CN108945915B - 一种传送式信息存储实体件机械手爪及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传送式信息存储实体件机械手爪及工作方法，包括手爪本体、传输件、驱动装置及姿态矫正板，手爪本体具有容纳信息存储实体件的存储空间；传输件，设置于存储空间的两侧，当检测到信息存储实体件有姿态偏转时，通过调整两侧传输件的速度，以初步矫正信息存储实体件的姿态；驱动装置驱动传输件；姿态矫正板设置在传输件的端部，阻挡传输件传送的信息存储实体件，姿态矫正板的内侧具有与信息存储实体件外表面相匹配的配合面，随着传输件的继续运动，信息存储实体件的两端都接触到配合面上，实现姿态回正。

Description

一种传送式信息存储实体件机械手爪及工作方法

技术领域

本发明涉及自动化及制造领域，具体涉及服务机器人室内作业及其辅助设计，尤其涉及一种传送式信息存储实体件机械手爪及工作方法。

背景技术

信息存储实体件（如档案、书籍、影像资料等，下面以档案为代表，但不仅限于档案）是人类历史的真实记录，反映着人们对客观事物与现象的认识，它是知识与技术的结晶，是人类优秀的文化遗产。合理地开发与利用档案，不仅能加速社会的文明进程，而且能获得并创造出新的知识财富，是推动社会历史与文明进步的重要动力。

然而随着社会的发展，档案的数量与日俱增，档案的传输是档案工作人员每天必须面对的繁重的工作，存取档案劳动强度大，档案存取效率较低，尤其对于一些涉密的档案，更不希望人有更多的机会去接触，由于这些问题的存在，加快档案自动化系统建设，实现档案各个工作环节的自动化管理有着重大意义。

目前在服务机器人行业，已经有了很多档案机器人应用的案例，如一体式档案管理机器人，衍架或者导轨式档案管理机器人等，都实现了利用机器人将档案从档案柜中取出，然后运送到管理员对接窗口的自动化运输。

不管机器人采用什么样的形式，如何利用机器人将档案从档案架上取出或者归还是此类机器人研究的重点。目前机器人取出档案的方式基本上是模拟人手，采用夹取的方式，利用某种机构将档案夹紧，然后取出。虽然此种方式夹取档案后会很牢靠，但是夹取机构对档案的定位非常困难，且需要各种辅助机构将档案分开以方便夹取，所以导致档案在取出和归还时的效率极低，严重影响了机器人的整体运行效率及可推广性。

此外，目前用于存放档案的档案柜或者书柜，都是保持档案或者书籍竖立放置的传统姿态，在利用机器人管理时，大多采用增加横向间隔的方法，将柜中的档案或者书籍分隔开来，以方便存取，然而采用此方法有几个弊端：

首先，间隔的大小一致的情况下，则很难保证存入其中的档案或者书籍不发生倾斜，且倾斜的角度不定，如若档案或者书籍倾斜，即位姿不固定的话，将加大机器人存取定位的难度；

其次，机器人在存取档案时，不仅要有类似人手的夹持动作，为了保证档案或者书籍的姿态正确，还需要在手爪的上下设计某种机构，用于调整档案或者书籍的姿态，则机器人的结构会更加复杂，增加了负载，降低了机器人续航的时间，且机器人每次抓取都需要更多的调整动作和时间，降低了机器人的运行效率；

另外，档案或者书籍在存放时，如若机器人夹持书脊来完成存放，则书页难免会散开，易造成档案或者书籍的意外损坏，对于珍贵的档案而言，此问题必须要极力避免。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种传送式信息存储实体件机械手爪及工作方法，本发明可高效率的完成信息存储实体件的提取和归还，然后通过机器人运输到相应的信息存储实体件管理窗口，供管理员取用。

当然，为了更加清楚的表述本发明的技术方案，进行名词解释如下，所述信息存储实体件，包括但不限于档案（或档案盒）、书籍、影像盘、影像盒以及光盘等利用具有一定占地空间的实体信息存储结构，且本发明特别适用于适合水平放置的实体件。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一目的是提供一种传送式信息存储实体件机械手爪，包括手爪本体、传输件、驱动装置及姿态矫正板，其中：

所述手爪本体具有容纳水平放置的信息存储实体件的承载面；

所述传输件，设置于承载面的两侧，当检测到信息存储实体件有姿态偏转时，通过调整两侧传输件的速度，以初步矫正信息存储实体件的姿态；

所述驱动装置驱动传输件；

所述姿态矫正板设置在传输件的端部，阻挡传输件传送的信息存储实体件，姿态矫正板的内侧具有与信息存储实体件外表面相匹配的配合面，随着传输件的继续运动，信息存储实体件的两端都接触到配合面上，实现姿态回正。

将存储实体件水平放置，能够保证存储实体件的重心降低，不会发生纵向方向上的姿态偏移或倾斜，机器人在存取存储实体件时只需采用托举的方式，即可完成存储实体件与存储空间的分离，从而完成存取的管理，极大的提高了自动化管理效率，并且降低了机器人的结构复杂性。

存储实体件水平放置或横向放置，是指信息存储实体件的重心在水平方向，具体指指信息存储实体件为长、宽、高不同的物体时，其保证长、宽、高三个参数中最小的量所在的边位于轴向，使信息存储实体件的整体水平放置，保证重心较低。

优选的，所述的手爪本体可整体或局部采用聚氨酯、ABS等密度较低有机材料制作，可充分降低手爪本体的重量，提高机器人的续航能力，并有效避免因意外碰撞造成的信息存储实体件损伤。

进一步的，所述传输件上设置有能够增大其摩擦系数的摩擦面。所述摩擦面上可以通过设置凹槽、凸起、暗纹等方式提高摩擦系统。进一步的，每个传输件都配置有独立的驱动装置。进一步的，配合使用的存储柜为货架式存储空间，水平存储信息存储实体件，将存储实体件水平放置，并与之对应的设计成水平的间隔，这样能够保证存储实体件的重心降低，不会发生纵向方向上的姿态偏移或倾斜，机器人在存取存储实体件时只需采用托举的方式，即可完成存储实体件与存储空间的分离，从而完成存取的管理，极大的提高了自动化管理效率，并且降低了机器人的结构复杂性，不需要每次抓取都付出非常复杂的调整动作和比较多的调整时间，同时提高了机器人的续航能力。进一步的，所述姿态矫正板的配合面上与传输件相应处设置有距离传感器，能够检测信息存储实体件的端部与对应的传输件的距离。进一步的，所述传输件优选为传输带，传输带环绕在手爪本体上。进一步的，所述手爪本体优选为板状结构。进一步的，所述姿态矫正板上设置有光电开关，当信息存储实体件触碰到光电开关后，驱动装置停止。

本发明的第二目的是提供基于上述装置的取出方法，当欲取出信息存储实体件时，利用机器人确保传输件接触到信息存储实体件的底部，利用驱动装置驱动传输件，使信息存储实体件在传输件的带动下，将向外移动，逐渐脱离存储柜柜体，在自身重力及传输件的作用下，直到信息存储实体件完全抵住档案姿态矫正板的配合面，停止驱动装置，完成信息存储实体件的提取。

本发明的第三目的是提供基于上述装置的存放方法，当欲存放信息存储实体件时，利用机器人将信息存储实体件对准欲存放的存储柜的存储空间，利用驱动装置带动传输件工作，带动信息存储实体件向内移动，直到信息存储实体件无法再移动时，停止驱动装置，完成信息存储实体件的存放。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供了一套配合文件管理机器人使用的，可提高文件管理机器人运行效率的机械手爪；

2、本发明结构简单，实用性强，易于实现；

3、本发明可用于修正信息存储实体件的姿态，修正后可有利于其他针对信息存储实体件的自动化操作、管理上；

4、本发明可以应用在档案管理外，还可以适用于其他珍贵文献的管理上，如图书、电子音像资料等的自动化管理；

5、本发明将存储实体件水平放置，并设计与之对应的水平的间隔，这样能够保证存储实体件的重心降低，不会发生纵向方向上的姿态偏移或倾斜，机器人在存取存储实体件时只需采用托举的方式，即可完成存储实体件与存储空间的分离，从而完成存取的管理，极大的提高了自动化管理效率，并且降低了机器人的结构复杂性，不需要每次抓取都付出非常复杂的调整动作和比较多的调整时间，同时提高了机器人的续航能力。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为机械手爪结构示意图；

图3为本发明档案抓取示意图；

图4为本发明档案存放示意图；

图5为本发明档案柜结构示意图；

图6（a）、图6（b）为本发明档案姿态矫正示意图。

其中，1、机械手爪，2、档案，3、档案柜，4、档案手爪本体，5、档案传输带，6、档案传输电机，7、档案姿态矫正板，8、档案柜柜体，9、档案柜支架。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

具体实施例中，以档案为具体的信息存储实体件进行说明。当然，不限定与档案，可以为图书、电子音像资料等。

一种传输带式档案手爪，如图1所示，档案手爪采用传输带的运动方式来提取和存放档案，执行效率大大高于普通夹取方式机械手；另外，通过增加一条传输带和姿态矫正板的方式，还可以用于矫正档案姿态；

具体的说，如图2所示，机械手爪系统1由档案手爪本体4，档案传输带5，档案传输电机6以及档案姿态矫正板7组成；

档案手爪本体4作为主要结构，主要用于支撑档案传输带5、承载档案2，安装档案传输电机6和固定档案姿态矫正板7等；

在本实施例中，档案手爪本体4优选为矩形的板状结构，具有一定的承载力。且档案姿态矫正板7与档案手爪本体4的延展方向相垂直，即档案手爪本体4的承载面与档案姿态矫正板7的配合面相垂直。以保证，呈比较规整的形状的档案、书籍和CD盒等信息存储实体件能够整齐排放和取用。

档案传输带5分为左右两条，分别固定在档案手爪本体4的两侧，主要起传输档案的作用，传输带5上有暗纹，有利于增加传输带与档案间摩擦，增加负载能力，传输带5可采用同步带轮的结构，最大程度的保证传输带的定位精度；

档案传输电机6分布于档案手爪本体4两侧，用于驱动档案传输带5运动；

档案姿态矫正板7安装于档案手爪本体4的末端，可用于矫正档案姿态，当机械手爪1向上倾斜时，可用于实现档案在档案室内稳定的运输；

档案姿态可通过两个激光测距仪来确定，也可以由视觉确定，具体可根据不同的机器人结构进行选择；

为方便取放档案，如图5所示，与常用的档案竖立放置的方式不同，档案采用货架式的水平放置方式；档案柜3由档案柜体8及档案柜支架9组成，档案柜支架9两端用于支撑档案2，中间悬空；档案2水平放置在档案柜支架9上，且档案2后端在完全接触到档案柜3柜体后，需伸出档案柜支架一定的长度；

如图3所示，当档案管理机器人欲取出档案时，首先机器人依靠视觉伺服或者编码器定位将机械手爪1入到两个档案2的垂直间隙之间，然后旋转机器人机械臂，使机械手爪1头部向上翘起，并且确保机械手爪1的档案传输带5接触到档案2的底部，然后启动档案传输电机6，此时档案2在档案传输带5的带动下，将向外移动，逐渐脱离档案柜支架9，并且最终在自身重力及档案传输带5的作用下，到达机械手爪1的底部档案姿态矫正板7，则此时，停止档案传输电机6，完成档案2的提取。

如图4所示，当档案管理机器人欲存放档案2时，首先依靠视觉伺服或者编码器定位将档案2对准欲存放的档案柜3的档案柜支架9的间隔内，然后启动档案传输电机6，带动档案传输带5旋转，从而带动档案2向档案柜3内移动，当档案2完全移动到档案柜3内部，被档案柜3挡住无法在继续移动后，则停止档案传输电机6，完成档案2的存放。

作为一种优选方式，姿态矫正板7的配合面上与传输件相应处设置有距离传感器，能够检测信息存储实体件的端部与对应的传输件的距离。作为另一种优选方式，姿态矫正板7上设置有光电开关，当信息存储实体件触碰到光电开关后，驱动装置停止。

档案2向前移动的距离可由档案传输电机6的编码器或者控制其运转时间来调节。

如果档案2在输送到机械手爪1上后的姿态不正，或者因为运输时的意外碰撞发生了偏转，此种姿态下不利于档案2的下一步运输或者下一步的自动化处理，所以需要把姿态进行矫正。

如图6（a）所示，当档案2输送到机械手爪1上后，机器人通过视觉伺服判断此档案2姿态是否有偏转，如发生图6所示档案右侧有偏转，则加快右侧档案传输带5的速度，通过两个传输带的差速，使档案2姿态回正；

除此之外，对于没有视觉伺服的机器人系统，也可以通过继续转动档案传输带5，使档案2在接触到档案姿态矫正板7后继续运动，则在传输带5和矫正板7的共同作用下，档案2的姿态也可以顺利回正，如图6（b）。

本发明提供了一套配合档案管理机器人使用的，可提高档案管理机器人运行效率的机械手爪的抓取系统，其结构简单、可靠。

本发明除了可抓取存放档案以外，还可以用于修正档案管理机器人抓取档案时因位姿精度及各种意外造成的档案姿态不正的问题，为后端档案的自动化管理提供了支撑。

本发明设计的机械手爪主体采用有机材质（ABS，聚氨酯等），可以有效的避免金属材质对档案表面的划伤；

本发明摒弃了传统的档案机器人手抓夹取档案的方式，采用了档案平躺，传输带运输的方式，其效率高，增加了档案机器人的利用率；

本发明除可以应用在档案自动化管理外，还可以应用在其他类似书籍、影像资料等的管理，使用范围广。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种传送式信息存储实体件机械手爪，其特征是：包括手爪本体、传输件、驱动装置及姿态矫正板，其中：

所述手爪本体具有容纳水平放置的信息存储实体件的承载面；

所述传输件，设置于承载面的两侧，当检测到信息存储实体件有姿态偏转时，通过调整两侧传输件的速度，以初步矫正信息存储实体件的姿态；

所述驱动装置驱动传输件；

所述姿态矫正板设置在传输件的端部，阻挡传输件传送的信息存储实体件，姿态矫正板的内侧具有与信息存储实体件外表面相匹配的配合面，随着传输件的继续运动，信息存储实体件的两端都接触到配合面上，实现姿态回正；当信息存储实体件输送到机械手爪上后，机器人通过视觉伺服判断此信息存储实体件姿态是否有偏转，若信息存储实体件右侧有偏转，则加快右侧信息存储实体件传输带的速度，通过两个传输带的差速，使信息存储实体件姿态回正；对于未设置视觉伺服的机器人系统，通过继续转动信息存储实体件传输带，使信息存储实体件在接触到信息存储实体件姿态矫正板后继续运动，在传输带和矫正板的共同作用下，使信息存储实体件的姿态顺利回正；

信息存储实体件采用货架式的水平放置方式；信息存储实体件柜由信息存储实体件柜体及信息存储实体件柜支架组成，信息存储实体件柜支架两端用于支撑信息存储实体件，中间悬空；信息存储实体件水平放置在信息存储实体件柜支架上，且信息存储实体件后端在完全接触到信息存储实体件柜柜体后，需伸出信息存储实体件柜支架一定的长度；

当信息存储实体件管理机器人欲取出信息存储实体件时，首先机器人依靠视觉伺服或者编码器定位将机械手爪入到两个信息存储实体件的垂直间隙之间，然后旋转机器人机械臂，使机械手爪头部向上翘起，并且确保机械手爪的信息存储实体件传输带接触到信息存储实体件的底部，然后启动信息存储实体件传输电机，此时信息存储实体件在信息存储实体件传输带的带动下，将向外移动，逐渐脱离信息存储实体件柜支架，并且最终在自身重力及信息存储实体件传输带的作用下，到达机械手爪的底部信息存储实体件姿态矫正板，则此时，停止信息存储实体件传输电机，完成信息存储实体件的提取；

当信息存储实体件管理机器人欲存放信息存储实体件时，首先依靠视觉伺服或者编码器定位将信息存储实体件对准欲存放的信息存储实体件柜的信息存储实体件柜支架的间隔内，然后启动信息存储实体件传输电机，带动信息存储实体件传输带旋转，从而带动信息存储实体件向信息存储实体件柜内移动，当信息存储实体件完全移动到信息存储实体件柜内部，被信息存储实体件柜挡住无法在继续移动后，则停止信息存储实体件传输电机，完成信息存储实体件的存放。

2.如权利要求1所述的一种传送式信息存储实体件机械手爪，其特征是：所述传输件上设置有能够增大其摩擦系数的摩擦面。

3.如权利要求1所述的一种传送式信息存储实体件机械手爪，其特征是：每个传输件都配置有独立的驱动装置。

4.如权利要求1所述的一种传送式信息存储实体件机械手爪，其特征是：所述承载面整体水平，且其宽度与信 息存储实体件相适配，能够水平承载信息存储实体件。

5.如权利要求1所述的一种传送式信息存储实体件机械手爪，其特征是：

所述姿态矫正板的配合面上与传输件相应处设置有距离传感器，能够检测信息存储实体件的端部与对应的传输件的距离。

6.如权利要求1所述的一种传送式信息存储实体件机械手爪，其特征是：所述传输件为传输带，传输带环绕在手爪本体上。

7.如权利要求1所述的一种传送式信息存储实体件机械手爪，其特征是：

所述姿态矫正板上设置有光电开关，当信息存储实体件触碰到光电开关后，驱动装置停止。

8.基于如权利要求1-7任意一项所述的装置的取出和存放方法，其特征是：利用机器人确保传输件接触到信息存储实体件的底部，利用驱动装置驱动传输件，使信息存储实体件在传输件的带动下，向外移动，逐渐脱离存储柜柜体，在自身重力及传输件的作用下，直到信息存储实体件完全抵住信息存储实体件姿态矫正板的配合面；

利用机器人将信息存储实体件对准欲存放的存储柜的存储空间，利用驱动装置带动传输件工作，带动信息存储实体件向存储柜内移动，直到信息存储实体件无法再移动时，停止驱动装置，完成信息存储实体件的存放；

当信息存储实体件输送到机械手爪上后，机器人通过视觉伺服判断此信息存储实体件姿态是否有偏转，若信息存储实体件右侧有偏转，则加快右侧信息存储实体件传输带的速度，通过两个传输带的差速，使信息存储实体件姿态回正；对于未设置视觉伺服的机器人系统，可以通过继续转动信息存储实体件传输带，使信息存储实体件在接触到信息存储实体件姿态矫正板后继续运动，在传输带和矫正板的共同作用下，使信息存储实体件的姿态顺利回正。

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