CN109760096A - 一种机器人用真空夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人用真空夹持装置，包括可吸取并转移同一待夹持物的多个吸附本体、将多个吸附本体连接为一体的连接板，连接板的上方通过支架安装一安装平台，该安装平台与机器人的机械臂联接；吸附本体包括可形成负压腔的环形吸嘴和自环形吸嘴上端部向连接板方向延伸的加强块，加强块内预埋一连接管，该连接管穿过连接板并与连接板固定连接；连接管内设有一延伸至负压腔的气体通道，环形吸嘴与待夹持物的光滑上表面接触，环形吸嘴内的气体由气体通道抽出，形成用于吸附待夹持物的真空区域。本发明的真空夹持装置具有结构简单、使用方便、吸取可靠的优点。

Description

一种机器人用真空夹持装置

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种机器人用真空夹持装置。

背景技术

在食品或零部件生产线上，还存在食品包装盒或零部件靠人工抓取的现象，由机器人代替人工作业，是现今社会发展的趋势。

吸盘广泛应用于各大超市或者家庭里，其是通过将吸附杯挤压于光滑的安装平面上，然后迫使吸附杯内的空气排出，达到吸附杯内部的气压小于吸附杯外部的气压时，吸附杯则吸附于安装平面上，吸附杯上连接有挂钩，挂钩则可以用于挂住货物袋或者各种货物等。

利用吸盘原理开发出一款利用机器人的机械臂取放物品的组件，成为研发人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人用真空夹持装置，解决现有的机器人取放物品不方便的问题。

为此，本发明的技术方案如下：

一种机器人用真空夹持装置，包括可吸取并转移同一待夹持物的多个吸附本体、将多个吸附本体连接为一体的连接板，所述连接板的上方通过支架安装一安装平台，该安装平台与机器人的机械臂联接，使得机械臂带动吸附本体联动；

所述机械臂包括：与Y轴一体成型的旋转台、X轴、固设在旋转台上的两个肋板、与安装平台的上端面固定连接的承托件、驱动X轴旋转的第一舵机、用于固定第二舵机的底座，该底座上设有通孔，所述Y轴穿过通孔，且通孔与Y轴的连接处设有至少一个轴承，所述Y轴上套设有Y轴齿轮，所述第二舵机的输出轴上设有驱动Y轴齿轮转动的主动齿轮；

所述X轴穿过承托件并与承托件固定连接，以实现X轴带动承托件旋转；所述X轴的两端分别穿过肋板，且肋板与X轴之间设有轴承；所述第一舵机的输出轴上设有第一齿轮，所述X轴上设有与第一齿轮啮合的第二齿轮；

所述吸附本体包括可形成负压腔的环形吸嘴和自环形吸嘴上端部向连接板方向延伸的加强块，所述加强块内预埋一连接管，该连接管穿过所述连接板并与连接板固定连接；

所述连接管内设有一延伸至负压腔的气体通道，所述环形吸嘴与待夹持物的光滑上表面接触，环形吸嘴内的气体由气体通道抽出，形成用于吸附待夹持物的真空区域。

上述的一种机器人用真空夹持装置，所述环形吸嘴为喇叭状结构，所述环形吸嘴的大端用于吸附待夹持物。

上述的一种机器人用真空夹持装置，所述环形吸嘴的外环部沿连接管轴向的截面为梯形；所述环形吸嘴的内环部沿连接管轴向的截面为弧形。

上述的一种机器人用真空夹持装置，位于所述环形吸嘴大端的端面上设有摩擦垫，该摩擦垫与待夹持物间的摩擦力可抵消待夹持物在转移时受到的侧向力；所述摩擦垫片由聚胺酯或氯丁橡胶制成。

上述的一种机器人用真空夹持装置，所述连接板上设有多个供连接管穿过的通孔，所述连接管穿过通孔后由螺母固定。

上述的一种机器人用真空夹持装置，所述通孔为螺纹孔，所述连接管上设有与螺纹孔配合的外螺纹。

上述的一种机器人用真空夹持装置，所述支架包括用于连接安装平台、连接板的四个支腿，四个所述支腿之间设有支撑板，该支撑板用于放置抽气泵和充气泵。

上述的一种机器人用真空夹持装置，多个所述连接管的自由端均设有供气体穿过的软管，多个软管经至少一个四通管接头与总软管连接，总软管上设有两位三通电磁阀，所述两位三通电磁阀的两个进气口通过管道分别连接抽气泵、充气泵，所述抽气泵将环形吸嘴的空间抽成真空，使吸附本体形成负压腔，以夹持待夹持物；所述充气泵向环形吸嘴内注入空气，以实现环形吸嘴与待夹持物的脱离。

本发明的有益效果：

本发明通过多个吸附本体接触待夹持物的光滑表面，抽气泵通过气体通道将环形吸嘴内的空气抽空，使环形吸嘴形成负压腔，由于环形吸嘴内部的气压小于环形吸嘴外部的气压，待夹持物在外部气压的作用下被吸起。当机械臂带动吸附本体和待夹持物移动到合适位置后，充气泵通过气体通道向环形吸嘴的内腔充气，使环形吸嘴的内部气压与外部气压保持平衡，吸附本体与待夹持物脱离。由此可知，本发明的真空夹持装置具有结构简单、使用方便、吸取可靠的优点。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是真空夹持装置的结构示意图一。

图2是图1的A向视图。

图3是吸附本体的剖视图。

图4是真空夹持装置的管路系统示意图。

图5是机械臂的结构示意图。

图中： 1. 吸附本体；11. 环形吸嘴；11-1.外环部；11-2. 内环部；12. 加强块；13. 气体通道；14.连接管；2.连接板；3.安装平台；4. 支腿；5. 支撑板；6. 抽气泵；7.充气泵；8. 两位三通电磁阀；81. 总软管；9. 四通管接头；91. 软管；100. 待夹持物；a1.旋转台；a2.X轴；a2-1.第二齿轮；a3.肋板；a4.承托件；a5.第一舵机；a5-1.第一齿轮；a6.Y轴；a6-1.Y轴齿轮；a7.底座；a8.第二舵机；a8-1.输出轴；a8-2.主动齿轮。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

为了解决现有的机器人取放物品不方便的问题，本实施例提供了一种机器人用真空夹持装置。如图1和图2所示，本实施例的真空夹持装置包括可吸取并转移同一待夹持物100的多个吸附本体1、将多个吸附本体1连接为一体的连接板2，连接板2的上方通过支架安装一安装平台3，该安装平台3与机器人的机械臂联接，使得机械臂带动吸附本体1联动。

如图5所示，本实施例的机械臂包括：与Y轴a6一体成型的旋转台a1、X轴a2、固设在旋转台a1上的两个肋板a3、与安装平台的上端面固定连接的承托件a4、驱动X轴a2旋转的第一舵机a5、用于固定第二舵机a8的底座a7，该底座a7上设有通孔，所述Y轴a6穿过通孔，且通孔与Y轴a6的连接处设有至少一个轴承，所述Y轴a6上套设有Y轴齿轮a6-1，所述第二舵机a8的输出轴a8-1上设有驱动Y轴齿轮a6-1转动的主动齿轮a8-2；

所述X轴a2穿过承托件a4并与承托件a4固定连接，以实现X轴a2带动承托件a4旋转；所述X轴a2的两端分别穿过肋板a3，且肋板a3与X轴a2之间设有轴承；所述第一舵机a5的输出轴上设有第一齿轮a5-1，所述X轴a2上设有与第一齿轮a5-1啮合的第二齿轮a2-1。

本实施例的第一舵机驱动X轴a2旋转，X轴a2与承托件a4固定连接，X轴a2转动时，承托件a4也随之转动；本实施例由于Y轴齿轮a6-1与Y轴a6固定连接，因此，当主动齿轮a8-2与Y轴齿轮a6-1啮合后，第二舵机a8驱动Y轴a6旋转，承托件a4也随Y轴a6的转动而转动。本实施例的第一舵机、第二舵机均与内设单片机的控制器电连接的，在控制器的控制下，第一舵机、第二舵机使吸附于多个吸附本体1上的待夹持物100从待夹持位输送至下一加工位置。

需指出，在实际使用时，本实施例的底座a7还可能与机器人的机身或者机座连接。本实施例的承托件a4可以由与X轴a2固定连接的第一本体和垂直于第一本体的第二本体组成，第二本体的长度大于第一本体的长度，第二本体的下端面与安装平台的上端面固定连接，X轴a2或Y轴a6旋转时，安装平台随第二本体的转动而转动。当然，本实施例的承托件a4并不限于上述结构，只要能实现对安装平台的承接、带动安装平台上的吸附本体1转动的功能即可。

如图3所示，本实施例的吸附本体1包括可形成负压腔的环形吸嘴11和自环形吸嘴11上端部向连接板2方向延伸的加强块12，加强块12内预埋一连接管14，该连接管14穿过连接板2并与连接板2固定连接；连接管14内设有一延伸至负压腔的气体通道13，环形吸嘴11与待夹持物100的光滑上表面接触，环形吸嘴11内的气体由气体通道13抽出，形成用于吸附待夹持物100的真空区域。

本实施例是通过多个吸附本体1接触待夹持物100的光滑表面，抽气泵6通过气体通道13将环形吸嘴11内的空气抽空，使环形吸嘴11形成负压腔，由于环形吸嘴11内部的气压小于环形吸嘴11外部的气压，待夹持物100在外部气压的作用下被吸起。本实施例的真空夹持装置具有清洁、吸附平稳可靠、不损坏所夹持物件表面的优点。

当机械臂带动吸附本体1和待夹持物100移动到合适位置后，充气泵7通过气体通道13向环形吸嘴11的内腔充气，使环形吸嘴11的内部气压与外部气压保持平衡，吸附本体1与待夹持物100脱离。

如图3所示，本实施例的环形吸嘴11为喇叭状结构，环形吸嘴11的大端用于吸附待夹持物100，小端与加强块12连接。环形吸嘴11的外环部11-1沿连接管14轴向的截面为梯形；环形吸嘴11的内环部11-2沿连接管14轴向的截面为弧形。这样设置的目的是使环形吸嘴11与待夹持物100之间的空腔密封性更好。

参照图3，详细说明本实施例的设计原理：本实施例的吸附本体1采用了真空原理，即用真空负压来吸附物品以达到夹持工件的目的。如图3和图4所示，连接管14的自由端与软管91连接，软管91通过总软管81与抽气泵6连接，当抽气泵6启动后，环形吸嘴11内腔的气体由抽气泵6抽出，环形吸嘴11内部的空气被抽走，形成了内部气压小于外部气压的真空状态。此时，由于环形吸嘴11内部的空气压力低于环形吸嘴11外部的大气压力,物品在外部压力的作用下被吸起。环形吸嘴11内部的真空度越高，环形吸嘴11与物品之间贴的越紧。

当待夹持物100吸牢后，机器人的机械臂带动吸附本体1和待夹持物100，将物品转移到合适位置，充气泵7通过气体通道13向环形吸嘴11的内腔充气，使环形吸嘴11的内部气压与外部气压保持平衡，吸附本体1与待夹持物100脱离。

重点说明的是：本实施例的吸附本体1在使用时需与被吸附的物品密封接触，形成一个密闭的气室后，才能启动抽气泵6对气密腔室抽真空。上述分析可知，本实施例的真空夹持装置具有无污染、不伤工件和容易使用的特点。

由于环形吸嘴11的材质一般为橡胶，长时间直接与待夹持物100接触，会磨损严重，且在转移物品过程中容易出现夹持物水平移动的现象。为此，本实施例在位于环形吸嘴11大端的端面上设有摩擦垫，该摩擦垫与待夹持物100间的摩擦力可抵消待夹持物100在转移时受到的侧向力；摩擦垫片由聚胺酯或氯丁橡胶制成。

为了将连接板2与吸附本体1更好的固定，本实施例的连接板2上设有多个供连接管14穿过的通孔，连接管14穿过通孔后由螺母固定。连接管14与通孔的固定，可以是焊接，也可以是通孔和连接管14过盈配合。考虑到便于安拆，本实施例的通孔为螺纹孔，连接管14上设有与螺纹孔配合的外螺纹。

如图2所示，本实施例的支架包括用于连接安装平台3、连接板2的四个支腿4，四个支腿4之间设有支撑板5，该支撑板5用于放置抽气泵6和充气泵7。如图4所示，多个连接管14的自由端均设有供气体穿过的软管91，多个软管91经至少一个四通管接头9与总软管81连接，总软管81上设有两位三通电磁阀8，两位三通电磁阀8的两个进气口通过管道分别连接抽气泵6、充气泵7，抽气泵6将环形吸嘴11的空间抽成真空，使吸附本体1形成负压腔，以夹持待夹持物100；充气泵7向环形吸嘴11内注入空气，以实现环形吸嘴11与待夹持物100的脱离。

需指出，真空吸附装置通过安装平台3与机器人的机械臂联接，机械臂上设有第一限位开关和第二限位开关，第一限位开关、第二限位开关均与机器人的控制器电连接，第一限位开关用于向控制器发送真空吸附装置位于夹持位的信息，第二限位开关用于向控制器发送真空吸附装置位于脱离位的信息；控制器与两位三通电磁阀8电连接，用于控制两位三通电磁阀8的电磁铁通断电，从而使环形吸嘴11处于真空态或常压态。

机器人的机械臂可以是采用万向节旋转的，也可以是采用滑轨、导轨或伸缩杆的直线收缩，当然也可以是二者的结合。本实施例的第一限位开关和第二限位开关分别位于机械臂的两个不同的工作位，第一限位开关和第二限位开关一方面能阻止机械臂运动超出形成造成损害，另一方面也可以向控制器传输机械臂的运动信息。

本实施例机器人的控制器可以选用型号为STM32F103RBT6的微处理器；该微处理器是ST公司基于ARM最新Cortex-X3架构内核的32位处理器产品，内置128KB的Flash、20K的RAM、12位AD、4个16位定时器核3路USART通讯口等多种资源，时钟频率最高可达72MHz。微处理器的输入电压为3.3V，能耗低，可以采用干电池进行供电，工作持续时间长。

本实施例通过多个吸附本体1接触待夹持物100的光滑表面，抽气泵6通过气体通道13将环形吸嘴11内的空气抽空，使环形吸嘴11形成负压腔，由于环形吸嘴11内部的气压小于环形吸嘴11外部的气压，待夹持物100在外部气压的作用下被吸起。当机械臂带动吸附本体1和待夹持物100移动到合适位置后，充气泵7通过气体通道13向环形吸嘴11的内腔充气，使环形吸嘴11的内部气压与外部气压保持平衡，吸附本体1与待夹持物100脱离。由此可知，本实施例的真空夹持装置具有结构简单、使用方便、吸取可靠的优点。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种机器人用真空夹持装置，其特征在于，包括可吸取并转移同一待夹持物（100）的多个吸附本体（1）、将多个吸附本体（1）连接为一体的连接板（2），所述连接板（2）的上方通过支架安装一安装平台（3），该安装平台（3）与机器人的机械臂联接，使得机械臂带动吸附本体（1）联动；

所述机械臂包括：与Y轴（a6）一体成型的旋转台（a1）、X轴（a2）、固设在旋转台（a1）上的两个肋板（a3）、与安装平台的上端面固定连接的承托件（a4）、驱动X轴（a2）旋转的第一舵机（a5）、用于固定第二舵机（a8）的底座（a7），该底座（a7）上设有通孔，所述Y轴（a6）穿过通孔，且通孔与Y轴（a6）的连接处设有至少一个轴承，所述Y轴（a6）上套设有Y轴齿轮（a6-1），所述第二舵机（a8）的输出轴（a8-1）上设有与Y轴齿轮（a6-1）啮合的主动齿轮（a8-2）；

所述X轴（a2）穿过承托件（a4）并与承托件（a4）固定连接，以实现X轴（a2）带动承托件（a4）旋转；所述X轴（a2）的两端分别穿过肋板（a3），且肋板（a3）与X轴（a2）之间设有轴承；所述第一舵机（a5）的输出轴上设有第一齿轮（a5-1），所述X轴（a2）上设有与第一齿轮（a5-1）啮合的第二齿轮（a2-1）；

所述吸附本体（1）包括可形成负压腔的环形吸嘴（11）和自环形吸嘴（11）上端部向连接板（2）方向延伸的加强块（12），所述加强块（12）内预埋一连接管（14），该连接管（14）穿过所述连接板（2）并与连接板（2）固定连接；

所述连接管（14）内设有一延伸至负压腔的气体通道（13），所述环形吸嘴（11）与待夹持物（100）的光滑上表面接触，环形吸嘴（11）内的气体由气体通道（13）抽出，形成用于吸附待夹持物（100）的真空区域。

2.如权利要求1所述的机器人用真空夹持装置，其特征在于，所述环形吸嘴（11）为喇叭状结构，所述环形吸嘴（11）的大端用于吸附待夹持物（100）。

3.如权利要求2所述的机器人用真空夹持装置，其特征在于，所述环形吸嘴（11）的外环部（11-1）沿连接管（14）轴向的截面为梯形；所述环形吸嘴（11）的内环部（11-2）沿连接管（14）轴向的截面为弧形。

4.如权利要求2所述的机器人用真空夹持装置，其特征在于，位于所述环形吸嘴（11）大端的端面上设有摩擦垫，该摩擦垫与待夹持物（100）间的摩擦力可抵消待夹持物（100）在转移时受到的侧向力；所述摩擦垫由聚胺酯或氯丁橡胶制成。

5.如权利要求1所述的机器人用真空夹持装置，其特征在于，所述连接板（2）上设有多个供连接管（14）穿过的通孔，所述连接管（14）穿过通孔后由螺母固定。

6.如权利要求5所述的机器人用真空夹持装置，其特征在于，所述通孔为螺纹孔，所述连接管（14）上设有与螺纹孔配合的外螺纹。

7.如权利要求1所述的机器人用真空夹持装置，其特征在于，所述支架包括用于连接安装平台（3）、连接板（2）的四个支腿（4），四个所述支腿（4）之间设有支撑板（5），该支撑板（5）用于放置抽气泵（6）和充气泵（7）。

8.如权利要求7所述的机器人用真空夹持装置，其特征在于，多个所述连接管（14）的自由端均设有供气体穿过的软管（91），多个软管（91）经至少一个四通管接头（9）与总软管（81）连接，总软管（81）上设有两位三通电磁阀（8），所述两位三通电磁阀（8）的两个进气口通过管道分别连接抽气泵（6）、充气泵（7），所述抽气泵（6）将环形吸嘴（11）的空间抽成真空，使吸附本体（1）形成负压腔，以夹持待夹持物（100）；所述充气泵（7）向环形吸嘴（11）内注入空气，以实现环形吸嘴（11）与待夹持物（100）的脱离。