CN111216151A - 一种气囊式机械手以及机械设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气囊式机械手，包括：驱动杆，用于驱动机械手取放目标物；气囊，用于在机械手的取放工作中夹持目标物，所述气囊通过内部设置的气囊空间改变气囊形状以适配目标物的形状实现夹持，所述气囊以所述气囊空间包裹在所述驱动杆的外壁上的方式与所述驱动杆连接。本发明还公开了一种包含所诉气囊式机械手的机械设备。本发明的气囊式机械手容易调节自身形状匹配目标物，抓取范围广，适用性强；且具有非常良好的柔性，能够避免对目标物造成磕碰等损害，有效保证目标物的安全；此外，结构简单，制造成本低。

Description

一种气囊式机械手以及机械设备

技术领域

本发明涉及机械手领域。更具体地说，本发明涉及一种气囊式机械手以及机械设备。

背景技术

随着社会经济生活与技术生活的高速发展，技术产品的生产越来越多样化，传统机械手已经逐渐落后于技术发展的节奏。无论是现有技术中的刚性机械手还是真空吸附型机械手，在抓取产品进行运输的过程中，都需要待抓取对象满足一定的形状要求，严重限制了机械手的应用范围。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

在物料生产工艺中，通常需要通过机械手抓取待运送对象物，运送到指定工位，完成生产流程。传统机械手一般采用金属制造的刚性机械手或真空吸附型机械手进行物料运输。其中，刚性机械手通常仅适合抓取摆放整齐、形状固定的生产物料；真空吸附型机械手也仅适用于表面平整的盘类物料。

显而易见，前述的诸种机械手应用领域比较有限，尤其是在社会高速发展的要求下，一些新的技术领域对传统机械手更是提出了越来越高的要求。

发明人发现，社会对技术发展的改变的一个趋势是订制化生产越来越多，也就是说，传统机械手主要针对于拥有规则形状的运送对象的应用功能已经很难跟进社会高速发展的脚步了。例如随着精密仪器制造技术的成熟，其产品的形状越来越不规则，传统刚性机械手很难实现对其的抓取，真空吸附型机械手也无法对其进行吸附。

技术产品发展的另外一个趋势则是对易碎物料的生产需求大幅度的提高，例如玻璃材质产品，尤其是在化学领域中对玻璃类的精密测量仪器产生的越来越高的生产需求。在这个领域中，刚性机械手因为柔性程度低，无法与待抓取的目标物形状实现完全的贴合，所以容易对其造成磕碰等损害；真空吸附型机械手也无法对各种不规则的管类物体进行吸附。

综合以上两方面因素，传统机械手最难实现抓取的应该是一些易碎的、形状不规整的瓶状、喇叭状或需要抓取其内壁的管状物体。如何对机械手进行改进，从而解决前述的各项困扰，是一个颇为艰难的技术问题。

因此，为解决前面所述的技术问题，发明人通过诸种理论设计与实践验证，在付出了卓越的创造性劳动后，终于构思了一种解决思路。即构建一种能够改变自身形状的改进机械手，以匹配不规则物体的被抓取面，完成抓取工作。同时对于前述改进机械手与被抓取物的接触部位，选取特定材料制备，以提高其柔韧度，避免对被抓取物造成损害。

具体地，在抓取工作中，调节前述改进机械手的形状，使得机械手进入某一种状态下伸入待抓取的管状物体内部，再改变机械手的形状，切换至机械手的又一种工作状态下，使得机械手与该管状物体呈抵触相接状态，从而实现对该管状物的抓取。

在以上发明构思下，本发明提供了一种气囊式机械手以及机械设备，容易调节自身形状匹配待抓取的目标物，抓取范围广，适用性强；且具有非常良好的柔性，能够避免对目标物造成磕碰等损害，有效保证目标物的安全；此外，结构简单，制造成本低。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明的第一方面

第一方面提供了一种气囊式机械手，包括：

驱动杆，用于驱动机械手取放目标物；

气囊，用于在机械手的取放工作中夹持目标物，所述气囊通过内部设置的气囊空间改变气囊形状以适配目标物的形状实现夹持，所述气囊以所述气囊空间包裹在所述驱动杆的外壁上的方式与所述驱动杆连接。

在一些实施例中，

所述气囊上设有为所述气囊空间进出气的开口，所述气囊上位于所述开口处与所述外壁抵触相接以密封所述气囊空间；

所述驱动杆中设有连通所述开口与外部空间的第一通道，用于为所述气囊空间充放气。

在一些实施例中，所述第一通道包括竖直部分与水平部分，所述竖直部分的顶端穿透所述驱动杆的顶部与外部空间连通，所述水平部分从所述竖直部分的底端朝向所述开口延伸并分别与所述竖直部分、所述开口连通。

在一些实施例中，所述气囊在其上所述开口处设置分别位于所述开口的两侧的第一连接部与第二连接部；

其中，所述第一连接部上套设有第一压环，用于使所述第一连接部与所述外壁抵触相接，所述第二连接部上套设有第二压环，用于使所述第二连接部与所述外壁抵触相接。

在一些实施例中，所述驱动杆上在与所述开口的对应处设置有第一凸台、第二凸台、第三凸台与第四凸台；

其中，当所述气囊连接在所述驱动杆上时，所述第一连接部安装于所述第一凸台与所述第二凸台之间，所述第二连接部安装于所述第三凸台与所述第四凸台之间。

在一些实施例中，所述第一凸台与所述第二凸台之间设置多个第一防滑槽，所述第三凸台与所述第四凸台之间设置多个第二防滑槽；

其中，当所述气囊连接在所述驱动杆上时，所述多个第一防滑槽中通过所述第一压环压设所述第一连接部，所述多个第二防滑槽中通过所述第二压环压设所述第二连接部。

在一些实施例中，所述第一防滑槽与所述第二防滑槽的深度小于高度。

在一些实施例中，所述驱动杆中由顶部至底部设有贯通所述驱动杆的第二通道。

在一些实施例中，所述气囊由内层橡胶、第一层帘布、帘布胶、第二层帘布和外层橡胶一体式硫化构成；其中，所述第一层帘布和所述第二层帘布中的帘子线均呈子午线式排列，所述第一层帘布和所述第二层帘布中的帘子线之间的夹角为0度。

本发明的第二方面

第二方面提供了一种机械设备，包含

自动化设备；

引导鼻锥；以及

至少一个上述的气囊式机械手；其中，

所述驱动杆的顶部设有至少一个第一螺纹孔，用于连接所述自动化设备，所述驱动杆的底部设有至少一个第二螺纹孔，用于连接所述引导鼻锥。

本发明的实施例的技术效果至少包括：

在一些实施例中，本发明的气囊式机械手容易调节形状适配目标物，因此其抓取尺寸和形状范围广。再者，所述气囊式机械手中的气囊由弹性物质构成，具有非常良好的柔性，不会对目标物造成磕碰等损害，能有效保证目标物的安全。此外，所述气囊式机械手主要由驱动杆与气囊构成，结构简单，制造成本低。

在一些实施例中，利用第一压环与第二压环对气囊进行密封，其中扣压工艺简单、成熟，容易拆卸安装，不仅可以保障所述气囊与所述外壁之间紧固密封，还便于更换气囊。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一些实施例中气囊式机械手的爆炸结构示意图；

图2为本发明的一些实施例中气囊式机械手的结构示意图；

图3为本发明的一些实施例中未充气状态下的气囊式机械手剖切后的内部结构示意图；

图4为本发明的一些实施例中充气状态下的气囊式机械手剖切后的内部结构示意图；

图5为本发明的一些实施例中气囊在未充气状态下剖切后的内部结构示意图；

图6为本发明的一些实施例中气囊在充气状态下剖切后的内部结构示意图；

图7为本发明的一些实施例中执行器的内部结构示意图；

图8为图7中M部分的局部放大结构示意图；

图9为本发明的一些实施例中第一层帘布与第二层帘布上帘子线的排布结构示意图；

图10为本发明的一些实施例中气囊式机械手在未充气状态下伸入目标物中的结构示意图；

图11为本发明的一些实施例中气囊式机械手在充气状态下伸入目标物中的结构示意图；

图12为本发明的一些实施例中机械设备的结构示意图；

附图标记：

气囊式机械手100，驱动杆120，执行器120a，第一通道121，竖直部分121a与水平部分121b，第一凸台122，第二凸台123，第三凸台124，第四凸台125，第一防滑槽126，第二防滑槽127，第二通道128，第一螺纹孔129，第二螺纹孔130，气囊140，气囊空间141，开口142，第一连接部143，第二连接部144，第一压环160，第二压环180，目标物200，自动化设备300，引导鼻锥400，机械设备1000。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

第一实施例

如图1-11所示，第一实施例提供了一种气囊式机械手100。

参见图1-2，所述气囊式机械手100包括：

驱动杆120，用于驱动机械手取放目标物200；

气囊140，用于在机械手的取放工作中夹持目标物200，所述气囊140通过内部设置的气囊空间141改变气囊140形状以适配目标物200的形状实现夹持，所述气囊140以所述气囊空间141包裹在所述驱动杆120的外壁上的方式与所述驱动杆120连接。

本实施例中，所述目标物200可以是需要被抓取内壁的物体，例如具有瓶口的瓶状物体。

所述驱动杆120用于带动所述气囊140按照预定的工作路线移动，完成机械手对目标物200的取放工作，其中所述驱动杆120可以与外部的动力源连接，例如油缸、伸缩杆、电机等。

所述气囊140优选为弹性材料构成，具体为氯丁橡胶。可以理解的是，在某些实施例中，所述气囊140也可以由其他弹性材料制备而成，例如硅胶、含有天然橡胶和氯丁橡胶的混合橡胶等等。

继续参见图10-11，气囊式机械手100具体的取放工作可以如下实施：

在抓取目标物200之前，对所述气囊140抽真空，放出所述气囊140中的气体，通过驱动杆120驱使气囊140伸入目标物200中(未充气状态下气囊式机械手100伸入目标物200内部的示意图可参见图10)，然后向所述气囊140中充入气体直至所述气囊140的体积膨胀到与目标物200的内壁呈抵紧状态，完成气囊140对目标物200的夹持(充气状态下气囊140式机械手100伸入目标物200内部的示意图可参见图11)，接下来驱动杆120继续运转，将携带目标物200的气囊140运输至目标地点，抽出气囊140中的气体，目标物200即从气囊140中掉落，从而完成机械手对目标物200的一个完成的取放流程。

在某些实施例中，所述气囊140中也可以通过充放液体来改变气囊140形状。

进一步优选中，如图3-7所示，所述驱动杆120优选为杆状执行器120a，所述执行器120a为类圆柱形。所述执行器120a采用铝加工制成，使得所述气囊式机械手100更为轻量化，并且具有优异的防腐蚀优点。相应地，所述气囊140设置为圆环形，套设在所述执行器120a上。

进一步地，所述气囊140上设有为所述气囊空间141进出气的开口142，所述气囊140上位于所述开口142处与所述外壁抵触相接以密封所述气囊空间141，所述执行器120a中设有连通所述开口142与外部空间的第一通道121，用于为所述气囊空间141充放气。

本实施例在所述执行器120a中开设第一通道121，以及在气囊140与执行器120a的外壁的连接处开设所述开口142，不需要再增加额外的结构，即可实现所述气囊140的充放气功能。前述设计结构简单、容易实现，不仅提升了机械手结构设计上的紧凑性，还降低了机械手设计结构上的复杂性。

在某些实施例中，所述开口142也可以设置在所述气囊140的其他部位。

继续参见图3-4，以及图7，进一步地，所述第一通道121包括竖直部分121a与水平部分121b，所述竖直部分121a的顶端穿透所述执行器120a的顶部与外部空间连通，所述水平部分121b从所述竖直部分121a的底端朝向所述开口142延伸并分别与所述竖直部分121a、所述开口142连通。更具体地，其中，所述水平部分121b的一端与所述竖直部分121a连通，另一端与所述开口142连通。

本实施例的设计方便从所述执行器120a的顶部通入压缩气体，使得气体依次经过竖直部分121a、水平部分121b输入所述气囊140中，便于切换所述气囊140的充放气状态；也便于实现对所述气囊140的清洁。

如图3-6所示，进一步地，所述气囊140在其上所述开口142处设置分别位于所述开口142的两侧的第一连接部143与第二连接部144；

其中，所述第一连接部143上套设有第一压环160，用于使所述第一连接部143与所述外壁抵触相接，所述第二连接部144上套设有第二压环180，用于使所述第二连接部144与所述外壁抵触相接。

本实施例中，第一连接部143与第二连接部144分别位于所述开口142的上下两侧。第一压环160套设在第一连接部143上，其位于气囊空间141的外部，第二压环180套设在第二连接部144上，其位于气囊空间141的内部。

设置第一压环160与第二压环180的目的是为了使得所述气囊140与所述执行器120a的外壁之间紧固密封。在前述的密封措施中，通过第一压环160与第二压环180将所述第一连接部143、所述第二连接部144扣压在所述外壁上；其中，所使用的扣压工艺简单、成熟，容易拆卸安装压环，不仅可以保障所述气囊140与所述外壁之间紧固密封，还便于更换气囊140。

更具体的，所述第一压环160与所述第二压环180由钢质材料制备而成，其形状与所述气囊140外形匹配，为圆环形结构；其中压环表面进行三价铬电镀处理。本实施例的压环至少具备以下优越的性能：简单的结构设计降低了压环制造成本，三价铬电镀处理提高了压环的抗腐蚀性能且环保。

进一步地，参见图7，所述执行器120a上在与所述开口142的对应处设置有第一凸台122、第二凸台123、第三凸台124与第四凸台125；

其中，当所述气囊140连接在所述执行器120a上时，所述第一连接部143安装于所述第一凸台122与所述第二凸台123之间，所述第二连接部144安装于所述第三凸台124与所述第四凸台125之间。

本实施例中，所述第一凸台122、所述第二凸台123分别位于所述第一连接部143的上下两端，所述第三凸台124、所述第四凸台125分别位于所述第二连接部144的上下两端。设置第一凸台122、第二凸台123、第三凸台124与第四凸台125的目的是，便于实现对所述第一连接部143、所述第二连接部144的安装定位，进而实现所述第一压环160、所述第二压环180的扣压工作，从而完成所述气囊140与所述执行器120a之间的连接。

进一步地，所述第一凸台122、所述第二凸台123、所述第三凸台124、以及所述第四凸台125的上、下两端圆周均倒角加工。

上述方案可以避免应力集中以及使用或装配过程中的加工毛刺对皮囊和员工造成不必要的可能伤害，可以更好地保护气囊140。

具体地倒角的范围可以是小于或者等于0.8mm，也可以是其他合适的倒角范围，更具体地数值，本领域技术人员可以根据实际需要进行设定，例如0.3mm、0.5mm等等。

进一步地，如图3、4、7所示，所述第一凸台122与所述第二凸台123之间设置多个第一防滑槽126，所述第三凸台124与所述第四凸台125之间设置多个第二防滑槽127；

其中，当所述气囊140连接在所述执行器120a上时，所述多个第一防滑槽126中通过所述第一压环160压设所述第一连接部143，所述多个第二防滑槽127中通过所述第二压环180压设所述第二连接部144。

本实施例中，所述第一防滑槽126、所述第二防滑槽127的设计，能够提升所述气囊140与所述执行器120a连接后的密封性。

进一步地,参见图8，所述第一防滑槽126与所述第二防滑槽127的深度d小于高度h。进一步的优选是，所述深度d设置为所述高度h的一半，本方案在降低了加工成本的同时，保障了扣压的密封性。

进一步地，参见图7，所述执行器120a中由顶部至底部设有贯通所述执行器120a的第二通道128。本实施例的设计方便从所述执行器120a的顶部通入压缩气体，输入目标物200内中。便于实现对目标物200内表面的清洁。

进一步地，所述气囊140由内层橡胶、第一层帘布、帘布胶、第二层帘布和外层橡胶一体式硫化构成；其中，所述第一层帘布和所述第二层帘布中的帘子线均呈子午线式排列，所述第一层帘布和所述第二层帘布中的帘子线之间的夹角为0度。

其中，内层橡胶、外层橡胶可以由氯丁橡胶构成。在某些实施例中，也可以由其他弹性材料制备而成，例如硅胶、含有天然橡胶和氯丁橡胶的混合橡胶等等。所述帘布胶可以为含有天然橡胶和氯丁橡胶的混合橡胶。

本实施例中，所述气囊140硫化后成一个整体，便于气囊140单独更换，提高了气囊140的生产效率，降低了气囊140模具的生产成本和气囊140使用期间的维护成本。此外，帘子线呈子午线式的排列时(子午线式的排列结构如图9所示的N)，能够增大所述气囊140的膨胀直径，这样在匹配相同尺寸的执行器120a时可以抓取内径更大的目标物200，拓展了抓取尺寸范围。

第二实施例

继续如图10-12所示，第二实施例提供了一种机械设备1000，包含

自动化设备300；

引导鼻锥400；以及

至少一个第一实施例中所述的气囊式机械手100；所述执行器120a的顶部设有至少一个第一螺纹孔129，用于连接所述自动化设备300，所述执行器120a的底部设有至少一个第二螺纹孔130，用于连接所述引导鼻锥400。

本实施例中的目标物200为薄壁玻璃管200。其中，所述引导鼻锥的作用是为了引导气囊机械手100进入被抓物体(也就是目标物200)内部，因为锥形具有方便安装和装配的特点，避免气囊140不小心碰到被抓物体内表面而造成气囊140或被抓物体(目标物200)损坏。

本实施例中的气囊式机械手100在未充气状态下，其最大直径小于被抓取薄壁玻璃管200的内径，未充气状态的气囊式机械手100可由上至下放入薄壁玻璃管200中；抓取薄壁玻璃管200时，将未充气的气囊式机械手100充气，膨胀后的气囊式机械手100的外径大于薄壁玻璃管200的内径，气囊140与薄壁玻璃管200的内壁抵触相接，驱动所述执行器120a即可将薄壁玻璃管200抓起。

其中，气囊式机械手100的抓取力大小为：F_f＝μ·P·A；前式中，F_f为抓取力，μ为气囊140与目标物200接触表面间的摩擦系数，P为气囊140工作内压，A为气囊140与目标物200接触表面间的有效接触面积。

参照图12，本实施例中的气囊式机械手100安装在自动化设备300上，在实际工作中，可以按照如下流程进行：

将多个未充气的气囊式机械手100由上至下放入对应的多个薄壁玻璃管200中，此时可以通过所述第二通道128对薄壁玻璃管200的内壁进行吹气干燥和清洁。在未充气的气囊式机械手100充气膨胀后后将薄壁玻璃管200抓起，完成规定工序移送到指定工位，再通过执行器120a内部的第一通道121进行排气，并且将气囊式机械手100抽出薄壁玻璃管200，上升至规定高度，由此完成在一个流程工作中薄壁玻璃管200的堆放。

之后重复前述的流程，即可循环实现薄壁玻璃管200的自动化物料运送。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种气囊式机械手，其特征在于，包括：

驱动杆，用于驱动机械手取放目标物；

气囊，用于在机械手的取放工作中夹持目标物，所述气囊通过内部设置的气囊空间改变气囊形状以适配目标物的形状实现夹持，所述气囊以所述气囊空间包裹在所述驱动杆的外壁上的方式与所述驱动杆连接。

2.根据权利要求1所述的气囊式机械手，其特征在于，

所述气囊上设有为所述气囊空间进出气的开口，所述气囊上位于所述开口处与所述外壁抵触相接以密封所述气囊空间；

所述驱动杆中设有连通所述开口与外部空间的第一通道，用于为所述气囊空间充放气。

3.根据权利要求2所述的气囊式机械手，其特征在于，所述第一通道包括竖直部分与水平部分，所述竖直部分的顶端穿透所述驱动杆的顶部与外部空间连通，所述水平部分从所述竖直部分的底端朝向所述开口延伸并分别与所述竖直部分、所述开口连通。

4.根据权利要求2所述的气囊式机械手，其特征在于，所述气囊在其上所述开口处设置分别位于所述开口的两侧的第一连接部与第二连接部；

其中，所述第一连接部上套设有第一压环，用于使所述第一连接部与所述外壁抵触相接，所述第二连接部上套设有第二压环，用于使所述第二连接部与所述外壁抵触相接。

5.根据权利要求4所述的气囊式机械手，其特征在于，所述驱动杆上在与所述开口的对应处设置有第一凸台、第二凸台、第三凸台与第四凸台；

其中，当所述气囊连接在所述驱动杆上时，所述第一连接部安装于所述第一凸台与所述第二凸台之间，所述第二连接部安装于所述第三凸台与所述第四凸台之间。

6.根据权利要求5所述的气囊式机械手，其特征在于，所述第一凸台与所述第二凸台之间设置多个第一防滑槽，所述第三凸台与所述第四凸台之间设置多个第二防滑槽；

其中，当所述气囊连接在所述驱动杆上时，所述多个第一防滑槽中通过所述第一压环压设所述第一连接部，所述多个第二防滑槽中通过所述第二压环压设所述第二连接部。

7.根据权利要求6所述的气囊式机械手，其特征在于，所述第一防滑槽与所述第二防滑槽的深度小于高度。

8.根据权利要求1-7任一所述的气囊式机械手，其特征在于，所述驱动杆中由顶部至底部设有贯通所述驱动杆的第二通道。

9.根据权利要求8所述的气囊式机械手，其特征在于，所述气囊由内层橡胶、第一层帘布、帘布胶、第二层帘布和外层橡胶一体式硫化构成；其中，所述第一层帘布和所述第二层帘布中的帘子线均呈子午线式排列，所述第一层帘布和所述第二层帘布中的帘子线之间的夹角为0度。

10.一种机械设备，其特征在于，包含

自动化设备；

引导鼻锥；以及

至少一个权利1-9任一所述的气囊式机械手；其中，

所述驱动杆的顶部设有至少一个第一螺纹孔，用于连接所述自动化设备，所述驱动杆的底部设有至少一个第二螺纹孔，用于连接所述引导鼻锥。

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