CN110281260A - 自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构，包括：两侧型材，架设于两侧型材上的法兰连接板，末端执行机构通过该法兰连接板与机器人连接；X轴伺服电机驱动涨紧轮在同步带的作用下可以驱动左右两个同步轮带动第一丝杠运动提供X轴方向运动部件相向运动；当X轴方向运动到位以后，Z轴下降，Z轴通过Z轴伺服电机和第二丝杠提供驱动力，驱动海绵吸盘升降，当海绵吸盘接触被搬运物体，微动开关触发Z轴伺服电机停止信号。本发明采用本机构可以显著提高了生产效率和产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性。

Description

自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构及工作方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构。

背景技术

机器人末端执行机构是一个安装在移动设备或者机器人手臂上，用于搬运产品的多功能机构。该机构具有处理、传输、夹持、放置和释放对象到一个准确的离散位置等功能。

工业机器人的抓取作业方式在工业生产中有着重要应用，末端执行机构也因为产品的多样性，有着各式各样的结构。但市场现有末端执行机构功能较为单一，仅适应单一产品。鉴于小批量，多样性的生产方式，现有市场上已有的机构，难以满足实际生产需要。因此需要一款可以同时兼容多功能，多类型产品的机构。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构，包括：两侧型材，架设于两侧型材上的法兰连接板，所述末端执行机构通过该法兰连接板与机器人连接；安装于法兰连接板下方的X轴伺服电机、与所述X轴伺服电机连接的左右两个同步轮、与所述两个同步轮连接的丝杠，所述X轴伺服电机驱动涨紧轮在同步带的作用下可以驱动左右两个同步轮带动第一丝杠运动提供X轴方向运动部件相向运动；安装于所述法兰连接板一侧的Z轴伺服电机和安装于Z轴伺服电机下方且与所述Z轴伺服电机连接的第二丝杠，与所述第二丝杠连接的海绵吸盘，在所述海绵吸盘下方安装于微动开关，当X轴方向运动到位以后，Z轴下降，Z轴通过Z轴伺服电机和第二丝杠提供驱动力，驱动海绵吸盘升降，当海绵吸盘接触被搬运物体，微动开关触发Z轴伺服电机停止信号，控制伺服停止下降；安装于所述Z轴伺服电机一侧的气缸、安装于所述第二丝杆两侧的夹紧臂，所述海绵吸盘到位以后真空打开，所述海绵吸盘携带物体上升到位后，所述气缸在电磁阀的控制下打开，所述夹紧臂到位夹紧物体；当物体被吸起和夹紧后，Z轴行程开关，X轴两侧行程开关和气缸的检测信号同时到位，机器人开始移动搬运物体；机器人到位之后，打开气缸，由PLC根据接收到的气缸缩回的信号，控制Z轴伺服电机下降，当Z轴伺服电机下降到位后，破真空，所有动作复位，开始下一个循环。

进一步，所述第一丝杠的两端分别通过轴承和轴承座固定，第一丝杠通过丝杠螺母连接在螺母座上。

进一步，在所述型材的内侧均安装有拖链。

进一步，所述气缸和连接板通过浮动接头连接。

进一步，两个夹紧臂之间设置连接轴，通过连接轴连接。

进一步，每个所述夹紧臂的朝向物体的内部安装有第一缓冲垫，朝向物体的底部安装有第二缓冲垫。

进一步，所述第一缓冲垫和第二缓冲垫采用优力胶。

进一步，在所述型材的下方且邻近气缸处，安装有滑块、第一导轨和第二导轨。

本发明实施例还提出一种自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构的工作方法，包括如下步骤：

步骤S1，机器人移动到位，通过末端执行机构上的法兰连接板将末端执行机构和机器人连接；

步骤S2，X轴伺服电机正转，打开夹紧臂，X轴伺服电机驱动涨紧轮在同步带的作用下可以驱动左右两个同步轮带动第一丝杠运动提供X轴方向运动部件相向运动；

步骤S3，当X轴方向运动到位以后，Z轴下降，Z轴通过Z轴伺服电机和第二丝杠提供驱动力，驱动海绵吸盘升降，当海绵吸盘接触被搬运物体，微动开关触发Z轴伺服电机停止信号，控制伺服停止下降；

步骤S4，所述海绵吸盘到位以后真空打开，所述海绵吸盘携带物体上升到位；

步骤S5，X轴伺服电机反转，PLC控制器输出行程开关信号，X轴伺服电机停止；

步骤S6，所述气缸在电磁阀的控制下打开，所述夹紧臂到位夹紧物体；当物体被吸起和夹紧后，Z轴行程开关，X轴两侧行程开关和气缸的检测信号同时到位，机器人开始移动搬运物体；

步骤S7，机器人到位之后，打开气缸，由PLC根据接收到的气缸缩回的信号，控制Z轴伺服电机下降，当Z轴伺服电机下降到位后，破真空，所有动作复位，开始下一个循环。

根据本发明实施例的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构及工作方法，开发出了实用和经济的末端执行机构，扩大了机器人应用领域且提高了机器人效率,解决了机器人的通用性与专用性矛盾。本发明满足了市场产品制造多样性的生产特点，通过微动开关发出信号给伺服，从而可以实现无人化生产，产品的适应范围广，可以通过X轴和Z轴行程开关信号控制伺服，自适应不同规格产品，可以完成搬运1200×800×600(mm)-368×360×100(mm)，重量100kg以下的物体。生产过程无需人员干预，根据物体尺寸自动调整程序，适应待搬运物体。本发明采用吸盘+夹爪，大大降低了搬运过程中的风险，采用吸盘将产品吸附起来，到位后夹抓夹紧产品，确保搬运过程中的稳定性与安全性。

本发明实施例的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构及工作方法，具有以下有益效果：

1、采用本机构可以显著提高了生产效率和产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。

2、安全系数高：采用海绵吸盘，吸附力强，对于工件表面要求不高，且通过吸盘+夹爪的工作方式，会大大降低因为吸盘破真空导致工件滑落的风险。

3、生产效率高：采用本机构可以简化生产工艺，缩短生产周期，减少人工投入，降低生产成本。

4、产量稳定：自动化设备生产采用先进的智能制造方案，有效降低了人员干预，增加了产线生产的稳定性。

5、通过本机构可以同时完成搬运和码垛，对于生产过程中，产品尺寸变化，无需切换程序即可直接使用作业。夹爪夹紧可以降低因吸盘破真空或气源故障，导致搬运物体滑落风险。对搬运的物体可以通过伺服调整位置，到位后通过海绵吸盘先将被搬运物体吸起后气缸夹紧从而搬运物体，同时伺服可以很好的保证运动精度。每次切换产品种类时PLC通过Z轴和X轴两侧行程开关的信号控制伺服自适应各类产品，提高了生产效率。

6、兼容性强，可以根据产品特点选择不同作业方式，根据产品结构选择吸附、夹紧或吸附+夹紧的方式进行搬运。

7、针对小工件且表面适合吸附可以通过海绵吸盘吸附进行搬运工件，普通的吸盘吸附纸箱会有破真空的风险，采用海绵吸盘不仅可以吸附纸箱，甚至可以吸附砖头等，降低了工件表面的要求。并且即使吸附的工件表面积比吸盘的面积小也不会因为破真空不能吸附。特殊的海绵吸盘不仅保证了接触面积，且不会导致产品表面划伤变形。

8、对于特征明显且有足够的空间进行抓取的工件，表面很不规则，不能通过吸盘进行搬运的物体，可以通过夹爪夹紧的方式进行搬运物体。

9、对于重要且能吸附和抓取的产品可以采用吸盘+夹爪方式进行搬运，降低了因为吸盘破真空导致搬运物体掉落的风险。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构的轴侧图；

图2为根据本发明实施例的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构的正视图；

图3为根据本发明实施例的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构的俯视图；

图4为根据本发明实施例的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构的工作流程图。

附图标记：

1、型材；5、法兰连接板；8、第一导轨；22、X轴伺服电机；23、涨紧轮；29、滑块；41、第一缓冲垫；42、螺母座；43、第二导轨；45、夹紧臂；46、连接板；47、气缸；50、浮动接头；52、第二缓冲垫；56、Z轴伺服电机；64、电机安装板；67、连接轴；68、槽型光电；93、海绵吸盘；94、第二丝杠；96、垫片；102、拖链；108、同步轮；110、丝杠螺母；107、第一丝杠；115、微动开关。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图3所示，本发明实施例的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构，包括：两侧型材1，架设于两侧型材1上的法兰连接板5，末端执行机构通过该法兰连接板5与机器人连接。安装于法兰连接板5下方的X轴伺服电机22、与X轴伺服电机22连接的左右两个同步轮108、与两个同步轮108连接的第一丝杠107，X轴伺服电机22驱动涨紧轮23在同步带的作用下可以驱动左右两个同步轮108带动第一丝杠107运动提供X轴方向运动部件相向运动。涨紧轮23可以保证同步带的动力传递。第一丝杠107的两端分别通过轴承和轴承座固定。第一丝杠107通过丝杠螺母110连接在42螺母座上。

当左右微动开关115都到位则触发伺服停止信号，伺服停止，因此可以快速自动适应搬运不同尺寸物体，最大可搬运1200×800×600(mm)重100Kg重物。

在型材1的内侧均安装有拖链102，拖链102可以很好保护运动的线缆。

本发明还包括安装于法兰连接板一侧的Z轴伺服电机56和安装于Z轴伺服电机下方且与Z轴伺服电机连接的第二丝杠94，与第二丝杠94连接的海绵吸盘93，在海绵吸盘93下方安装于微动开关105，当X轴方向运动到位以后，Z轴下降，Z轴通过Z轴伺服电机56和第二丝杠94提供驱动力，驱动海绵吸盘93升降，当海绵吸盘93接触被搬运物体，微动开关105触发Z轴伺服电机56停止信号，PLC发出指令控制伺服停止下降。

本发明采用海绵吸盘93可以保证与被搬运物体的充分接触。Z轴伺服电机56与电机安装板64连接。

本发明还包括：安装于Z轴伺服电机56一侧的气缸47、安装于第二丝杆94两侧的夹紧臂45，海绵吸盘93到位以后真空打开，海绵吸盘93携带物体上升到位后，气缸47在电磁阀的控制下打开，夹紧臂45到位夹紧物体，气缸47的传感器可以提供检测信号，判断是否夹紧到位。两个夹紧臂45之间设置连接轴67，通过连接轴67连接，同侧的夹紧臂会有更好的稳定性。在两个夹紧臂45中间安装有槽型光电部件68。每个夹紧臂与物体会接触的地方，即朝向物体的内部安装有第一缓冲垫41，朝向物体的底部安装有第二缓冲垫52。

在本发明的实施例中，第一缓冲垫41和第二缓冲垫52采用优力胶，保证搬运物体不会被划伤。邻近第二缓冲垫52设置有垫片96。

本发明通过海绵+夹爪的结构可以更好的搬运物体，降低搬运物因真空破坏而掉落的风险。气缸47和连接板46通过浮动接头50连接，保证气缸不会承受很大的径向负载，增大了气缸的使用寿命。

当物体被吸起和夹紧后，Z轴行程开关，X轴两侧行程开关和气缸的检测信号同时到位，机器人开始移动搬运物体；机器人到位之后，打开气缸，由PLC根据接收到的气缸缩回的信号，控制Z轴伺服电机下降，当Z轴伺服电机下降到位后，破真空，所有动作复位，开始下一个循环。

在本发明的实施例中，在型材的下方且邻近气缸处，安装有滑块29、第一导轨8和第二导轨43。滑块29和第一导轨8和第二导轨43承载了力矩，降低了摩擦力，从而不需要选择很大的气缸就可以满足目前的工况。同时也保证了X轴的运动精度。

如图4所示，本发明实施例还提出一种自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构的工作方法，包括如下步骤：

步骤S1，机器人移动到位，通过末端执行机构上的法兰连接板将末端执行机构和机器人连接；

步骤S2，X轴伺服电机正转，打开夹紧臂，X轴伺服电机驱动涨紧轮在同步带的作用下可以驱动左右两个同步轮带动第一丝杠运动提供X轴方向运动部件相向运动；

步骤S3，当X轴方向运动到位以后，Z轴下降，Z轴通过Z轴伺服电机和第二丝杠提供驱动力，驱动海绵吸盘升降，当海绵吸盘接触被搬运物体，微动开关触发Z轴伺服电机停止信号，控制伺服停止下降；

步骤S4，海绵吸盘到位以后真空打开，海绵吸盘携带物体上升到位；

步骤S5，X轴伺服电机反转，PLC控制器输出行程开关信号，X轴伺服电机停止；

步骤S6，气缸在电磁阀的控制下打开，夹紧臂到位夹紧物体；当物体被吸起和夹紧后，Z轴行程开关，X轴两侧行程开关和气缸的检测信号同时到位，机器人开始移动搬运物体；

步骤S7，机器人到位之后，打开气缸，由PLC根据接收到的气缸缩回的信号，控制Z轴伺服电机下降，当Z轴伺服电机下降到位后，破真空，所有动作复位，开始下一个循环。

根据本发明实施例的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构及工作方法，开发出了实用和经济的末端执行机构，扩大了机器人应用领域且提高了机器人效率,解决了机器人的通用性与专用性矛盾。本发明满足了市场产品制造多样性的生产特点，通过微动开关发出信号给伺服，从而可以实现无人化生产，产品的适应范围广，可以通过X轴和Z轴行程开关信号控制伺服，自适应不同规格产品，可以完成搬运1200×800×600(mm)-368×360×100(mm)，重量100kg以下的物体。生产过程无需人员干预，根据物体尺寸自动调整程序，适应待搬运物体。本发明采用吸盘+夹爪，大大降低了搬运过程中的风险，采用吸盘将产品吸附起来，到位后夹抓夹紧产品，确保搬运过程中的稳定性与安全性。

本发明实施例的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构及工作方法，具有以下有益效果：

1、采用本机构可以显著提高了生产效率和产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。

2、安全系数高：采用海绵吸盘，吸附力强，对于工件表面要求不高，且通过吸盘+夹爪的工作方式，会大大降低因为吸盘破真空导致工件滑落的风险。

3、生产效率高：采用本机构可以简化生产工艺，缩短生产周期，减少人工投入，降低生产成本。

4、产量稳定：自动化设备生产采用先进的智能制造方案，有效降低了人员干预，增加了产线生产的稳定性。

5、通过本机构可以同时完成搬运和码垛，对于生产过程中，产品尺寸变化，无需切换程序即可直接使用作业。夹爪夹紧可以降低因吸盘破真空或气源故障，导致搬运物体滑落风险。对搬运的物体可以通过伺服调整位置，到位后通过海绵吸盘先将被搬运物体吸起后气缸夹紧从而搬运物体，同时伺服可以很好的保证运动精度。每次切换产品种类时PLC通过Z轴和X轴两侧行程开关的信号控制伺服自适应各类产品，提高了生产效率。

6、兼容性强，可以根据产品特点选择不同作业方式，根据产品结构选择吸附、夹紧或吸附+夹紧的方式进行搬运。

7、针对小工件且表面适合吸附可以通过海绵吸盘吸附进行搬运工件，普通的吸盘吸附纸箱会有破真空的风险，采用海绵吸盘不仅可以吸附纸箱，甚至可以吸附砖头等，降低了工件表面的要求。并且即使吸附的工件表面积比吸盘的面积小也不会因为破真空不能吸附。特殊的海绵吸盘不仅保证了接触面积，且不会导致产品表面划伤变形。

8、对于特征明显且有足够的空间进行抓取的工件，表面很不规则，不能通过吸盘进行搬运的物体，可以通过夹爪夹紧的方式进行搬运物体。

9、对于重要且能吸附和抓取的产品可以采用吸盘+夹爪方式进行搬运，降低了因为吸盘破真空导致搬运物体掉落的风险。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构，其特征在于，包括：两侧型材，架设于两侧型材上的法兰连接板，所述末端执行机构通过该法兰连接板与机器人连接；安装于法兰连接板下方的X轴伺服电机、与所述X轴伺服电机连接的左右两个同步轮、与所述两个同步轮连接的丝杠，所述X轴伺服电机驱动涨紧轮在同步带的作用下可以驱动左右两个同步轮带动第一丝杠运动提供X轴方向运动部件相向运动；安装于所述法兰连接板一侧的Z轴伺服电机和安装于Z轴伺服电机下方且与所述Z轴伺服电机连接的第二丝杠，与所述第二丝杠连接的海绵吸盘，在所述海绵吸盘下方安装于微动开关，当X轴方向运动到位以后，Z轴下降，Z轴通过Z轴伺服电机和第二丝杠提供驱动力，驱动海绵吸盘升降，当海绵吸盘接触被搬运物体，微动开关触发Z轴伺服电机停止信号，控制伺服停止下降；安装于所述Z轴伺服电机一侧的气缸、安装于所述第二丝杆两侧的夹紧臂，所述海绵吸盘到位以后真空打开，所述海绵吸盘携带物体上升到位后，所述气缸在电磁阀的控制下打开，所述夹紧臂到位夹紧物体；当物体被吸起和夹紧后，Z轴行程开关，X轴两侧行程开关和气缸的检测信号同时到位，机器人开始移动搬运物体；机器人到位之后，打开气缸，由PLC根据接收到的气缸缩回的信号，控制Z轴伺服电机下降，当Z轴伺服电机下降到位后，破真空，所有动作复位，开始下一个循环。

2.如权利要求1所述的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构，其特征在于，所述第一丝杠的两端分别通过轴承和轴承座固定，第一丝杠通过丝杠螺母连接在螺母座上。

3.如权利要求1所述的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构，其特征在于，在所述型材的内侧均安装有拖链。

4.如权利要求1所述的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构，其特征在于，所述气缸和连接板通过浮动接头连接。

5.如权利要求1所述的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构，其特征在于，两个夹紧臂之间设置连接轴，通过连接轴连接。

6.如权利要求1或5所述的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构，其特征在于，每个所述夹紧臂的朝向物体的内部安装有第一缓冲垫，朝向物体的底部安装有第二缓冲垫。

7.如权利要求5所述的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构，其特征在于，所述第一缓冲垫和第二缓冲垫采用优力胶。

8.如权利要求5所述的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构，其特征在于，在所述型材的下方且邻近气缸处，安装有滑块、第一导轨和第二导轨。

9.一种权利要求1-8任一项所述的自动兼容多类产品搬运的机械手末端执行机构的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，机器人移动到位，通过末端执行机构上的法兰连接板将末端执行机构和机器人连接；

步骤S2，X轴伺服电机正转，打开夹紧臂，X轴伺服电机驱动涨紧轮在同步带的作用下可以驱动左右两个同步轮带动第一丝杠运动提供X轴方向运动部件相向运动；

步骤S3，当X轴方向运动到位以后，Z轴下降，Z轴通过Z轴伺服电机和第二丝杠提供驱动力，驱动海绵吸盘升降，当海绵吸盘接触被搬运物体，微动开关触发Z轴伺服电机停止信号，控制伺服停止下降；

步骤S4，所述海绵吸盘到位以后真空打开，所述海绵吸盘携带物体上升到位；

步骤S5，X轴伺服电机反转，PLC控制器输出行程开关信号，X轴伺服电机停止；

步骤S6，所述气缸在电磁阀的控制下打开，所述夹紧臂到位夹紧物体；当物体被吸起和夹紧后，Z轴行程开关，X轴两侧行程开关和气缸的检测信号同时到位，机器人开始移动搬运物体；

步骤S7，机器人到位之后，打开气缸，由PLC根据接收到的气缸缩回的信号，控制Z轴伺服电机下降，当Z轴伺服电机下降到位后，破真空，所有动作复位，开始下一个循环。