CN109262635A - 一种机械臂末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械臂末端执行器，属于工业自动化技术领域，解决了现有末端执行器无法实现圆型工件准确抓取、定位，无法同时进行旋转动作的问题。此机械臂末端执行器，包括气爪和设置于气爪两侧的气爪连接板，气爪连接板的端部均设置有滚轮结构，滚轮结构相对于气爪对称设置；滚轮结构包括滚轮支架和两个滚轮组件，滚轮组件并列设置于滚轮支架上，滚轮组件用于夹取圆形工件以及对圆形工件进行对中定位。滚轮组件包括滚轮和连接杆，滚轮固定连接在连接杆的端部，连接杆能够在支架通孔内转动且能够上下移动。实现了提供一种低成本且能够实现圆型工件的准确抓取，并且能够配合其他设备使圆型工件实现旋转动作的机械臂末端执行器。

Description

一种机械臂末端执行器

技术领域

本发明涉及工业自动化技术领域，尤其涉及一种机械臂末端执行器。

背景技术

在工业自动化领域，机械臂的末端执行器是一种连接在机械臂末端关节处具有一定功能的工具，机械臂末端执行器作为一个上下料抓手的应用最为常见。根据作业需要，末端执行器可以有不同的结构形态和连接方式，可以作为一个上下料抓手实现工件的抓取，可以作为电焊焊枪实现自动焊接工艺，也可以作为碰撞传感器实现应力检测等等。

末端执行器作为上下料抓手时，形式上通常分为两种，气吸式和夹取式，其中，气吸式末端执行器利用吸盘内产生的负压来吸住工件并移动到指定位置，吸盘材料通常采用软橡胶，适用于吸取轻薄圆型的金属制品、木质板材、纸张和玻璃等作业零件；夹取式末端执行器利用双向直杆夹持式气缸夹紧工件移动到指定位置，气缸反向伸出即可松开工件，通常适用于夹取有棱角的工件，而且上述两种形式的末端执行器在抓取时，工件都是相对静止的，无法配合其他设备实现其他动作。

在面向圆型工件上下料的过程中，为了实现圆型工件的准确定位以及后续可能出现的旋转动作，目前只能依靠六轴机械臂强大的功能来实现多自由度精确定位和动作，但其成本过于高昂。在利用二轴或三轴机械臂搭配普通末端执行器的时候，在抓取圆型工件的过程中，往往定位不准确。而且在指定工艺要求下，圆型工件需要通过抓取过程准确定位到指定位置，并且通过旋转执行机构将工件旋入。例如，在某些螺纹连接的盖子装配时，盖子需要机械臂抓取放到螺纹连接处的上方，与旋转机构配合实现旋转拧扣的动作。诸如此类情况，现有末端执行器是难以实现的，因此亟需研发一种低成本并能够实现圆型工件准确定位，同时可配合工件旋转的机械臂末端执行器以解决此类问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种机械臂末端执行器，用以解决现有末端执行器无法实现圆型工件准确抓取、定位，无法同时进行旋转动作的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种机械臂末端执行器，包括气爪和设置于气爪两侧的气爪连接板，气爪连接板的端部均设置有滚轮结构，滚轮结构相对于气爪对称设置；

滚轮结构包括滚轮支架和两个滚轮组件，滚轮组件并列设置于滚轮支架上，滚轮组件用于夹取圆形工件以及对圆形工件进行对中定位。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步地，滚轮组件包括滚轮和连接杆，滚轮固定连接在连接杆的端部；

滚轮支架上对称设置两个支架通孔，连接杆的长度大于滚轮支架的厚度，连接杆能够在支架通孔内转动且能够上下移动。

进一步地，滚轮组件包括一个滚轮，连接杆的另一端固定设置有卡制部；或者，

滚轮组件包括两个滚轮，两个滚轮设置在连接杆的两端。

进一步地，连接杆为两端设置螺纹而中部光滑的螺杆，卡制部为螺母，滚轮与连接杆螺纹连接。

进一步地，滚轮和滚轮支架之间设置有滚轮连接件，滚轮连接件设置有供连接杆通过的通孔。

进一步地，滚轮支架固定设置于气爪连接板内侧。

进一步地，滚轮支架与气爪连接板可拆卸连接。

进一步地，滚轮的表面设置防滑结构。

进一步地，防滑结构为防滑纹或防滑凸起。

进一步地，滚轮由聚氨酯材料制成。

本发明有益效果如下：

a)本发明提供的一种机械臂末端执行器，通过在气爪两侧对称设置滚轮结构，可以实现对中定位和附加Z轴旋转自由度，从而实现了对圆型工件的准确抓取，并且能够配合其他设备使圆型工件实现旋转动作。

b)本发明提供的一种机械臂末端执行器，连接杆和滚轮支架的光孔采用间隙配合设计，可以配合实现工件在Z轴方向的位移。通过Z轴直线自由度的预留，实现了工件在夹取的同时可以进行螺纹旋转拧紧动作。

c)本发明提供的一种机械臂末端执行器，可以配合三轴或二轴机械臂替代六轴机械臂实现圆型工件的准确抓取，显著降低了生产成本。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的机械臂末端执行器的结构示意图。

附图标记：

1、气爪；2、气爪连接板；3、滚轮支架；4、滚轮；5、滚轮连接件；6、连接杆；7、卡制部；8、滚轮组件；9、滚轮结构；10、可伸缩连杆。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种机械臂末端执行器，如图1所示，包括气爪1和设置于气爪1两侧的气爪连接板2，气爪连接板2的端部均设置有滚轮结构9，滚轮结构9相对于气爪1对称设置；滚轮结构9包括滚轮支架3和两个滚轮组件8，两个滚轮组件8并列设置于滚轮支架3上，滚轮组件8用于夹取圆形工件以及对圆形工件进行对中定位。

滚轮组件8包括滚轮4和连接杆6，滚轮4固定连接在连接杆6的端部；滚轮支架3上对称设置两个支架通孔，连接杆6的杆径小于支架通孔的孔径，连接杆6中间段为光轴，滚轮支架3的光滑通孔采用间隙配合连接。连接杆6的长度大于滚轮支架3的厚度，连接杆6能够在支架通孔内转动且能够上下移动一定距离。

实施时，将本实施例中的末端执行器通过气爪1的安装孔与机械臂连接，将机械臂的供气管路连接到气爪输入输出气孔上，气爪连接板2通过可伸缩连杆10连接到气爪1的两侧，可伸缩连杆10与气缸活塞杆连接，通过气缸伸缩带动可伸缩连杆10驱动气爪连接板2，从而实现夹紧和松开动作。进行抓取前的气爪连接板2为打开状态，处于打开状态的气爪连接板2通过机械臂前端的控制，在气爪1作用下向内侧收拢，从而通过四个滚轮组件8将待夹持的圆型工件夹持住，四个滚轮组件8可以实现圆型工件的对中定位。当末端执行器将夹持住的圆型工件移动到指定位置后，机械臂沿Z轴向下继续移动一定距离，通过连接杆6和滚轮支架3的光孔间隙配合，即滚轮组件8能够在滚轮支架3上滚动并上下移动，将滚轮组件8提升至相对滚轮支架3的位置最高点，此时配合其他旋转执行机构带动圆型工件向下旋转，使其旋入指定位置。当工件旋入螺纹后，气爪1向外侧打开，恢复到打开状态，并通过机械臂移动回初始位置。

与现有技术相比，本实施例提供的机械臂末端执行器，通过在气爪1两侧对称设置滚轮结构9，可以实现对中定位和附加Z轴旋转自由度，从而实现了对圆型工件的准确抓取，并且能够配合其他设备使圆型工件实现旋转动作；连接杆6和滚轮支架3的光滑通孔采用间隙配合设计，夹取的圆型工件能够在Z轴方向产生一定的位移，可以配合实现工件在Z轴方向的位移。通过Z轴直线自由度的预留，实现了工件在夹取的同时可以进行螺纹旋转拧紧动作；同时本发明的机械臂末端执行器可以配合三轴或二轴机械臂替代六轴机械臂实现圆型工件的准确抓取，能够显著降低成本。

本实施例中，每个滚轮结构9上设置的滚轮组件8至少有两个，优选的，每个滚轮结构9并列设置两个滚轮组件8。每个滚轮组件8至少设置一个滚轮4，设置在滚轮支架3上的滚轮结构9相同。优选的，每个滚轮组件8包括一个滚轮4，滚轮4设置在连接杆6的一端，连接杆6的另一端固定设置有卡制部7，卡制部7用于将连接杆6限制在滚轮支架3的支架通孔内，卡制部7的尺度大于滚轮支架3通孔的孔径，卡制部7可以为螺母，也可以与连接杆6一体成型；每个滚轮组件8也可以包括两个滚轮4，两个滚轮4设置在连接杆6的两端。当然，每个滚轮组件8上还可以设置三个甚至更多个滚轮4，设置多个滚轮4的滚轮组件8能够实现用于夹取圆形工件时的对中定位。

为了便于滚轮组件8的安装拆卸，连接杆6为两端设置螺纹而中部光滑的螺杆，卡制部7为螺母，滚轮4与连接杆6螺纹连接，此结构的滚轮组件8，组装方便，同时可及时更换损坏的卡制部7或滚轮4，降低了维护成本。此外此结构的滚轮组件8，还可以根据待夹取的圆形工件尺寸选择更换不同轮径的滚轮4，提高了末端执行器的通用性。

本实施例中，滚轮4中心设置与连接杆6螺纹相匹配的内螺纹，滚轮4的尺寸根据实际需要选取，滚轮4外周应伸出支架，即滚轮4直径大于滚轮连接件5和滚轮支架3的宽度，保证待夹取圆形工件与滚轮4外周接触的同时，能够避免工作过程中夹取的圆形工件与滚轮连接件5或滚轮支架3之间产生干涉，提升了末端执行器的工作可靠性。

为了提升对中定位的准确度，滚轮4和滚轮支架3之间设置有滚轮连接件5，滚轮连接件5设置有供连接杆6通过的通孔，即连接件通孔，连接杆6贯穿支架通孔和连接件通孔，滚轮连接件5能够使工作过程中的连接杆6处于同一平面，保证滚轮4在同一平面运动，有效地防止了因连接杆6歪斜导致夹取精度和稳定性降低。

为了提升夹取的稳定性，滚轮支架3固定设置于气爪连接板2内侧，连接在滚轮支架3上的两个滚轮结构9相同且相对设置，使滚轮组件8的滚轮4与待夹取圆形工件具有至少四个接触点，此结构的末端执行器加持力度大，夹取效果更稳定，还能够自动对待夹取圆形工件时的对中定位，抓取更准确。

为了提升末端执行器的通用性，气爪连接板2通过螺纹固定设置于气爪1的两侧，滚轮支架3与气爪连接板2可拆卸连接，气爪连接板2可以设置成不同尺寸、不同结构，并能够更换不同型号滚轮4，以适合夹取不同型号圆形工件，此可拆卸连接结构可显著提升末端执行器的通用性，同时降低生产和维护成本。

为了进一步提升末端执行器的通用性，滚轮支架3上并列设置至少两排滚轮支架通孔，优选设置两排支架通孔，即每个滚轮支架3上设置四个滚轮支架通孔，四个滚轮支架通孔的中心连接构成矩形，两个滚轮组件8可设置于矩形的对角位置，也可以设置于沿气爪连接板2向前方伸出方向的矩形一边，此结构的滚轮支架3不仅能够夹取规则圆形工件，也能够夹取非圆形工件，如梯形工件、矩形工件等多边形工件，应用更为广泛。另外，滚轮支架3上还可以设置具有三个及以上数量的一排滚轮支架通孔，或者设置具有多排且每排具有三个及以上数量的滚轮支架通孔，滚轮组件8能够根据待夹取工件的尺寸、形状设置在不同位置的滚轮支架通孔内，从而能够实现不必拆卸更换滚轮支架3即可快速夹取不同尺寸和不同形状工件的目的，方便快捷。

为了提升末端执行器抓取稳定性，滚轮4的表面设置防滑结构，防滑结构为防滑纹或防滑凸起。为了进一步提升抓取稳定性，滚轮4由聚氨酯材料制成，由聚氨酯材料制成的滚轮4，表面具有一定的防滑能力，从而提升了末端执行器抓取稳定性，夹持更稳定，同时聚氨酯材料更容易制作各种类型的防滑结构。

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 (10)

1.一种机械臂末端执行器，包括气爪和设置于所述气爪两侧的气爪连接板，其特征在于，所述气爪连接板的端部均设置有滚轮结构，所述滚轮结构相对于所述气爪对称设置；

所述滚轮结构包括滚轮支架和两个滚轮组件，所述滚轮组件并列设置于所述滚轮支架上，所述滚轮组件用于夹取圆形工件以及对所述圆形工件进行对中定位。

2.根据权利要求1所述的机械臂末端执行器，其特征在于，所述滚轮组件包括滚轮和连接杆，所述滚轮固定连接在所述连接杆的端部；

所述滚轮支架上对称设置两个支架通孔，所述连接杆的长度大于滚轮支架的厚度，所述连接杆能够在所述支架通孔内转动且能够上下移动。

3.根据权利要求2所述的机械臂末端执行器，其特征在于，所述滚轮组件包括一个滚轮，所述连接杆的另一端固定设置有卡制部；或者，

所述滚轮组件包括两个滚轮，两个所述滚轮设置在连接杆的两端。

4.根据权利要求3所述的机械臂末端执行器，其特征在于，所述连接杆为两端设置螺纹而中部光滑的螺杆，所述卡制部为螺母，所述滚轮与连接杆螺纹连接。

5.根据权利要求2所述的机械臂末端执行器，其特征在于，所述滚轮和滚轮支架之间设置有滚轮连接件，所述滚轮连接件设置有供所述连接杆通过的通孔。

6.根据权利要求1所述的机械臂末端执行器，其特征在于，所述滚轮支架固定设置于所述气爪连接板内侧。

7.根据权利要求1所述的机械臂末端执行器，其特征在于，所述滚轮支架与所述气爪连接板可拆卸连接。

8.根据权利要求1所述的机械臂末端执行器，其特征在于，所述滚轮的表面设置防滑结构。

9.根据权利要求8所述的机械臂末端执行器，其特征在于，所述防滑结构为防滑纹或防滑凸起。

10.根据权利要求1-9所述的机械臂末端执行器，其特征在于，所述滚轮由聚氨酯材料制成。