CN109304723A - 一种柔性夹持机构及其作业方法、具有柔性夹持机械手的机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性夹持机构，包括机架、夹持组件、自适应转动组件；自适应转动组件包括转轴、扭转弹簧、轴承、轴承座；轴承座左右对称安装在机架上，轴承嵌入安装在轴承座中，转轴的两端安装在轴承上；夹持组件安装在转轴上；扭转弹簧安装在转轴的两端，扭转弹簧的两个端部分别固定于转轴、轴承座；自适应转动组件还包括限制转轴反向转动的转动限位板；受到正向外力时，转轴带动夹持组件正向转动；外力撤销时，扭转弹簧带动转轴及夹持组件回到初始状态。还涉及一种柔性夹持机构的作业方法、以及具有柔性夹持机械手的机器人。属于搬运机械技术领域。本发明具有自适应性，可降低载体机械的精度要求。
Description
技术领域
本发明涉及搬运机械技术领域，尤其涉及把带有孔洞的物料套在与孔洞配合的柱状物体上的一种柔性夹持机构及其作业方法、以及具有柔性夹持机械手的机器人。
背景技术
如今，工业生产发展迅速，夹持机构在工业生产中得到广泛运用。因此，促使各式各样的夹持机构被创造出来，不同的夹持机构适应不同的物料、不同的工作环境、不同物料放置目标。其中有一种情况，需要把方形带有孔洞的物料套入带有柱状安装位置的货架上进行存储，或者把方形的带有孔的零件安装在另一个柱状零件上进行装配。为完成上述要求，现在大部分的夹持机构都是笛卡尔坐标系自由度甚至更高自由度的机构载体带动夹持有物料的夹持机构到达柱状物的正上方，然后进行对齐放置。这对机构载体的要求相对较高，成本也相对提高，对齐时间也会延长。这就需要研发一种快速且简单有效，能降低机构载体要求的夹持机构。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供把带有孔洞的物料套在与孔洞配合的柱状物体上的一种柔性夹持机构及其作业方法、以及具有柔性夹持机械手的机器人。本发明具有自适应性，可降低载体机械的精度要求。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种柔性夹持机构，其特征在于：包括机架、夹持组件、自适应转动组件；自适应转动组件包括转轴、扭转弹簧、轴承、轴承座；轴承座左右对称安装在机架上，轴承嵌入安装在轴承座中，转轴的两端安装在轴承上；夹持组件安装在转轴上；扭转弹簧安装在转轴的两端，扭转弹簧的两个端部分别固定于转轴、轴承座；自适应转动组件还包括限制转轴反向转动的转动限位板；初始状态时，两端的扭转弹簧具有形变，以使转轴受反向力矩，转动限位板限制转轴反向转动；受到正向外力时，转轴带动夹持组件正向转动，扭转弹簧进一步形变；外力撤销时，扭转弹簧带动转轴及夹持组件回到初始状态。所述的正向转动为向后下方转动，反向转动为向前上方转动。采用这种结构后，使用该机构把带有孔洞的物料套在与孔洞配合的柱状物体过程中，具有自适应性，即夹持组件在外力的作用下可转动且一直具有复位的趋势以适应位置偏差，可降低载体机械的精度要求。
夹持组件包括爪子、爪子承接件、爪子安装方管；爪子通过爪子承接件固定在爪子安装方管上，爪子安装方管固定安装在转轴上。采用这种结构后，转轴的转动可以带动爪子的转动。
自适应转动组件还包括过渡件；爪子安装方管套在转轴上，通过过渡件与转轴固定连接；过渡件的内轮廓与转轴胶接，过渡件的外轮廓与爪子安装方管的内侧胶接。采用这种结构后，过渡件使圆柱状的转轴与爪子安装方管结合紧密，使传动可靠。
转动限位板包括左右对称安装的两组；每组包括相交叉重叠的两块转动限位板，一块固定在爪子安装方管上，一块固定在轴承座上。采用这种结构后，转动限位版能有效的限定转轴运动的区域，使爪子不会随意摆动，工作稳定，且能保持扭转弹簧初始状态的形变。
爪子包括爪子活动臂、爪子固定臂、爪子动力气缸；爪子活动臂每侧各两个对称地安装在左右两侧；爪子活动臂的中部与爪子固定臂铰链连接；爪子活动臂的顶端与爪子动力气缸的端部铰链连接，其中左右相应对称的两个爪子活动臂的顶端分别与同一个爪子动力气缸的首尾两端铰链连接；爪子固定臂位于爪子安装方管的正下方，爪子承接件将爪子固定臂和爪子安装方管固连。爪子活动臂与爪子固定臂转动连接的位置为爪子活动臂转动的支点；爪子动力气缸伸长时，左右两边对称的爪子活动臂上部的距离变大，下部的距离变小从而夹取货物；爪子动力气缸收缩，左右两边对称的爪子活动臂上部的距离变小，下部的距离变大从而松开货物。采用这种结构后，结构简单并能有效地实现爪子张开或夹紧。
爪子还包括稳固件，同一侧的爪子活动臂的下部以稳固件连接。采用这种结构后，保证同一侧的爪子活动臂的运动同步，并且增大了爪子与所夹持的货物的接触面积，使夹持更平稳。
稳固件包括方铝管、玻璃夹，方铝管横放且相互平行安装，玻璃夹将方铝管和爪子活动臂连接。采用这种结构后，横向的方铝管与爪子活动臂交叉垂直，用玻璃夹将两者连接更稳定。
爪子安装方管穿过爪子，通过爪子承接件负载着爪子，安装在转轴上。采用这种结构后，在爪子承接件支撑不住货物，而与爪子梁脱离的时候，爪子梁穿过爪子的设计能阻止其掉落而起到了保险的作用。
一种具有柔性夹持机械手的机器人，所述的柔性夹持机构作为机械手安装在运动载体上得到机器人。采用这种结构后，可得到适应能力强的机器人，而对运动载体的精度要求可降低。
一种柔性夹持机构的作业方法，使用所述的一种柔性夹持机构，把方形的带有孔洞的物料套在与孔洞配合的柱状物体上的过程：夹持组件以使物料的孔洞口倾斜的方式夹取物料；将物料带到柱状物体的侧边，使物料的孔洞口与柱状物体的端部对上；随后，柔性夹持机构带着物料继续向前平移，被夹持物料的孔洞边缘接触到柱状物体后，柱状物体对柔性夹持机构产生作用力，带动柔性夹持机构在存在扭转弹簧阻尼的情况下转动；进而随着物料向前移动，物料的孔洞口与柱状物体端面会逐渐接近平行；接近平行后，便可松开夹持组件，把带有孔洞的物料套在与孔洞配合的柱状物体上；随后，柔性夹持机构在扭转弹簧的作用下复位。采用这种方法后，能快速且简单有效地把方形的带有孔洞的物料套在与孔洞配合的柱状物体上。
总的说来，本发明具有如下优点：具有自适应性，可降低载体机械的精度要求，且为纯机械装置，结构简单，质量轻，制造成本低。
附图说明
图1是一种柔性夹持机构整体结构的立体图。
图2是一种柔性夹持机构部分结构的立体图。
图3是一种柔性夹持机构的夹持组件的立体图。
图4是一种柔性夹持机构的自适应转动组件的局部立体图。
图5是一种柔性夹持机构的工作状态示意图。
示意图中零部件的标号说明：
图中所示：1-方管，2-轴承座，3-转动限位板，4-转动限位板，5-爪子安装方管，6-扭转弹簧，7-轴承，8-方铝管(稳固件)，9-爪子活动臂，10-爪子动力气缸，11-玻璃夹(稳固件)，12-爪子承接件，13-爪子固定臂，14-转轴，15-物料，16-柱状物体。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
一种柔性夹持机构，包括机架、夹持组件、自适应转动组件。
机架由方管拼接而成。
夹持组件包括：爪子、爪子承接件、爪子安装方管。
爪子包括：爪子活动臂、稳固件、爪子固定臂、爪子动力气缸。
爪子活动臂每侧各两个对称地安装在左右两侧；同一侧的爪子活动臂的下部以稳固件连接，以使两个爪子活动臂同步运动且固定了两爪子活动臂之间的距离；其中稳固件包括方铝管、玻璃夹，方铝管横放且相互平行安装，玻璃夹分别与方铝管、爪子活动臂螺钉连接，以此将方铝管与爪子活动臂固连。
爪子活动臂转动的支点位置在爪子活动臂中部，在支点位置处，爪子活动臂与爪子固定臂铰链连接；爪子活动臂的顶端与爪子动力气缸的端部铰链连接，其中，左右相应对称的两个爪子活动臂的顶端分别与同一个爪子动力气缸的首尾两端铰链连接。
爪子固定臂位于爪子安装方管的正下方，爪子承接件将爪子固定臂和爪子安装方管固连，以固定爪子相对爪子安装方管的位置，使爪子不会在爪子安装方管上任意滑动。爪子安装方管穿过爪子，通过爪子承接件负载着爪子，安装在机构上。
在控制系统的控制下，爪子动力气缸伸出，左右两侧的爪子活动臂顶端的距离变大，下端就会相向移动而距离变小，从而夹持物体；相反，爪子动力气缸收缩，则爪子松开物体。
自适应转动组件包括：轴承、轴承座、转轴、扭转弹簧、过渡块、转动限位板。
轴承座左右对称安装在机架上，轴承嵌入安装在轴承座中，转轴的两端安装在轴承上，以使转轴横跨左右两边安装在机架上。爪子安装方管套在转轴上，通过过渡件与转轴固定连接；过渡件的内轮廓与转轴胶接，过渡件的外轮廓与爪子安装方管的内侧胶接。
转动限位板包括左右对称安装的两组；每组包括相交叉重叠的两块转动限位板，一块固定在爪子安装方管上，另一块固定在轴承座上，两块转动限位板相互作用，阻止转轴带动爪子向前上方转动。
转轴的两端各安装有一个扭转弹簧，扭转弹簧的两个端部分别固定在轴承座、转轴上。安装时，使扭转弹簧具有弹性形变，而蓄有向前上方旋转的扭矩，使爪子具有向前上方转动的趋势。而转动限位板限制了爪子向前上方转动，进而使扭转弹簧储存有角能量，当转轴绕弹簧中心向后方转动的时候，扭转弹簧的扭矩便作用于转轴，使转轴具有向前上方转动的趋势，进而转轴使夹持组件在外力的作用下可转动且一直具有复位的趋势以适应位置偏差。
将这种柔性夹持机构作为机械手安装在运动载体上，运动载体携带柔性夹持机构作业。
使用这种柔性夹持机构把方形带有孔洞的物料套入带有柱状安装位置的货架上进行存储，或把方形的带有孔的零件安装在另一个柱状零件上进行装配的过程为：柔性夹持机构以一定角度夹持物料，所述一定角度指能使物料的孔洞口倾斜的角度；运动载体携带柔性夹持机构及其所夹持的物料到达作用区域，所述作用区域指的是物料到达柱状物体的周边，并且物料孔洞口与所要套入柱状物体端部在左右方向对齐、高度上对上；到达作用区域后，继续使柔性夹持机构向前平移；被夹持的物料的孔洞边缘接触到柱状物体后，由于柱状物体对物料有反作用力，进而带动柔性夹持机构在存在扭转弹簧阻尼的情况下转动，随着物料的向前移动，物料的孔洞口也越接近与柱状物体的端面平行，待接近程度达到一范围内后，即可松开柔性夹持机构，物料将被套在柱状物体上；随后，柔性夹持机构在扭转弹簧的作用下复位。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种柔性夹持机构，其特征在于：包括机架、夹持组件、自适应转动组件；自适应转动组件包括转轴、扭转弹簧、轴承、轴承座；轴承座左右对称安装在机架上，轴承嵌入安装在轴承座中，转轴的两端安装在轴承上；夹持组件安装在转轴上；扭转弹簧安装在转轴的两端，扭转弹簧的两个端部分别固定于转轴、轴承座；自适应转动组件还包括限制转轴反向转动的转动限位板；初始状态时，两端的扭转弹簧具有形变，以使转轴受反向力矩，转动限位板限制转轴反向转动；受到正向外力时，转轴带动夹持组件正向转动，扭转弹簧进一步形变；外力撤销时，扭转弹簧带动转轴及夹持组件回到初始状态。
2.按照权利要求1所述的一种柔性夹持机构，其特征在于：夹持组件包括爪子、爪子承接件、爪子安装方管；爪子通过爪子承接件固定在爪子安装方管上，爪子安装方管固定安装在转轴上。
3.按照权利要求2所述的一种柔性夹持机构，其特征在于：自适应转动组件还包括过渡件；爪子安装方管套在转轴上，通过过渡件与转轴固定连接；过渡件的内轮廓与转轴胶接，过渡件的外轮廓与爪子安装方管的内侧胶接。
4.按照权利要求2所述的一种柔性夹持机构，其特征在于：转动限位板包括左右对称安装的两组；每组包括相交叉重叠的两块转动限位板，一块固定在爪子安装方管上，一块固定在轴承座上。
5.按照权利要求2所述的一种柔性夹持机构，其特征在于：爪子包括爪子活动臂、爪子固定臂、爪子动力气缸；爪子活动臂每侧各两个对称地安装在左右两侧；爪子活动臂的中部与爪子固定臂铰链连接；爪子活动臂的顶端与爪子动力气缸的端部铰链连接，其中左右相应对称的两个爪子活动臂的顶端分别与同一个爪子动力气缸的首尾两端铰链连接；爪子固定臂位于爪子安装方管的正下方，爪子承接件将爪子固定臂和爪子安装方管固连。
6.按照权利要求5所述的一种柔性夹持机构，其特征在于：爪子还包括稳固件，同一侧的爪子活动臂的下部以稳固件连接。
7.按照权利要求6所述的一种柔性夹持机构，其特征在于：稳固件包括方铝管、玻璃夹，方铝管横放且相互平行安装，玻璃夹将方铝管和爪子活动臂连接。
8.按照权利要求2所述的一种柔性夹持机构，其特征在于：爪子安装方管穿过爪子，通过爪子承接件负载着爪子，安装在转轴上。
9.一种具有柔性夹持机械手的机器人，其特征在于：包括运动载体、权利要求1-8任一项所述的一种柔性夹持机构，将柔性夹持机构作为机械手安装在运动载体上得到一种具有柔性夹持机械手的机器人。
10.一种柔性夹持机构的作业方法，其特征在于：使用权利要求1-8任一项所述的一种柔性夹持机构，把方形的带有孔洞的物料套在与孔洞配合的柱状物体上的过程：夹持组件以使物料的孔洞口倾斜的方式夹取物料；将物料孔洞口与柱状物体的端部对上；随后，柔性夹持机构继续向前平移，被夹持物料的孔洞边缘接触到柱状物体后，柱状物体对柔性夹持机构产生作用力，带动柔性夹持机构在存在扭转弹簧阻尼的情况下转动；进而随着物料向前移动，物料的孔洞口与柱状物体端面会逐渐接近平行；接近平行后，便可松开夹持组件，把带有孔洞的物料套在与孔洞配合的柱状物体上；随后，柔性夹持机构在扭转弹簧的作用下复位。
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| CN109304723B (zh) | 2023-11-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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