CN108656088A - 一种柔性机器人抓手及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业自动化领域，公开了一种柔性机器人抓手及其系统，采用模块化设计，根据需要，增加和减少抓手数量或轴向运动数量，最大可以实现2个方向自由度的旋转和2个方向自由度的平移，基本实现任意位置和方向的定位和夹紧。通过几组相同的抓手的组合，大大增加抓手的柔性和可达性；本发明抓手的轴向运动切换过程简单、快捷，将原有的多个机器人抓手集成以后，大大减少了机器人抓手的数量，节省工位内机器人抓手存放空间，释放出了更多的区域空间，同是节省了批量切换的时间，避免了机器人抓手在切换过程中的节拍损失。

Description

一种柔性机器人抓手及其系统

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，特别是一种柔性机器人抓手及其系统。

背景技术

随着汽车产品多样化，产品更新换代快，客户定制化差异明显，导致生产过程中产品工艺和工序多样化，为了多车型混线生产，其产线的适应能力必须要求更强。机器人抓手数量随着车型的增多而同样不断上升，这导致整个线体需要很大空间来存放和切换相应的抓手，严重影响产线的利用率。

在汽车白车身生产线中，根据工艺的不同，需要将一个完整的工艺过程分解为多个工位去完成，在工位之间需要机器人去搬运工件，同时为了节省时间，机器人搬运过程中会增加空中飞行焊接；

机器人对工件的搬运和飞行焊接过中，都需要对工件进行定位和夹紧。在考虑生产周期和成本节约，传统的工艺方法是每个车型在相应工位都有一套工件对应的专用夹具和机器人抓手，因机器人负载有限，无法将两个或以上的车型定位点布置在同一个机器人抓手上，或者导致一个机器人抓手机构过多，质量增加，机器人负载不够。

现有的技术困难是怎样将两种或以上的车型融入到一个机器人抓手上，实现多车型定位机构和夹紧机构的共用，提高抓手利用率，简化机器人抓手的相关结构和重量，提高机器人抓手框架简单、紧凑、适应性强的特点。在有限的范围内降低负载，减轻机器人抓手重量，提高焊枪在机器人抓手上的通过性能和可达性能，达到机器人抓手的最优化设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性机器人抓手及其系统，可以实现最高2个方向自由度的旋转和2个方向自由度的平移，其中旋转运动与X方向的移动一起组合作用，达到最终在XY平面内的移动，而不是绕Z轴旋转；通过组合作用，基本实现任意位置和方向的定位和夹紧。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明公开了一种柔性机器人抓手，包括了固定座、伸缩轴、锁紧单元、压紧单元、连接板、端盖、Z轴平移电动推杆、弹簧、防转组件，固定座为上部开口的槽型工件，固定座滑动嵌套在伸缩轴上，压紧单元和紧锁单元分别安装在固定座的前、后两端，压紧单元通过连接板与伸缩轴的前端相连，伸缩轴的末端从紧锁单元的中部穿过，端盖安装在压紧单元的外侧面，Z轴平移电动推杆安装在固定座的一侧外侧边，Z轴平移电动推杆前端的伸出导杆与连接板相连，Z轴平移电动推杆末端与端盖相连，弹簧和防转组件安装在固定座内，通过防转组件限制夹紧单元绕着伸缩轴做Z轴旋转。

其中，锁紧单元包括了锁紧气缸、锁紧座、解锁销、紧锁弹簧和两组锁紧套瓦，锁紧气缸安装在锁紧座的侧边，锁紧气缸的伸出导杆与解锁销相连，紧锁弹簧和锁紧套瓦设置在锁紧座内，锁紧套瓦嵌套在伸缩轴的外圆面上，紧锁弹簧设置在两组锁紧套瓦的尾部，解锁销插入两组锁紧套瓦的头部。

其中，压紧单元包括了定位块、压紧块、定位块连接座和压紧气缸，压紧气缸为摇臂气缸，压紧块安装在压紧气缸的摇臂上，定位块连接座与固定座相连设置，定位块安装在定位块连接座上，与压紧块相对设置。

其中，防转组件包括防转块和导向轮，防转块一端与套在弹簧内的伸缩轴相接，另一端两侧侧边安装有导向轮，导向轮在固定座的槽型开口内活动。

优选的，还包括有维修盖板，维修盖板安装在固定座上部的槽型开口上。

优选的，还包括有Y轴旋转电动推杆组件，Y轴旋转电动推杆组件包括了转动块、转动轴和Y轴旋转电动推杆，转动轴安装在压紧单元与连接板之间，转动块与定位块连接座相连，Y轴旋转电动推杆安装在固定座另一侧侧边，Y轴旋转电动推杆的伸出杆与转动块相连。

优选的，还包括有X轴平移组件和Z轴旋转组件，X轴平移组件包括了X轴平移驱动电机、丝杆、丝杆滑块、驱动块、滑轨组件，X轴平移驱动电机安装在滑轨组件的一侧，X轴平移驱动电机的输出轴与丝杆相连，丝杆安装在滑轨组件内，丝杆滑块嵌套在丝杆上，驱动块活动安装在滑轨组件上，与丝杆滑块相互连接固定，Z轴旋转组件包括了摆臂安装板、摆臂、Z轴旋转电动推杆，摆臂安装板背面固定在驱动块上，摆臂安装板的正面水平安装有摆臂和Z轴旋转电动推杆，Z轴旋转电动推杆一端固定在摆臂安装板上，另一端与摆臂活动连接，摆臂一端固定在摆臂安装板上，另一端与固定座相连，摆臂在Z轴旋转电动推杆的驱动下带动柔性机器人抓手围绕摆臂在摆臂安装板的固定端做Z轴旋转。

作为对上述方案的进一步改进，压紧单元通过定位单元替换，定位单元为具有定位部件的机构，定位单元通过连接板与伸缩轴的前端相连。

其中，定位单元为定位吸盘、定位销或定位面中的一种或几种。

本发明还公开了一种柔性机器人抓手系统，包括了上述柔性机器人抓手，还包括有至少一组的安装梁，柔性机器人抓手有若干组采用活动连接或固定连接安装在安装梁上。

其中，安装梁之间通过相互连接固定形成平面几何或立体几何的梁架结构。

本发明具有以下有益效果：

本发明的柔性机器人抓手可采用编程控制系统控制，将现有固定安装在机器人抓手上的定位和夹紧单元改变成电推杆控制的新型柔性抓手。

采用模块化设计，根据需要，增加和减少抓手上浮动定位机构或浮动夹紧机构数量或轴向运动数量，可以实现2个方向自由度的旋转和2个方向自由度的平移，其中Z向的旋转的自由度与X向移动，一起组合成形成XY平面内自由移动，最终实现3个方向的自由平移和一个方向的旋转，基本实现任意位置和方向的定位和夹紧。通过几组相同的抓手的组合，大大增加抓手的柔性和可达性。

本发明抓手的轴向运动切换过程简单、快捷，将原有的多个机器人抓手集成以后，大大减少了机器人抓手的数量，节省工位内机器人抓手存放空间，释放出了更多的区域空间，同是节省了批量切换的时间，避免了机器人抓手在切换过程中的节拍损失。

附图说明

图1为本发明实施例1的立体图。

图2为本发明实施例1的另一角度的立体图。

图3为本发明实施例1中锁紧单元的结构示意图。

图4为本发明实施例2的立体图。

图5为本发明实施例3的立体图。

图6为本发明实施例3中X轴平移组件的内部结构示意图。

图7为本发明实施例4的一种结构示意图。

图8为本发明实施例4的另一种结构示意图。

图9为本发明实施例4的另一种结构示意图。

主要部件符号说明：

101：定位块，102：压紧块，103：定位块连接座，104：固定座，105：伸缩轴，106：连接板，107：维修盖板，108：端盖，131：压紧气缸，132：Z轴平移电动推杆，133：导向轮，134：弹簧，135：防转块，301：锁紧气缸，302：锁紧座，303：解锁销，304：紧锁弹簧，305：锁紧套瓦，401：转动块，402：转动轴，403：Y轴旋转电动推杆，501：X轴平移驱动电机，502：丝杆，503：丝杆滑块，504：滑轨组件，505：驱动块，506：摆臂安装板，507：摆臂，508：Z轴旋转电动推杆，601：定位单元，701：安装梁。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

如图1-3所示，本发明公开了一种柔性机器人抓手，包括了固定座104、伸缩轴105、锁紧单元、压紧单元、连接板106、维修盖板107、端盖108、Z轴平移电动推杆132、弹簧134和防转组件，固定座104为上部开口的槽型工件，固定座104滑动嵌套在伸缩轴105上，压紧单元和紧锁单元分别安装在固定座104的前、后两端，压紧单元通过连接板106与伸缩轴105的前端相连，伸缩轴105的末端从紧锁单元的中部穿过，端盖108安装在压紧单元的外侧面，Z轴平移电动推杆132安装在固定座104的一侧外侧边，Z轴平移电动推杆132前端的伸出导杆与连接板106相连，Z轴平移电动推杆132末端与端盖108相连，弹簧134和防转组件安装在固定座104内，通过防转组件限制夹紧单元绕着伸缩轴105做Z轴旋转，维修盖板107安装在固定座104上部的槽型开口上。

压紧单元包括了定位块101、压紧块102、定位块连接座103和压紧气缸131，压紧气缸131为摇臂气缸，压紧块102安装在压紧气缸131的摇臂上，定位块连接座103与固定座104相连设置，定位块101安装在定位块连接座103上，与压紧块102相对设置。

锁紧单元包括了锁紧气缸301、锁紧座302、解锁销303、紧锁弹簧304和两组锁紧套瓦305，锁紧气缸301安装在锁紧座302的侧边，锁紧气缸301的伸出导杆与解锁销303相连，紧锁弹簧304和锁紧套瓦305设置在锁紧座302内，锁紧套瓦305嵌套在伸缩轴105的外圆面上，紧锁弹簧304设置在两组锁紧套瓦305的尾部，解锁销303插入两组锁紧套瓦305的头部。

防转组件包括导向轮133和防转块135，防转块135一端与套在弹簧134内的伸缩轴105相接，另一端两侧侧边安装有导向轮133，导向轮133在固定座104的槽型开口内活动。

实施例2

如图4所示，本实施例以实施例1为基础，在实施例1的结构上增设Y轴旋转电动推杆组件，其中，Y轴旋转电动推杆组件包括了转动块401、转动轴402和Y轴旋转电动推杆403，转动轴402安装在压紧单元与连接板106之间，转动块401与定位块连接座103相连，Y轴旋转电动推杆403安装在固定座104另一侧侧边，Y轴旋转电动推杆403的伸出杆与转动块401相连。

实施例3

如图5、6所示，本实施例以实施例2为基础，在实施例2的结构上增设了X轴平移组件和Z轴旋转组件，其中，X轴平移驱动电机501安装在滑轨组件504的一侧，X轴平移驱动电机501的输出轴与丝杆502相连，丝杆502安装在滑轨组件504内，丝杆滑块503嵌套在丝杆502上，驱动块505活动安装在滑轨组件504上，与丝杆滑块503相互连接固定，Z轴旋转组件包括了摆臂安装板506、摆臂507、Z轴旋转电动推杆508，摆臂安装板506背面固定在驱动块505上，摆臂安装板506的正面水平安装有摆臂507和Z轴旋转电动推杆508，Z轴旋转电动推杆508一端固定在摆臂安装板506上，另一端与摆臂507活动连接，摆臂507一端固定在摆臂安装板506上，另一端与固定座104相连，摆臂507在Z轴旋转电动推杆508的驱动下带动柔性机器人抓手围绕摆臂507在摆臂安装板506的固定端做Z轴旋转。

Z轴旋转组件带动柔性机器人抓手做Z轴的旋转运动，摆臂507为平行四边形结构，平行四边形旋转结构在转动运动时，其下一级安装面不会绕着转点转动，而是始终和前端两个旋转轴的连接面保持平行，这样在XY平面内旋转时，其末端法兰面在空间的角度不会发生改变，通过与水平直线模块的组合共同完成XY水平面内沿X、Y方向的平行移动，并保证Z向的运动模块不会发生转动，该旋转运动的作用是为了组合完成X、Y方向的平移运动。

实施例4

如图7、8所示，本实施例公开了一种柔性机器人抓手系统，包括了上述的柔性机器人抓手，还包括有若干组的安装梁701，柔性机器人抓手有若干组采用活动连接或固定连接安装在安装梁701上，若干组的安装梁701之间通过相互连接固定形成平面几何或立体几何的梁架结构。

本实施例中，部分的柔性机器人抓手中的压紧单元可以通过定位单元601替换，定位单元601为具有定位部件的机构，定位单元601通过连接板106与伸缩轴105的前端相连，定位单元601为定位吸盘、定位销或定位面中的一种，如图9所示，通过定位单元601的替换，改变了传统机器人抓手的专用性，适应性差的特点，将原本单一的定位和夹紧单元，改成可以根据工件要求自动切换的，实现机器人抓手多功能定制化，可以适应相应工件之间型号的随意改变切换，并且单元机构之间的切换过程简单、快捷，将原有的多个机器人抓手集成以后，大大减少了机器人抓手的数量，节省工位内机器人抓手存放空间，释放出了更多的区域空间，同是节省了批量切换的时间，避免了机器人抓手在切换过程中的节拍损失。

工作原理：

以执行某一具体的实施动作为例，本实施例柔性机器人抓手系统的工作状态如下：

步骤1：控制系统发送依次发送步骤指令；

步骤2：锁紧气缸301伸出，解锁销303顶开锁紧套瓦305，锁紧套瓦305和伸缩轴105接触面脱离，伸缩轴105解锁；

步骤3：在接收到机器人发送的指令后，X轴平移驱动电机501、Y轴旋转电动推杆403、Z轴平移电动推杆132、Z轴旋转电动推杆508各自同步运动到相应的预设位置，具体为：

首先在Z轴上实现上下移动时，Z轴平移电动推杆132执行指令，达到Z轴预设位置，然后控制系统向Y轴旋转电动推杆403发送切换指令，Y轴旋转电动推杆403伸出和缩回执行切换指令后，完成Y轴的角度调整，最后XY平面内的位置切换则是通过X轴平移驱动电机501和Z轴旋转电动推杆508同时执行，协同调整，摆臂507为平行四边形结构则是确保执行单元在Z轴的角度不发生偏转，只在XY平面内作平移切换；

步骤4：达到各自预设位置以后，锁紧气缸301退回，解锁销303锁定；

步骤5：指令操作完毕，机器人柔性抓手开始工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种柔性机器人抓手，其特征在于，包括了固定座、伸缩轴、锁紧单元、压紧单元、连接板、端盖、Z轴平移电动推杆、弹簧、防转组件，所述的固定座为上部开口的槽型工件，固定座滑动嵌套在伸缩轴上，所述的压紧单元和紧锁单元分别安装在固定座的前、后两端，压紧单元通过连接板与伸缩轴的前端相连，伸缩轴的末端从紧锁单元的中部穿过，所述的端盖安装在压紧单元的外侧面，所述的Z轴平移电动推杆安装在固定座的一侧外侧边，Z轴平移电动推杆前端的伸出导杆与连接板相连，Z轴平移电动推杆末端与端盖相连，所述的弹簧和防转组件安装在固定座内，通过防转组件限制夹紧单元绕着伸缩轴做Z轴旋转。

2.如权利要求1所述的一种柔性机器人抓手，其特征在于：所述的锁紧单元包括了锁紧气缸、锁紧座、解锁销、紧锁弹簧和两组锁紧套瓦，所述的锁紧气缸安装在锁紧座的侧边，锁紧气缸的伸出导杆与解锁销相连，所述的紧锁弹簧和锁紧套瓦设置在锁紧座内，锁紧套瓦嵌套在伸缩轴的外圆面上，紧锁弹簧设置在两组锁紧套瓦的尾部，所述的解锁销插入两组锁紧套瓦的头部。

3.如权利要求2所述的一种柔性机器人抓手，其特征在于：所述的压紧单元包括了定位块、压紧块、定位块连接座和压紧气缸，所述的压紧气缸为摇臂气缸，所述的压紧块安装在压紧气缸的摇臂上，所述的定位块连接座与固定座相连设置，所述的定位块安装在定位块连接座上，与压紧块相对设置。

4.如权利要求1所述的一种柔性机器人抓手，其特征在于：所述的防转组件包括防转块和导向轮，所述的防转块一端与套在弹簧内的伸缩轴相接，另一端两侧侧边安装有导向轮，导向轮在固定座的槽型开口内活动。

5.如权利要求1所述的一种柔性机器人抓手，其特征在于：还包括有维修盖板，所述的维修盖板安装在固定座上部的槽型开口上。

6.如权利要求3所述的一种柔性机器人抓手，其特征在于：还包括有Y轴旋转电动推杆组件，所述的Y轴旋转电动推杆组件包括了转动块、转动轴和Y轴旋转电动推杆，所述的转动轴安装在压紧单元与连接板之间，所述的转动块与定位块连接座相连，所述的Y轴旋转电动推杆安装在固定座另一侧侧边，Y轴旋转电动推杆的伸出杆与转动块相连。

7.如权利要求6所述的一种柔性机器人抓手，其特征在于：还包括有X轴平移组件和Z轴旋转组件，所述的X轴平移组件包括了X轴平移驱动电机、丝杆、丝杆滑块、驱动块、滑轨组件，所述的X轴平移驱动电机安装在滑轨组件的一侧，X轴平移驱动电机的输出轴与丝杆相连，所述的丝杆安装在滑轨组件内，丝杆滑块嵌套在丝杆上，所述的驱动块活动安装在滑轨组件上，与丝杆滑块相互连接固定，所述的Z轴旋转组件包括了摆臂安装板、摆臂、Z轴旋转电动推杆，所述的摆臂安装板背面固定在驱动块上，摆臂安装板的正面水平安装有摆臂和Z轴旋转电动推杆，所述的Z轴旋转电动推杆一端固定在摆臂安装板上，另一端与摆臂活动连接，所述的摆臂一端固定在摆臂安装板上，另一端与固定座相连，摆臂在Z轴旋转电动推杆的驱动下带动柔性机器人抓手围绕摆臂在摆臂安装板的固定端做Z轴旋转。

8.如权利要求7所述的一种柔性机器人抓手系统，其特征在于：所述的压紧单元通过定位单元替换，定位单元为具有定位部件的机构，定位单元通过连接板与伸缩轴的前端相连。

9.如权利要求8所述的一种柔性机器人抓手系统，其特征在于：所述的定位单元为定位吸盘、定位销或定位面中的一种或几种。

10.一种柔性机器人抓手系统，包括了权利要求1-9所述的任一种柔性机器人抓手，其特征在于，还包括有至少一组的安装梁，所述的柔性机器人抓手有若干组采用活动连接或固定连接安装在安装梁上。

11.如权利要求10所述的一种柔性机器人抓手系统，其特征在于，所述的安装梁之间通过相互连接固定形成平面几何或立体几何的梁架结构。