CN108638024A - 一种用于手套箱中的手臂机器人及手套箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于手套箱中的手臂机器人，包括：水平导轨、柔性机械手臂和抓取器；水平导轨固定在手套箱内，基座固定连接到可滑动地水平导轨，水平导轨中设置有控制模块和第一组电机，控制模块与第一组电机电连接；基座固定连接柔性机械手臂；柔性机械手臂活动端固定连接抓取器；抓取器上设置有与控制模块通讯连接的若干微电机，微电机驱使抓取器的活动部运动。在控制模块的操控下分别通过可转动的关节柔性的调整姿态，能够自动化完成元件抓取、转运和安装工作。本发明还提供了应用该手臂机器人的手套箱。根据本发明的手臂机器人能够在封闭的手套箱内完成工件抓取、转运以及安装工作，极大地保证人员安全。

Description

一种用于手套箱中的手臂机器人及手套箱

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种用于手套箱中的手臂机器人及应用该手臂机器人手套箱。

背景技术

由于放射性物料的辐射危害，其操作一般在具有屏蔽功能的手套箱内进行。手套箱是操作放射性材料、放射性物质具有屏蔽功能设备，手套箱内的生产操作是人员穿戴手套完成，为保护人员安全不受辐射损害，手套孔上安装的手套，具有屏蔽放射性辐射危害的功能，非普通手套，所以手套比较笨重，比较厚实，不透气等缺点。手套箱为放射性物料屏蔽防护设施，人员站在手套箱外部，透过手套箱上铅玻璃窗观察内部设备，通过穿戴手套对内部物料和设备进行操作。现有手套箱内设备零件或工件的更换维护是操作人员在手套箱外穿戴手套更换维护完成。因手套箱的手套有以上缺点，所以穿戴手套后，在手套箱内更换维护时，人手的抓取和操作灵活性降低很多，不仅人的手臂所能操作的范围有限，费时费力，而且人工操作的劳动强度大，效率低，对于手套箱相对体积较大甚至有些地方无法轻易地够到，时常无法即时完成零件或工件的更换维护。

手套箱内的放射性存在虽然被屏蔽，但手套箱外仍存在因沾染放射性碎屑而受到放射性辐射的风险，而且人工操作的时间和次数都有严格限制，操作完成后还需要去污程序，让人员及时进行清理衣物和冲洗身体，以保证人员的安全。

因此，现有生产作业方式，效率较低，有安全风险，操作的总时间和次数受严重限制，已经无法满足高效工业化生产的需求，亟需自动化工作的装置和系统。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于手套箱中的手臂机器人以及应用该手臂机器人的手套箱。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种用于手套箱的手臂机器人，包括：水平导轨、柔性机械手臂和抓取器；

所述水平导轨固定在手套箱内，所述基座固定连接到可滑动地水平导轨，所述水平导轨中设置有控制模块和第一组电机，所述控制模块与第一组电机电连接；所述基座固定连接柔性机械手臂；所述柔性机械手臂活动端固定连接抓取器；所述抓取器上设置有与所述控制模块通讯连接的若干微电机，所述微电机驱使抓取器的活动部运动。

在根据本发明的一个实施方案中，所述柔性机械手臂包括：固定底座、活动后臂、第一关节、活动前臂、第二关节和第三关节；

其中，所述固定底座与基座固定连接，同时通过第一关节与活动后臂固定连接；所述第一关节包括第一转轴和第二组电机，所述第二组电机与控制模块通讯连接并驱动第一转轴转动；；

所述活动后臂远离基座的一端通过第二关节与活动前臂连接，所述第二关节包括第二转轴和第三组电机，所述第三组电机与控制模块通讯连接并且驱动第二转轴转动；

所述活动前臂远离活动后臂的一端通过第三关节与抓取器固定连接，所述第三关节包括第三转轴和第四组电机，所述第四组电机与控制模块通讯连接并且驱动第三转轴转动；。

在根据本发明的一个实施例中，所述基座中还设置有扭转关节，所述扭转关节包括第五组电机和第四转轴，所述第五组电机与所述控制模块通讯连接并驱动第四转轴转动。

进一步地，在抓取器上还设置有第五转轴，该第五转轴的转动面垂直于抓取器的纵向平面，从而可以通过转动调整抓取器的抓取方向，以利于抓取和安装元件。

在根据本发明的一个实施例中，抓取器上设置有元件识别传感器和位置传感器；所述元件识别传感器和位置传感器分别与控制模块通讯连接。

进一步地，所述抓取器上设置有压力传感器，以利于确定抓取器是否完成抓取动作。

本发明还提供了一种手套箱，包括上述的手臂机器人、载物架、元件输送口、隔离箱体；

所述手臂机器人的水平导轨固定在所述手套箱内的高处，所述隔离箱体的一个侧壁设置有元件输送口，所述隔离箱体的另一侧壁上设置有观察窗；所述载物架固定在隔离箱体内。

在根据本发明的一个实施例中，所述载物架上设置有转动台，所述转动台的驱动装置与控制模块通讯连接。

在根据本发明的一个实施例中，所述手套箱的外部设置有操作台，所述操作台与控制模块通讯连接。

在根据本发明的一个实施例中，所述元件输送口设置有元件识别传感器。

本发明进一步提供了一种用于手套箱的手臂机器人的控制方法，包括：

操作台向控制模块发送工作信号；

控制模块在收到工作信号后分别向第一组电机、第二组电机、第三组电机和第四组电机发出抓取信号；

在收到抓取信号后，基座、第一关节、第二关节、第三关节和抓取器协同运动，完成抓取动作；

抓取器抓取元件后向控制模块发送抓取信息；

控制模块在收到抓取信息后分别向第一组电机、第二组电机、第三组电机和第四组电机发出转运信号；

在收到转运信号后，基座、第一关节、第二关节、第三关节和抓取器协同运动，将元件转运至载物台上方；

当元件与载物台上的对应接口对准后，控制模块发出安装信号，第一组电机、第二组电机、第三组电机和第四组电机协同操作，使活动后臂、活动前臂以及抓取器协同运动，将元件安装到适当位置。

在根据本发明的一个实施例中该控制方法还包括：

在完成抓取动作时：第一组电机收到抓取信号后驱动基座沿着水平导轨向元件输送口移动并固定在适当位置；第二组电机收到抓取信号后驱动第一转轴转动，使活动后臂伸长到适当位置；第三组电机收到抓取信号后驱动第二转轴转动，使活动前臂伸入元件输送口；第四组电机收到抓取信号后驱动第三转轴转动，使抓取器转动到正对元件的位置，并抓取元件。

进一步地，抓取器上的元件识别传感器识别元件的摆放状态，并将识别信息发送到控制模块，控制模块根据识别元件的摆放姿态操控第五转轴转动，调整抓取器的抓取角度，以顺利完成抓取。

更进一步地，抓取器在完成抓取后，抓取器上的压力传感器将抓取的压力信息传输到控制模块，控制模块根据压力传感器判断是否完成抓取，若压力值不足以完成抓取，则发送加压信号，提升抓取器的抓取力度；若压力值中以完成抓取，则发送转运信号。

在根据本发明的一个实施例中，该控制方法还包括：

在完成转运动作时：第一组电机收到转运信号后驱动基座沿着水平导轨向载物架移动，第二组电机收到转运信号后驱动第一转轴转动，使活动后臂转向载物架的方向；第三组电机收到转运信号后驱动第二转轴转动，使活动前臂带动抓取器转动到载物架的上方；第四组电机收到转运信号后驱动第三转轴转动，并使元件悬停于载物架上方。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

根据本发明的手臂机器人和应用该手臂机器人的手套箱通过应用横向滑动的导轨使基座能够在手套室内横向移动，增大了手臂机器人的活动范围，同时利用第一关节、第二关节和第三关节形成柔性的手臂机器人，其占用空间小、灵活性高、能适应多种工件的更换，适合各种高难度、动作多、复杂连续的更换作业；并且，精度高刚度强，速度快效率高；运行安全稳定可靠，适合高级工业化自动化生产。根据本发明的手臂机器人还可以自动化抓取、安装工件，运行安全稳定可靠，生产经济、高效，具有显著的经济和时间效益，使手套箱生产更为简单便捷，提高了手套箱生产使用率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明的手臂机器人一个示例性实施例的结构示意图；

图2是应用根据本发明的手臂机器人在手套箱中抓取元件的工作状态示意图；

图3是应用根据本发明的手臂机器人在手套箱中安装元件的工作状态示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种用于手套箱的手臂机器人，如图1所示，该手臂机器人，包括：水平导轨101、基座102、活动后臂103、活动前臂104和抓取器108。其中，水平导轨101固定在手套箱100内，该水平导轨101可以是直接固定在手套箱100的内壁上，也可以通过固定支架固定在手套箱100中。基座102固定连接到水平导轨101，基座102可沿着水平导轨滑动。基座102中设置有控制模块和第一组电机，控制模块与第一组电机电连接。基座102远离水平导轨101的一端通过第一关节105连接活动后臂103，该第一关节包括第一转轴和第二组电机，第二组电机与控制模块通讯连接并且驱动第一转轴转动，使活动后臂103以第一关节105为中心转动，如图1所示的，活动后臂103的转动面垂直于水平面。活动后臂103远离基座102的一端通过第二关节106与活动前臂104连接，第二关节106包括第二转轴和第三组电机，第三组电机与控制模块通讯连接并且驱动第二转轴转动，从而使活动前臂104以第二关节106为中心转动，如图1所示的，活动前臂104的转动面也垂直于水平面。活动前臂104远离活动后臂103的一端通过第三关节107与抓取器108固定连接，第三关节107包括第三转轴和第四组电机，第四组电机与控制模块通讯连接并且驱动第三转轴转动，从而使抓取器108以第三关节107为中心转动，如图1所示的，抓取器108的转动面也垂直于水平面。抓取器108上设置有与控制模块通讯连接的若干微电机，微电机驱使抓取器的活动部运动。如图1所示，抓取器108上还可以设置有第五转轴110，该第五转轴110的转动面垂直于抓取器108的纵向平面，从而可以通过转动调整抓取器108的抓取方向，以利于抓取和安装元件。如图1所示基座102中还设置有扭转关节111，所述扭转关节111包括第五组电机和第四转轴，所述第五组电机与所述控制模块通讯连接并驱动第四转轴转动。进一步地，还可以在抓取器108上设置元件识别传感器和位置传感器；元件识别传感器和位置传感器分别与控制模块通讯连接，从而有助于识别元件的位置和摆放状态，利于自动化调整抓取器108的抓取角度。抓取器108上还可以设置有压力传感器，以确定抓取器是否完成抓取动作，以及判断抓握力是否能够顺利将元件抓起。

图2所示为应用根据本发明的一个实施例的手臂机器人在手套箱中抓取元件的工作状态示意图。如图2所示的，该手套箱包括手臂机器人、载物架208、元件输送口207、隔离箱体200。手臂机器人的水平导轨201固定在所述手套箱的顶盖的内壁上，隔离箱体200的一个侧壁设置有元件输送口207，隔离箱体200的另一侧壁上设置有观察窗210；载物架208固定在隔离箱体200内。在该实施例中载物架208上设置有转动台209，转动台209的驱动装置与控制模块通讯连接，以将元件接口转动到适当位置。手套箱的外部还可以设置有操作台，操作台也与控制模块通讯连接。元件输送口还可以设置有元件识别传感器，该元件识别传感器与控制模块通讯连接，并在识别到元件后向控制模块发送元件待转运信息。如图2所示的，操作台向控制模块发送工作信号或者元件识别传感器发送元件待转运信息；控制模块在收到工作信号或元件待转运信息后分别向第一组电机、第二组电机、第三组电机和第四组电机发出抓取信号；在收到抓取信号后，基座202沿着水平导轨、第一关节、第二关节、第三关节和抓取器协同运动，完成抓取动作。具体为：第一组电机收到抓取信号后驱动基座202沿着水平导轨201向元件输送口207移动并固定在适当位置；第二组电机收到抓取信号后驱动第一转轴转动，使活动后臂203伸长到适当位置；第三组电机收到抓取信号后驱动第二转轴转动，使活动前臂204伸入元件输送口207中；第四组电机收到抓取信号后驱动第三转轴转动，使抓取器205转动到正对元件206的位置，并抓取元件206。进一步地，抓取器上的元件识别传感器识别元件的摆放状态，并将识别信息发送到控制模块，控制模块根据识别元件的摆放姿态操控第五转轴转动，调整抓取器的抓取角度，以顺利完成抓取。更进一步地，抓取器在完成抓取后，抓取器上的压力传感器将抓取的压力信息传输到控制模块，控制模块根据压力传感器判断是否完成抓取，若压力值不足以完成抓取，则发送加压信号，提升抓取器的抓取力度；若压力值中以完成抓取，则发送转运信号。而在抓取的同时，手套箱内的载物架208上放置有待安装元件的设备，该设备可以固定在转动台209上，将元件接口转动到适当的位置，以利于元件安装。

图3所示为应用根据本发明的一个实施例的手臂机器人在手套箱中安装元件的工作状态示意图。在抓取元件300后，控制模块控制第一组电机驱动基座302沿着水平导轨301滑动，使抓取器305从元件输送口309中运动到手套箱内，然后，第一关节内的第二组电机驱动活动后臂303转动，使活动前臂304和抓取器305抬高，待抓取器305运动到载物台307上方后，活动前臂304在第二关节内的第三组电机的驱动下向下运动，同时，第三关节内的第四组电机驱动抓取器305调整元件300的姿态，使其与载物台307上的元件接口对准，随后，在控制元件的控制下，基座302、活动后臂303、活动前臂304以及抓取器305协同配合将元件安装到位。如图3所示的，抓取器305还固定连接第五转轴306，以转动抓取器305，实现元件姿态的精细调整。而同时，载物台307上还设置有转动台308，以将元件接口转运到便于安装的适当位置。

进一步地，抓取器上的元件识别传感器识别元件的摆放状态，并将识别信息发送到控制模块，控制模块根据识别元件的摆放姿态操控第五转轴转动，调整抓取器的抓取角度，以顺利完成抓取。

更进一步地，抓取器在完成抓取后，抓取器上的压力传感器将抓取的压力信息传输到控制模块，控制模块根据压力传感器判断是否完成抓取，若压力值不足以完成抓取，则发送加压信号，提升抓取器的抓取力度；若压力值中以完成抓取，则发送转运信号。。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种用于手套箱的手臂机器人，其特征在于，包括：水平导轨、柔性机械手臂和抓取器；

所述水平导轨固定在手套箱内，所述基座固定连接到可滑动地水平导轨，所述水平导轨中设置有控制模块和第一组电机，所述控制模块与第一组电机电连接；所述基座固定连接柔性机械手臂；所述柔性机械手臂活动端固定连接抓取器；所述抓取器上设置有与所述控制模块通讯连接的若干微电机，所述微电机驱使抓取器的活动部运动。

2.一种用于手套箱的手臂机器人，其特征在于，所述柔性机械手臂包括：固定底座、活动后臂、第一关节、活动前臂、第二关节和第三关节；

其中，所述固定底座与基座固定连接，同时通过第一关节与活动后臂固定连接；所述第一关节包括第一转轴和第二组电机，所述第二组电机与控制模块通讯连接并驱动第一转轴转动；；

所述活动后臂远离基座的一端通过第二关节与活动前臂连接，所述第二关节包括第二转轴和第三组电机，所述第三组电机与控制模块通讯连接并且驱动第二转轴转动；

所述活动前臂远离活动后臂的一端通过第三关节与抓取器固定连接，所述第三关节包括第三转轴和第四组电机，所述第四组电机与控制模块通讯连接并且驱动第三转轴转动

所述抓取器上设置有与所述控制模块通讯连接的若干微电机，所述微电机驱使抓取器的活动部运动。

3.如权利要求2所述的手臂机器人，其特征在于，所述基座中还设置有扭转关节，所述扭转关节包括第五组电机和第四转轴，所述第五组电机与所述控制模块通讯连接并驱动第四转轴转动。

4.如权利要求3所述的手臂机器人，其特征在于，抓取器上设置有元件识别传感器和位置传感器；所述元件识别传感器和位置传感器分别与控制模块通讯连接。

5.一种手套箱，其特征在于，如权利要求1至4中的任一项所述的手臂机器人、载物架、元件输送口、隔离箱体；

所述手臂机器人的水平导轨固定在所述手套箱内的高处，所述隔离箱体的一个侧壁设置有元件输送口，所述隔离箱体的另一侧壁上设置有观察窗；所述载物架固定在隔离箱体内。

6.如权利要求5所述的手套箱，其特征在于，所述载物架上设置有转动台，所述转动台的驱动装置与控制模块通讯连接。

7.如权利要求5或6所述的手套箱，其特征在于，所述手套箱的外部设置有操作台，所述操作台与控制模块通讯连接。

8.一种用于手套箱的手臂机器人的控制方法，其特征在于，包括：

操作台向控制模块发送工作信号；

控制模块在收到工作信号后分别向第一组电机、第二组电机、第三组电机和第四组电机发出抓取信号；

在收到抓取信号后，基座、第一关节、第二关节、第三关节和抓取器协同运动，完成抓取动作；

抓取器抓取元件后向控制模块发送抓取信息；

控制模块在收到抓取信息后分别向第一组电机、第二组电机、第三组电机和第四组电机发出转运信号；

在收到转运信号后，基座、第一关节、第二关节、第三关节和抓取器协同运动，将元件转运至载物台上方；

当元件与载物台上的对应接口对准后，控制模块发出安装信号，第二组电机、第三组电机和第四组电机协同操作，使活动后臂、活动前臂以及抓取器协同运动，将元件安装到适当位置。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括：

在完成抓取动作时：第一组电机收到抓取信号后驱动基座沿着水平导轨向元件输送口移动并固定在适当位置；第二组电机收到抓取信号后驱动第一转轴转动，使活动后臂伸长到适当位置；第三组电机收到抓取信号后驱动第二转轴转动，使活动前臂伸入元件输送口；第四组电机收到抓取信号后驱动第三转轴转动，使抓取器转动到正对元件的位置，并抓取元件。

10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括：

在完成转运动作时：第一组电机收到转运信号后驱动基座沿着水平导轨向载物架移动，第二组电机收到转运信号后驱动第一转轴转动，使活动后臂转向载物架的方向；第三组电机收到转运信号后驱动第二转轴转动，使活动前臂带动抓取器转动到载物架的上方；第四组电机收到转运信号后驱动第三转轴转动，并使元件悬停于载物架上方。