CN110304452A - 一种搬运机器人、及其吸盘装置 - Google Patents

Abstract

一种搬运机器人，所述搬运机器人包括六轴机械臂、和吸盘；其中，所述吸盘包括吸盘的盘体，盘体包括依次叠加粘结的吸附面层、中间层和本体层；其中，六轴机械臂底部固定在基座上，末端连接一锥台形安装架，锥台形安装架小底面安装在所述末端，大底面连接在吸盘架上，吸盘的本体层连接在吸盘架背对所述锥台形安装架的一侧。本发明独特的框架结构能够形成应力缓冲，在搬运大质量物体时，避免连接处受到的冲量过大而导致的疲劳损伤。

Description

一种搬运机器人、及其吸盘装置

技术领域

本发明涉及一种搬运机器人(机械臂)，尤其涉及一种带有吸盘的搬运机器人、及其用于所述搬运机器人的搬运装置。

背景技术

吸盘具有吸附在物体被附着面上的吸附面、以及吸附面反面的背面。吸盘也是搬运机械臂常用的部件，安装于机械臂末端，吸附面贴覆到光滑表面上，抽气将吸附面空腔形成负压，将物体夹紧、搬运。常用的吸盘材料包括硅胶、橡胶、软质PVC和TPE。

搬运机器人所操作的搬运物体，往往表面粗糙，存在一些凸凹颗粒，会导致额吸附面与被附着面之间的密合性降低，吸盘很容易脱离，物体一旦脱落，很容易造成事故。

另外，搬运机器人工作场所内存在的烟气也会对吸盘造成老化破坏、或者表面沾污，从而降低吸盘与被附着面之间的密合性。

而且，常用的吸盘材料包括硅胶、丁腈橡胶、软质PVC和TPE，其中，软质PVC和TPE存在永久形变、回弹性差、硬度低，很难用作搬运机器人的吸盘。丁腈橡胶和硅胶在粗糙表面使用时，性能不佳。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本申请提供了一种搬运机器人、以及用于所述搬运机器人的吸盘装置。

本申请第一个方面是提供一种搬运机器人，所述搬运机器人包括六轴机械臂、和吸盘；其中，所述吸盘包括吸盘的盘体，盘体包括依次叠加粘结的吸附面层、中间层和本体层；其中，六轴机械臂底部固定在基座上，末端连接一锥台形安装架，锥台形安装架小底面安装在所述末端，大底面连接在吸盘架上，吸盘的本体层连接在吸盘架背对所述锥台形安装架的一侧。

本发明第二个方面是提供一种用于所述搬运机器人的吸盘装置，包括锥台形安装架、吸盘架和吸盘，锥台形安装架小底面设有连接法兰，锥台形安装架大底面连接吸盘架，所述吸盘包括吸盘的盘体，盘体包括依次叠加粘结的吸附面层、中间层和本体层；吸盘的本体层连接在吸盘架背对所述锥台形安装架的一侧。

在一种优选实施例中，所述吸盘架为矩形的框架，包括两个侧边和连接于两个侧边之间的连接筋，每个侧边包括两个杆体，两个杆体表面设有沿杆体长度延伸的板筋，两个杆体相向的板筋之间通过平板连接，在两个杆体之间形成空管，空管内设有抽气管，吸盘设有连通吸附面空腔的气孔，抽气管穿过空管后连通吸盘的气孔。

优选地，抽气管连通抽气泵。

在一种优选实施例中，两个杆体向背的板筋末端形成Y型，并且Y形顶端包覆L形或C形板，形成第二空管。

在一种更优选实施例中，所述连接筋与侧边形成矩形框单元，沿所述矩形框单元的内壁设有槽，在连接筋与侧边夹角处设置直角三棱锥，直角三棱锥的两个垂直的面分别贴合在连接筋与侧边内壁上。

在一种优选实施例中，所述吸盘还包括安装部，所述安装部一端连接在本体层的背面，安装部另一端固定在吸盘架上。

优选地，所述本体层背面设有凸起部，凸起部设有连通吸盘吸附面空腔的第一气孔，凸起部可拆卸连接到安装部，安装部内设有与第一气孔连通的第二气孔，第二气孔连通抽气管。

在一种优选实施例中，吸附面层材料包括：聚氧乙烯醚、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PS(聚苯乙烯)、聚异戊二烯、聚硅氧烷、木质素；中间层材料包括：聚硅氧烷、EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、PP(聚丙烯)；本体层材料包括：HDPE(高密度聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、聚异戊二烯、热塑性聚氨酯(TPU)。

在一种优选实施例中，在吸附面层中，按照重量比例，各组分比例包括：

聚氧乙烯醚：10-25重量份、优选为15-20重量份；

ABS：15-30重量份、优选为20-25重量份；

PS：1-10重量份，优选为5-8重量份；

聚异戊二烯：40-60重量份，优选为50-55重量份；

聚硅氧烷：20-40重量份，优选为25-35重量份；

木质素：1-8重量份，优选为3-5重量份。

在一种优选实施例中，在中间层中，按照重量比例，各组分比例包括：

聚硅氧烷：60-80重量份，优选为60-70重量份；

EVA：20-40重量份，优选为25-35重量份；

PP：20-50重量份，优选为30-40重量份。

在一种优选实施例中，在本体层中，按照重量比例，各组分比例包括：

HDPE：5-10重量份；

PVC：20-30重量份，优选为20-25重量份；

聚异戊二烯：20-30重量份，优选为20-25重量份；

热塑性聚氨酯：40-60重量份，优选为50-55重量份。

在一种优选实施例中，所述吸附面层、中间层、本体层厚度比例优选为(3-5):1:(8-15)；更有选为(3.5-4):1:(10-12)。

本发明还提供了所述吸盘的制作方法，包括：

聚硅氧烷、EVA、PP共混后熔融挤出，形成中间层前体；将未交联的聚异戊二烯、聚硅氧烷、木质素、PS、ABS和聚氧乙烯醚熔融混合，加入交联剂，熔融挤出，形成吸附面层前体；将HDPE、PVC、未交联聚异戊二烯、热塑性聚氨酯熔融混合，加入交联剂，熔融挤出，形成本体层前体；

其中，熔融状态的本体层前体、熔融状态的吸附面层本体分别叠加于熔融状态的中间层前体两侧，形成吸盘前体；

将熔融状态的吸盘前体置于凸起模具和内凹模具之间，内凹模具与凸起模具组成阴模和阳模，本体层前体接触内凹模具，吸附面层前体接触凸起模具；对内凹模具与凸起模具在相向方向上施压，凸起模具将复合层片材挤压在内凹模具与凸起模具之间，保压至未交联的聚异戊二烯与交联剂反应交联固化；

去除内凹模具与凸起模具，获得搬运机器人的吸盘。

在一种优选实施例中，所述内凹模具底部设有向外延伸出凸起部模具空间，凸起部模具空间末端设有开口，将将熔融状态的吸盘前体置于凸起模具和内凹模具之间后，向凸起部模具空间内加入熔融混合的HDPE、PVC、未交联聚异戊二烯、热塑性聚氨酯、交联剂，通过开口向凸起部模具空间的物料施压，凸起部模具空间内的物料与内凹模具与凸起模之间的物料一起反应交联固化，连接成一体。

在一种更优选实施例中，凸起部模具空间可以是扣合的两个部分，两个部分之间设有在凸起部中形成穿孔的横杆。

在一种更优选实施例中，凸起部模具空间内不形成穿孔，凸起部固化后制作穿孔。

更优选地，提供杆体与安装块，杆体两端分别设有螺纹，安装块朝向凸起部的一面设有突出板，突出板位于凸起部两侧，突出板设有螺孔，将杆体穿过所述穿孔，杆体穿过穿孔后，杆体的两端拧入到螺孔内。

本发明上述内容中，叠加在中间层片材的第一表面的物料，在施压之前，为可流动状态。

本发明上述内容中，吸盘前体在施压之前，叠加在中间层片材第二表面的物料，为可流动状态。

更优选地，凸起部材料与本体层材料相同。

优选地，未交联的聚异戊二烯与交联剂的反应时间为12-36小时，优选为18-32小时，优选为24-28小时。

本发明所述提供的吸盘装置，在搬运大质量物体时，独特的框架结构能够形成应力缓冲，避免连接处受到的冲量过大而导致的疲劳损伤。

本发明所提供的吸盘，具有良好的耐污染性、抗老化性，从而获得了更长的使用寿命。同时本发明所得吸盘保持了优异的抗撕裂性能。

附图说明

图1为制作本发明搬运机器人吸盘的模具示意图。

图2为本发明吸盘装置结构示意图。

图3为本发明吸盘架中一个矩形框单元结构示意图。

图4为本发明吸盘结构示意图。

具体实施方式

实施例A1

本实施例中，搬运机器人的吸盘的盘体，包括依次叠加粘结的吸附面层、中间层和本体层。各层材料组成如下：

吸附面层：

聚氧乙烯醚：10重量份；

ABS：20重量份；

PS：8重量份；

聚异戊二烯：50重量份；

聚硅氧烷：20重量份；

木质素：5重量份。

中间层：

聚硅氧烷：60重量份；

EVA：30重量份；

PP：30重量份。

本体层：

HDPE：8重量份；

PVC：20重量份；

聚异戊二烯：20重量份；

热塑性聚氨酯：40重量份。

制作吸盘的模具参照图1，具体方法如下：

步骤1，取中间层原材料(聚硅氧烷、EVA、PP)共混后熔融挤出，压制成片，形成中间层前体。

取吸附面层原材料(未交联的聚异戊二烯、聚硅氧烷、木质素、PS、ABS和聚氧乙烯醚)熔融混合，加入交联剂，熔融挤出，形成吸附面层前体。

取本体层原材料(HDPE、PVC、未交联聚异戊二烯、热塑性聚氨酯)熔融混合，加入交联剂，熔融挤出，形成本体层前体。

其中，熔融状态的本体层前体、吸附面层前体吸附面层前体叠加在吸附面层前体的中间层前体两侧，形成吸盘前体。

步骤2，将熔融状态的吸盘前体置于凸起模具和内凹模具之间，参照图1，凸起模具1设有球冠部11，内凹模具2与凸起模具1互补构成阴模和阳模，中间层前体接触凸起模具1，本体层前体接触内凹模具2。

内凹模具2底端设有延伸的一个或多个空腔21形成凸起部模具空间，空腔21连通内凹模具2的凹陷部，另一端开口；将与本体层原材料相同的材料加入到空腔21内。

步骤3，对内凹模具2与凸起模1在相向方向上施压，同时对空腔21内施压，将吸盘前体挤压在内凹模具与凸起模之间，保压至未交联的聚异戊二烯与交联剂反应24小时，交联固化。

步骤4，去除内凹模具与凸起模具，获得背面带有一个或更多个凸起部的搬运机器人的吸盘的盘体。

凸起部制作穿孔，安装块设有多个带有螺孔的突出板，夹在凸起部之间，两端带有螺纹的杆体穿过穿孔拧入突出板的螺孔内，将盘体固定于安装块，使用时，将安装块连接在搬运机器人末端即可。

实施例A2

本实施例中，搬运机器人的吸盘的盘体，包括依次叠加粘结的吸附面层、中间层和本体层。各层材料组成如下：

吸附面层：

聚氧乙烯醚：15重量份；

ABS：30重量份；

PS：5重量份；

聚异戊二烯：55重量份；

聚硅氧烷：35重量份；

木质素：3重量份。

中间层：

聚硅氧烷：75重量份；

EVA：25重量份；

PP：40重量份。

本体层：

HDPE：10重量份；

PVC：20重量份；

聚异戊二烯：20重量份；

热塑性聚氨酯：50重量份。

实施例A3

本实施例中，搬运机器人的吸盘的盘体，包括依次叠加粘结的吸附面层、中间层和本体层。各层材料组成如下：

吸附面层：

聚氧乙烯醚：25重量份；

ABS：30重量份；

PS：10重量份；

聚异戊二烯：50重量份；

聚硅氧烷：40重量份；

木质素：2重量份。

中间层：

聚硅氧烷：80重量份；

EVA：40重量份；

PP：20重量份。

本体层：

HDPE：10重量份；

PVC：30重量份；

聚异戊二烯：25重量份；

热塑性聚氨酯：50重量份。

实施例A4

本实施例中，搬运机器人的吸盘的盘体，包括依次叠加粘结的吸附面层、中间层和本体层。各层材料组成如下：

吸附面层：

聚氧乙烯醚：15重量份；

ABS：25重量份；

PS：8重量份；

聚异戊二烯：58重量份；

聚硅氧烷：24重量份；

木质素：8重量份。

中间层：

聚硅氧烷：72重量份；

EVA：36重量份；

PP：22重量份。

本体层：

HDPE：8重量份；

PVC：26重量份；

聚异戊二烯：25重量份；

热塑性聚氨酯：48重量份。

对比例A1

采用丁腈橡胶制作吸盘。

对比例A2

采用硅胶(二甲基硅氧烷聚合物)制作吸盘。

实施例A1-A4以及对比例A1-A2，制成分别制作成100cm²、500cm²、1000cm²的吸着面积，在粗糙度1.6的工件上测试吸着力(单位：N)，结果如下：

	100cm<sup>2</sup>	500cm<sup>2</sup>	1000cm<sup>2</sup>
				实施例A1	980	3750	7650
实施例A2	970	3760	7630
				实施例A3	980	3760	7640
实施例A4	970	3750	7640
				对比例A1	920	3240	6840
对比例A2	930	3130	6670

本申请直至的吸盘，兼顾硬度和弹性，相比于常用的丁腈橡胶和硅胶，在大面积的情况下，吸着力明显改善。由于聚异戊二烯交联形成互贯网络体系，使得本申请吸盘具有良好的抗永久性变能力。

实施例A1-A4制作的吸盘吸附面抗污染能力、耐磨性测试结果如下：

	表面接触角(度)	DIN磨耗量(cm<sup>3</sup>)
			实施例1	118	0.16
实施例2	120	0.15
			实施例3	125	0.14
实施例4	123	0.16
			对比例1	95	0.15
对比例2	88	0.12

相比于对比例，本申请采用大量树脂原料，但是耐磨性并未降低。本申请接触角明显大于对比例，意味着表面张力的显著降低，具有更换的抗油污的能力。

实施例B1

参照图2-图4，采用上述实施例A1-A4中任意一种吸盘盘体，制作用于搬运机器人的吸盘装置。

本实施例中吸盘装置包括锥台形安装架7、吸盘架3和吸盘8，锥台形安装架7的小底面设有连接法兰71，用于安装到六轴机械臂(六轴机器人的末端)，锥台形安装架7的大底面连接吸盘架3，所述吸盘8包括吸盘的盘体，盘体包括依次叠加粘结的吸附面层、中间层和本体层；吸盘8的本体层连接在吸盘架3背对所述锥台形安装架7的一侧。

所述吸盘架3为矩形的框架，包括两个侧边4和连接于两个侧边之间的连接筋5，每个侧边包括两个杆体42，两个杆体42表面设有沿杆体长度延伸的板筋，两个杆体相向的板筋之间通过平板连接，在两个杆体之间形成空管41，空管41内设有抽气管，吸盘8的本体设有连通吸附面空腔的气孔81，抽气管穿过空管41后连通吸盘的气孔81。

两个杆体向背的板筋末端形成Y型，并且Y形顶端包覆L形或C形板，形成第二空管。

参照图3，所述连接筋4与侧边5形成矩形框单元，本申请吸盘架3是由多个图3所示的矩形框单元依次连接而成。沿所述矩形框单元的内壁设有槽，包括板筋滑槽40、侧边滑槽50，在连接筋4与侧边5的夹角处设置直角三棱锥6(如果以图3所示平面为底面，则为三棱柱，如果以图3所示平面为侧面，则为三棱锥)，直角三棱锥6的两个垂直的面分别贴合在连接筋与侧边内壁上。

本实施例中，由于吸盘架的框架结构中设置有多个中空部分，可以形成对应力的缓冲，避免搬运的物体过重对各个连接结构和机器人关节造成的冲击所带来的疲劳损伤，相比于实心吸盘架，使用寿命可以延长30％以上。同时，特殊的连接结构，也能够确保吸盘架的牢固性。

实施例B2

所述本体层背面设有凸起部82，凸起部82设有连通吸盘吸附面空腔的第一气孔81，凸起部82可拆卸连接到安装部9，安装部9内设有与第一气孔81连通的第二气孔91，第二气孔91连通抽气管。例如，L形或C形板与平板之间形成空隙，安装部9固定于空隙内，第二气孔91弯折后穿过所述相向的板筋进入空管41，并连接到空管41内的抽气管。或者，安装部9固定于所述平板，第二气孔91穿过平板后，连接空管41内的抽气管。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种搬运机器人的吸盘装置，其特征在于，包括锥台形安装架、吸盘架和吸盘，锥台形安装架小底面设有连接法兰，锥台形安装架大底面连接吸盘架，所述吸盘包括吸盘的盘体，盘体包括依次叠加粘结的吸附面层、中间层和本体层；吸盘的本体层连接在吸盘架背对所述锥台形安装架的一侧。

2.根据权利要求1所述的搬运机器人的吸盘装置，其特征在于，所述吸盘架为矩形的框架，包括两个侧边和连接于两个侧边之间的连接筋，每个侧边包括两个杆体，两个杆体表面设有沿杆体长度延伸的板筋，两个杆体相向的板筋之间通过平板连接，在两个杆体之间形成空管。

3.根据权利要求2所述的搬运机器人的吸盘装置，其特征在于，两个杆体向背的板筋末端形成Y型，并且Y形顶端包覆L形或C形板，形成第二空管。

4.根据权利要求1所述的搬运机器人的吸盘装置，其特征在于，所述连接筋与侧边形成矩形框单元，沿所述矩形框单元的内壁设有槽，在连接筋与侧边夹角处设置直角三棱锥，直角三棱锥的两个垂直的侧壁分别贴合在连接筋与侧边内壁上。

5.根据权利要求1所述的搬运机器人的吸盘装置，其特征在于，在吸附面层中，按照重量比例，各组分比例包括：

聚氧乙烯醚：10-25重量份；

ABS：15-30重量份；

PS：1-10重量份；

聚异戊二烯：40-60重量份；

聚硅氧烷：20-40重量份；

木质素：1-8重量份。

6.根据权利要求1所述的搬运机器人的吸盘装置，其特征在于，在中间层中，按照重量比例，各组分比例包括：

聚硅氧烷：60-80重量份；

EVA：20-40重量份；

PP：20-50重量份。

7.根据权利要求1所述的搬运机器人的吸盘装置，其特征在于，在本体层中，按照重量比例，各组分比例包括：

HDPE：5-10重量份；

PVC：20-30重量份；

聚异戊二烯：20-30重量份；

热塑性聚氨酯：40-60重量份。

8.根据权利要求1所述的搬运机器人的吸盘装置，其特征在于，所述吸附面层、中间层、本体层厚度比例优选为(3-5):1:(8-15)；更有选为(3.5-4):1:(10-12)。

9.一种根据权利要求1所述吸盘的制作方法，其特征在于，包括：

聚硅氧烷、EVA、PP共混后熔融挤出，形成中间层前体；将未交联的聚异戊二烯、聚硅氧烷、木质素、PS、ABS和聚氧乙烯醚熔融混合，加入交联剂，熔融挤出，形成吸附面层前体；将HDPE、PVC、未交联聚异戊二烯、热塑性聚氨酯熔融混合，加入交联剂，熔融挤出，形成本体层前体；

其中，熔融状态的本体层前体、熔融状态的吸附面层本体分别叠加于熔融状态的中间层前体两侧，形成吸盘前体；

将熔融状态的吸盘前体置于凸起模具和内凹模具之间，内凹模具与凸起模具组成阴模和阳模，本体层前体接触内凹模具，吸附面层前体接触凸起模具；对内凹模具与凸起模具在相向方向上施压，凸起模具将复合层片材挤压在内凹模具与凸起模具之间，保压至未交联的聚异戊二烯与交联剂反应交联固化；

去除内凹模具与凸起模具，获得搬运机器人的吸盘。

10.一种搬运机器人，其特征在于，所述搬运机器人包括六轴机械臂、和权利要求1所述吸盘装置；其中，六轴机械臂底部固定在基座上，末端连接一锥台形安装架，锥台形安装架小底面安装在所述末端，大底面连接在吸盘架上，吸盘的本体层连接在吸盘架背对所述锥台形安装架的一侧。