缸通过支撑机构固定支撑在夹持部上；所述滑块活塞与所述液腔间具有液密性；所述液压缸上设有向所述液腔内通入液体的进液管，该进液管上设有进液方向的单向阀，所述液压缸上还设有向所述液腔外出液的出液管，该出液管上设有出液方向的单向阀；所述出液管连通至一伸缩液压缸内，所述伸缩液压缸处于所述夹持部之外，伸缩液压缸的活塞杆沿所述夹持部的轴线设置，活塞杆的输出端指向所述夹持部，该输出端上设有推板；所述伸缩液压缸上还设有受控启闭的排液阀；所述推板与所述夹持部间的距离通过一调节机构调节。

3.根据权利要求1所述的工业机器人夹持器，其特征在于：所述夹持部除电磁铁和滑腔的底部外，均由非磁性材料制成。

4.根据权利要求1所述的工业机器人夹持器，其特征在于：所述夹持部上还设有用于感知夹持部姿态的陀螺仪；

还包括功率控制模块，与所述陀螺仪电连接，用于根据陀螺仪感知到的夹持部所处姿态控制处于工件外周下半圆的电磁铁的功率增加；

还包括多个与电磁铁一一对应的功率调整模块，用于根据功率控制模块的指令调整电磁铁的功率。

5.根据权利要求1所述的工业机器人夹持器，其特征在于：所述滑腔的底部为硅胶片制成。

6.工业机器人，其特征在于：其末端执行器为权利要求1～5中任一所述的工业机器人夹持器。

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